[發(fā)明專利]運(yùn)用同位素示蹤巖體導(dǎo)水通道的超前動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010022357.5
• 申請(qǐng)日: 2020-01-09
• 公開（公告）號(hào): CN111236927B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇茂鑫;劉軼民;薛翊國(guó);王鵬;夏騰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B47/11
• 分類號(hào): E21B47/11;E21B49/00;E21F17/18
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本公開提供了一種運(yùn)用同位素示蹤巖體導(dǎo)水通道的超前動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法，隧道掘進(jìn)前方施行先導(dǎo)鉆孔形成測(cè)井，測(cè)井內(nèi)設(shè)置濾管；將放射性同位素示蹤劑投入濾管內(nèi)，利用滲流原理水流進(jìn)行滲透，測(cè)量水的流速和流量；在水流前方鉆射檢驗(yàn)測(cè)井，通過(guò)對(duì)檢驗(yàn)測(cè)井中同位素濃度的測(cè)定及水量的記錄，反推出導(dǎo)水通道的分布情況，通過(guò)流入測(cè)井中水的同位素濃度的變化確定該導(dǎo)水通道水的供給關(guān)系。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開屬于隧道建設(shè)領(lǐng)域，涉及一種運(yùn)用同位素示蹤巖體導(dǎo)水通道的超前動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法。

背景技術(shù)

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

同位素示蹤，自然界中組成每種元素的穩(wěn)定核素和放射性核素大體具有相同的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。因此，可利用放射性核素或經(jīng)富集的稀有穩(wěn)定核素來(lái)示蹤研究對(duì)象的客觀狀態(tài)及變化過(guò)程。通過(guò)放射性測(cè)量方法，可觀察由放射性核素標(biāo)記的物質(zhì)的分布和變化情況，對(duì)經(jīng)富集的稀有穩(wěn)定核素可用質(zhì)譜法直接測(cè)定，亦可用中子法加以測(cè)定。

據(jù)發(fā)明人了解,目前在物探領(lǐng)域常用來(lái)探水，斷層，導(dǎo)水通道的方法有：陸地聲納法、瞬變電磁法、復(fù)合式激發(fā)極化法，物探領(lǐng)域并不能完全準(zhǔn)確地識(shí)別出地質(zhì)異常體，同時(shí)反演多解性極大的限制了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)數(shù)據(jù)的解釋受到觀測(cè)人員經(jīng)驗(yàn)的影響，并不能完全識(shí)別出導(dǎo)水通道的存在，和導(dǎo)水通道的分布范圍，也不能估算出實(shí)際水量。

發(fā)明內(nèi)容

本公開為了解決上述問(wèn)題，提出了一種運(yùn)用同位素示蹤巖體導(dǎo)水通道的超前動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法，本公開利用同位素投入被測(cè)井中，通過(guò)水頭作用，同位素隨井水進(jìn)入到導(dǎo)水通道或者孔隙中，通過(guò)測(cè)向被測(cè)井中同位素的濃度，即可知道導(dǎo)水通道的流向，通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)水流濃度的檢測(cè)，建立模型，計(jì)算濃度變化即可反推出流速，利用公式可以計(jì)算出水量，為隧道施工做好先驗(yàn)性的超前預(yù)報(bào)工作。

根據(jù)一些實(shí)施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

一種運(yùn)用同位素示蹤巖體導(dǎo)水通道的超前動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法，包括以下步驟：

隧道掘進(jìn)前方施行先導(dǎo)鉆孔形成測(cè)井，測(cè)井內(nèi)設(shè)置濾管；

將放射性同位素示蹤劑投入濾管內(nèi)，利用滲流原理水流進(jìn)行滲透，測(cè)量水的流速和流量；

在水流前方鉆射檢驗(yàn)測(cè)井，通過(guò)對(duì)檢驗(yàn)測(cè)井中同位素濃度的測(cè)定及水量的記錄，反推出導(dǎo)水通道的分布情況，通過(guò)流入測(cè)井中水的同位素濃度的變化確定該導(dǎo)水通道水的供給關(guān)系。

作為可選擇的實(shí)施方式，所述濾管為雙層濾管，內(nèi)層的濾管外部纏繞有過(guò)濾網(wǎng)，兩層濾管之間填充有濾料。

作為可選擇的實(shí)施方式，所述檢驗(yàn)測(cè)井內(nèi)埋設(shè)有下部密封、管壁設(shè)置有孔的濾管。

作為可選擇的實(shí)施方式，所述測(cè)井作為負(fù)壓抽水孔，將導(dǎo)水通道中的水抽出，堵塞源頭后，利用該注漿孔進(jìn)行注漿加固。

作為可選擇的實(shí)施方式，根據(jù)檢驗(yàn)測(cè)井中濾管的同位素濃度的變化情況確定導(dǎo)水通道水的供給關(guān)系和導(dǎo)水通道的大致寬度及傾角。

作為進(jìn)一步的限定，滲流速度求解公式為V_f＝π(r₁²-r₀²)/2r₁ at ln N₀/N₁，其中，r₁為鉆孔半徑，r₀為探頭半徑，t為兩次測(cè)量時(shí)間間隔，a為流場(chǎng)奇變系數(shù)，N₀為t＝0時(shí)的計(jì)數(shù)率，N₁為t＝1時(shí)的計(jì)數(shù)率。

作為進(jìn)一步的限定，流向測(cè)定方式為通過(guò)同位素在被測(cè)井中根據(jù)水平流動(dòng)，其濃度分布呈現(xiàn)不均勻性，地下水流方向濃度最高，補(bǔ)給方向濃度最低，進(jìn)而確定單控水平流向。

作為進(jìn)一步的限定，導(dǎo)水通道流向的傾角根據(jù)兩管之間輸送水流的高程差與兩管水平距離的夾角為判定標(biāo)準(zhǔn)。