小的圓柱體活塞面面積為Slft，接觸水壓為Ρι?，靠近活塞16的右端有一凸臺19設(shè)置，通過彈簧18與基體20內(nèi)部相應(yīng)部位配合，保證活塞16在基體20內(nèi)移動的同時不致脫離基體20。
[0049]活塞16內(nèi)設(shè)置有相互連通的導(dǎo)水孔17，右端導(dǎo)水孔17通過小孔21與卡槽管接頭8相連通，左端導(dǎo)水孔17開始時被基體20內(nèi)壁密封，當(dāng)活塞16向左伸出基體20大于某一位置時，左端導(dǎo)水孔17與鉆孔2連通。
[0050]假設(shè)該測試系統(tǒng)有η段，段數(shù)η中第i段(i<η)中水壓轉(zhuǎn)換器5所設(shè)計的開啟壓力比為mi，當(dāng)Pi內(nèi)/Pi外< mi時，水壓轉(zhuǎn)化器5處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)Pi內(nèi)/Pi外2 mi時，水壓轉(zhuǎn)化器5處于開啟狀態(tài)，其中nu由尾部測試單元段向頭部測試單元段依次呈梯度遞增。
[0051]活塞16中右端較小的圓柱體活塞面面積為Slft與左端較大的圓柱體活塞面面積為
S,外的面積比S^/Sm，可根據(jù)測試系統(tǒng)設(shè)置的段數(shù)η中第i段η)中水壓轉(zhuǎn)換器5所設(shè)計的開啟壓力比nu設(shè)計。
[0052]本發(fā)明水壓轉(zhuǎn)換器5的工作原理為:
[0053]測試系統(tǒng)設(shè)置的段數(shù)η中第i段η)中左端較大的圓柱體活塞面面積為，接觸水壓為鉆孔觀測水壓PM，右端較小的圓柱體活塞面面積為Slft，接觸水壓為封堵膠囊3封堵水壓，彈簧18中彈性系數(shù)k，壓縮量X，由二力平衡原理可知:
[0054]當(dāng)Fi外+Fi彈2 Fi內(nèi)，即Pi外Si外+kx > Pi內(nèi)Si內(nèi)，則水壓轉(zhuǎn)換器5處于關(guān)閉狀態(tài)，活塞16不外移，導(dǎo)水孔17被基體20內(nèi)壁阻擋，不能與鉆孔2連通。
[0055]當(dāng)Fi外+Fi彈SFi內(nèi)，即Pi外Si外+kx<Pi內(nèi)Si內(nèi)，則水壓轉(zhuǎn)換器5處于開啟狀態(tài)，活塞16向外移，導(dǎo)水孔17露出基體20內(nèi)壁，與鉆孔2連通，對鉆孔2內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)水。
[0056]上述過程既可實(shí)現(xiàn)由內(nèi)測(指封堵膠囊3)封堵高壓水(一般為2.5MPa)向外側(cè)(指鉆孔2內(nèi))觀測低壓水(0.1MPa)轉(zhuǎn)化，又可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)鉆孔2內(nèi)實(shí)時補(bǔ)水過程。
[0057]其中，Pi外為觀測水壓，工程常取0.lMPa，Pi內(nèi)為封堵系統(tǒng)內(nèi)起脹封堵膠囊3用水壓，工程常大于2.5MPa，由此可知，Si外與Si內(nèi)的比值約為25:1，考慮到面積差值太大，故加入彈簧18進(jìn)行調(diào)節(jié)，一是可以降低內(nèi)外面積比，便于實(shí)際制造需要，二是可使活塞16可自動回位。
[0058]本發(fā)明測試系統(tǒng)工作原理為:
[0059]設(shè)置由尾部測試單元段向頭部測試單元段中壓力轉(zhuǎn)換器5開啟壓力分別為nu=2.5MPa,m2 = 2.6MPa,m3 = 2.7MPa...πη...mn(其中，mi<m2<m3...<πη...<mn)，取觀測水壓Pi外為 0.1MPa;
