一种地下水监测井粘土分层止水方法与流程

1.本发明属于地下水监测井止水的技术领域，具体涉及一种地下水监测井粘土分层止水方法。


背景技术：

2.在进行水文地质调查时，为查明含水层的渗透性能、涌水量的大小、地下水埋藏运动特征以及含水层间的水力联系，常会使用抽水试验的方法对含水层的渗透系数等水文地质参数进行测定，而西南地区的普遍为泥岩地质，为了实现不同含水层水位和水质的监测，通常采用单井分层止水，但如果分层止水效果不好，上层滞水通过钻孔进入基岩裂缝水串层，导致上层滞水、基岩裂隙水样品监测结果不准确。
3.目前常见的分层止水措施通常采用将粘土合成小球围填于钻孔和井管之间；或先投入钻孔内，然后下入带木塞的井管将粘土挤出井管与孔壁之间，当钻孔很深时，也可将粘土合成稠泥状灌入井管外的间隙中。
4.该方法的不足之处在于：该方法多用于临时止水，没有经过锤击夯实，导致止水层孔隙度大，止水层结构不稳定，止水处易被升降钻具碰击而失效，且止水附近不宜做强烈的活塞洗井；若钻孔和井管之间间隙较小，灌入粘土或下入粘土球时，粘土不能有效到达止水部位，止水效果不佳，而且并没有在步骤中借助套管辅助止水层结构的形成。