[0060]向系統(tǒng)內(nèi)注水，封堵膠囊3內(nèi)壓力Pi內(nèi)增加，當(dāng)P_稍大于2.5MPa時停止注水，并保持此時水壓1-2分鐘不變，此時只有第1測段水壓轉(zhuǎn)換器5開啟，并向?qū)?yīng)鉆孔2內(nèi)充水，按照轉(zhuǎn)換關(guān)系，當(dāng)鉆孔2內(nèi)水壓到達(dá)0.1MPa，水壓轉(zhuǎn)換器5關(guān)閉，當(dāng)鉆孔2裂隙滲漏，致使鉆孔2內(nèi)水壓小于0.1MPa，則繼續(xù)充水，讀取并計算此時間段內(nèi)平均漏失量L1;
[0061]繼續(xù)增加水壓至稍大于2.6MPa，此時只有第1、2測段水壓轉(zhuǎn)換器5開啟并同時工作，讀取并計算此時間段內(nèi)平均漏失量1^2，故第2測段的平均漏失量為L2 — L1;
[0062]依次類推第3段平均漏失量Ls— Ls — U，直到測完η段，隨著段數(shù)η的增加，累計誤差會隨之增大，因此，在誤差允許的范圍內(nèi)，段數(shù)η取3段較為適宜。
[0063]下面對本發(fā)明圍巖采動破壞范圍分段測試系統(tǒng)的觀測方法做詳細(xì)說明，主要步驟包括:
[0064](1)打鉆孔2:用常規(guī)的煤礦鉆機(jī)12在煤巖巷道中向頂板或底板巖體1中先后施工規(guī)定角度鉆孔多個，孔深30-70m不等；
[0065](2)安裝觀測系統(tǒng):清理鉆孔中的雜物，根據(jù)鉆孔2長度，選擇觀測系統(tǒng)每次推進(jìn)觀測的段數(shù)n，并在鉆孔2中安裝觀測系統(tǒng)，將導(dǎo)向錐安裝在第一封堵單元頭部的管狀接頭上，然后將連通管的兩端分別連接在相鄰封堵單元的管狀接頭上，依次安裝第一封堵單元、第二封堵單元和第三封堵單元，在每個封堵單元兩個管狀接頭之間的漏水管外圍安裝封堵膠囊，水壓轉(zhuǎn)換器通過卡槽管接頭連接在第一封堵單元和第三封堵單元的管狀接頭上，將活塞內(nèi)位于右端的導(dǎo)水孔通過小孔與卡槽管接頭相連通，將位于左端的導(dǎo)水孔由基體密封，將供給推進(jìn)系統(tǒng)與連通管接通;通過相應(yīng)管道連接鉆機(jī)12、注水操作臺13等，并利用鉆機(jī)12和鉆桿11將其送達(dá)鉆孔2初始位置；
[0066](3)封閉鉆孔2:待其到達(dá)初始位置后，即用注水操作臺13向觀測系統(tǒng)內(nèi)注入水源至其達(dá)到預(yù)定初始水壓，起脹封堵膠囊3密封鉆孔2;
[0067](4)測定流水矢量參數(shù):封堵合格后，進(jìn)行流水矢量參數(shù)測定，即按照梯度依次增加水壓穩(wěn)定后，分別等待1-2分鐘，分別讀取并計算各孔段平均漏失量U，L2-Li，L3-L2-Li……，回撤壓力水源，使封堵膠囊3處于卸壓狀態(tài)，然后利用鉆機(jī)12和鉆桿11移動觀測系統(tǒng)至下一觀測區(qū)域，重復(fù)步驟(3)和(4)，依次對鉆孔2進(jìn)行測量。
[0068]本發(fā)明中未述及的部分采用或借鑒已有技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)。
[0069]盡管本文中較多的使用了諸如水壓轉(zhuǎn)換器、卡槽管接頭等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下對這些術(shù)語所做的簡單替換，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種圍巖采動破壞分段測試方法，其特征在于:其所采用的測試系統(tǒng)包括封堵系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、供給推進(jìn)系統(tǒng)和壓力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)； 