技术实现要素：

5.本发明旨在提供一种地下水监测井粘土分层止水方法，止水效果突出、操作方便快捷，解决因止水结构孔隙度大导致止水层结构不稳定、因粘土不能有效到达止水部位导致止水效果受限的问题。
6.为此，本发明所采用的技术方案为：一种地下水监测井粘土分层止水方法，包括以下步骤：
7.步骤s1、先采用钻机的大口径钻具从上往下钻穿止水目的层，形成大口径钻孔；
8.步骤s2、在钻机上安装吊锤，然后在大口径钻孔内灌入粘土，并通过钻机提拉吊锤从上往下锤击夯实粘土，形成粘土层，卸下吊锤；
9.步骤s3、将套管居中插入粘土层，然后采用钻机的中口径钻具直推进入套管，钻穿粘土层并取出粘土芯；
10.步骤s4、根据现场泥岩分布情况，采用钻机继续在大口径钻孔内居中向下钻探至设计孔深后，下入井管；
11.步骤s5、在套管内壁与井管外壁之间放入粘土球，且粘土球堆叠的高度高于粘土层，最后拔出套管。
12.作为上述方案的优选，还包括步骤s6，检验止水效果；在井管与大口径钻孔之间加入水，记录初始水量，经过24h后再记录一下水量，若水量变动位于0ml～10ml时，止水效果满足设计标准，检验操作方便，能很好的检验止水层的止水效果。
13.进一步优选为，所述步骤s2中，吊锤包括锤体、垂直穿过锤体中心的锤杆和位于锤杆底端的锤头，所述吊锤整体采用钢铁材质，所述锤体呈圆柱体结构，且外径大于大口径钻孔孔径，所述锤头底端呈下小上大的圆台状、顶端与锤杆底端螺纹对接，锤头底端呈下小上大的圆台状，有效增加与粘土层的接触面积，有效均匀重力冲击，使粘土层各处的孔隙度均匀，在锤体的自身重力下，通过锤头锤击粘土，造型新颖，构思巧妙，而且底部呈圆台状的锤头更好地传递重力。
14.进一步优选为，所述锤体通过钢索吊装在钻机升降端，所述锤杆长度为2m～3m，并能通过若干锤杆串联增加锤头伸入大口径钻孔的深度，当分层处太深，可以通过将若干锤杆首尾相接进行加长，结构组装灵活，操作方便，锤杆穿过锤体后，锤杆两端拧入螺帽固定锤体，固定快捷，并能灵活调节锤体位于锤杆的具体位置。
15.进一步优选为，所述步骤s1中，钻机的大口径钻具直径为168mm，止水目的层高度为1m～1.5m，根据上层滞水含水层的薄厚程度选择对应厚度的止水目的层，范围合理，大口径钻孔底面距离止水目的层底面为0.5m～0.7m，能方便固定套管，便于后续基岩钻孔及裂隙水监测井管安装工作。
16.进一步优选为，所述步骤s2中，粘土层整体高度不小于止水层设计高度的一半，充分保证止水效果；所述止水层设计高度为止水目的层顶面至大口径钻孔底面的距离，吊锤采用分层夯实粘土，且每30cm～50cm为一层，能更好的夯实粘土，降低其孔隙度，形成有效的止水层。
17.进一步优选为，所述步骤s3中，套管采用钢材质，且公称直径dn为110mm～130mm，范围合理适中，钻机的中口径钻具直径为110mm，选择合理。
18.进一步优选为，所述步骤s4中，井管公称直径dn为65mm～100mm，范围适中。
19.本发明的有益效果：
20.(1)相比单纯地将粘土合成小球围填于钻孔和井管之间进行临时止水，通过吊锤进行夯实粘土形成紧密稳固的粘土层，钻机为吊锤提供提升动力后，借助吊锤本身自由落体产生的冲击力夯实粘土，使其孔隙度更小，止水层结构更牢固，有效避免因为升降钻具碰撞导致止水结构坍塌失效，也能保障在后续的活塞洗井时不会因为猛烈地水力冲击破坏止水层结构。
21.(2)在通过吊锤紧实粘土层后，还在套管内壁与井管外壁之间放入粘土球，且粘土球堆叠的高度高于粘土层，保证在抽出套管后的缝隙也能被粘土球填充，双重保障，止水效果好，操作步骤简单，有效节省工序时间，不光能用于临时止水，还能用于长期止水。
22.(3)将套管居中插入粘土层，借助套管能一方面阻隔上层滞水，防止上层滞水在钻下层基岩的时候进入基岩裂隙水；第二方面约束钻探基岩的钻具，防止钻具摆动的时候将外壁的筛管打破；第三方面还能对黏土层也有一定的保护作用。
23.综上所述，具有止水效果好、止水层结构紧密、操作步骤简单等优点。
附图说明
24.图1为步骤s1的示意图。
25.图2为步骤s2的吊锤夯实粘土示意图。
26.图3为吊锤结构示意图。
27.图4为粘土层形成示意图。
28.图5为步骤s3的示意图。
29.图6为步骤s5的示意图。
具体实施方式
30.下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
31.结合图1—图6所示，一种地下水监测井粘土分层止水方法，具体实施步骤如下：
32.步骤s1、先采用钻机a的大口径钻具从上往下钻穿止水目的层，形成大口径钻孔1。
33.步骤s1中，钻机a的大口径钻具直径为168mm，止水目的层高度为1m～1.5m，大口径钻孔1底面距离止水目的层底面优选为0.5m～0.7m。
34.步骤s2、在钻机a上安装吊锤3，然后在大口径钻孔1内灌入粘土，并通过钻机a提拉吊锤3从上往下锤击夯实粘土，形成粘土层2，卸下吊锤3；
35.步骤s2中，粘土层2整体高度不小于止水层设计高度的一半，止水层设计高度为止水目的层顶面至大口径钻孔1底面的距离。
36.吊锤3采用分层夯实粘土，且每30cm～50cm为一层。
37.吊锤3由锤体31、垂直穿过锤体31中心的锤杆32和位于锤杆32底端的锤头33组成。
38.吊锤3整体采用钢铁材质，锤体31呈圆柱体结构，且外径大于大口径钻孔1孔径，锤头33底端呈下小上大的圆台状、顶端与锤杆32底端螺纹对接。
39.锤体31通过钢索吊装在钻机a升降端。
40.锤杆32长度优选为2m～3m，且顶部设有外螺纹、中部设有外螺纹、底部设有与其顶部外螺纹匹配的内螺纹孔，能通过若干锤杆32串联增加锤头31伸入大口径钻孔1的深度，。
41.锤杆32穿过锤体31后，锤杆32两端拧入螺帽固定锤体31。
42.步骤s3、将套管4居中插入粘土层2，然后采用钻机a的中口径钻具直推进入套管4，钻穿粘土层2并取出粘土芯。
43.步骤s3中，套管4采用钢材质，且公称直径dn为110mm～130mm，钻机a的中口径钻具直径为110mm。
44.步骤s4、根据现场泥岩分布情况，采用钻机a继续在大口径钻孔1内居中向下钻探至设计孔深后，下入井管5。
45.步骤s4中，井管5公称直径dn优选为65mm～100mm。
46.步骤s5、在套管4内壁与井管5外壁之间放入粘土球6，且粘土球6堆叠的高度高于粘土层2，最后拔出套管4。
47.步骤s6、检验止水效果，在井管5与大口径钻孔1之间加入水，记录初始水量，经过24h后再记录一下水量，若水量变动位于0ml～10ml时，止水效果满足设计标准。