所述封堵系統(tǒng)包括第一封堵單元、第二封堵單元和第三封堵單元，其中，第一封堵單元位于圍巖鉆孔的最內(nèi)側(cè)，第三封堵單元位于最外側(cè)，第二封堵單元設(shè)置有多個，每個封堵單元均包括漏水管及連接在漏水管兩端的管狀接頭，相鄰的封堵單元之間設(shè)置有連通管；所述壓力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括水壓轉(zhuǎn)換器和卡槽管接頭，所述水壓轉(zhuǎn)換器包括活塞和基體兩部分，所述活塞左端面面積大于右端面面積，所述活塞內(nèi)設(shè)置有相互連通的導(dǎo)水孔，所述導(dǎo)向系統(tǒng)包括導(dǎo)向錐； 所述測試方法包括以下步驟: a打鉆孔，在煤巖巷道中向頂板或底板巖體中先后施工規(guī)定角度的多個鉆孔，孔深30-70m； b安裝觀測系統(tǒng)，將導(dǎo)向錐安裝在第一封堵單元頭部的管狀接頭上，然后將連通管的兩端分別連接在相鄰封堵單元的管狀接頭上，依次安裝第一封堵單元、第二封堵單元和第三封堵單元，在每個封堵單元兩個管狀接頭之間的漏水管外圍安裝封堵膠囊，水壓轉(zhuǎn)換器通過卡槽管接頭連接在第一封堵單元和第二封堵單元的管狀接頭上，將活塞內(nèi)位于右端的導(dǎo)水孔通過小孔與卡槽管接頭相連通，將位于左端的導(dǎo)水孔由基體密封，將供給推進(jìn)系統(tǒng)與連通管接通； C封閉鉆孔，待其到達(dá)初始位置后，用注水操作臺向觀測系統(tǒng)內(nèi)注入水源至其達(dá)到預(yù)定初始水壓，起脹封堵膠囊密封鉆孔； d測定流水矢量參數(shù)，包括以下子步驟: 設(shè)置由第三封堵單元向第一封堵單元方向中每段分別為第1測段、第2測段、第3測段..第η測段，將對應(yīng)的每個測段的壓力轉(zhuǎn)換器開啟壓力分別設(shè)定為m = 2.5MPa，m2 = 2.6MPa，m3=2.7MPa...m1...mn(其中，mi<m2<m3...<m1...<mn)，取觀測水壓Pi外為0.1MPa； 向測試系統(tǒng)內(nèi)注水，封堵膠囊內(nèi)壓力P訥增加，當(dāng)Pi內(nèi)稍大于2.5MPa時停止注水，并保持此時水壓1-2分鐘不變，此時只有第1測段水壓轉(zhuǎn)換器開啟，并向?qū)?yīng)鉆孔內(nèi)充水，當(dāng)鉆孔內(nèi)水壓到達(dá)0.1MPa，水壓轉(zhuǎn)換器關(guān)閉；當(dāng)鉆孔裂隙滲漏，致使鉆孔內(nèi)水壓小于0.1MPa，則繼續(xù)充水，此時讀取并計算此時間段內(nèi)平均漏失量L1; 繼續(xù)增加水壓至稍大于2.6MPa，此時為第1、2測段水壓轉(zhuǎn)換器開啟并同時工作，讀取并計算此時間段內(nèi)平均漏失量L2，得到第2測段的平均漏失量為L2 — L1; 依次類推第3段平均漏失量L3 — L2 — U，直到第η測段，隨著段數(shù)η的增加，e回撤壓力水源，使封堵膠囊處于卸壓狀態(tài)，然后利用供給推進(jìn)系統(tǒng)移動觀測系統(tǒng)至下一觀測區(qū)域，重復(fù)步驟c、d，依次對鉆孔進(jìn)行測量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍巖采動破壞分段測試方法，其特征在于:在活塞的右端設(shè)置有凸臺，所述凸臺用于對活塞中的彈簧進(jìn)行限位，所述活塞用以控制左端的導(dǎo)水孔與圍巖中的鉆孔保持連通或關(guān)閉。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍巖采動破壞分段測試方法，其特征在于:所述管狀接頭上設(shè)置有垂直向上和垂直向下的凸起部，所述封堵膠囊纏繞在兩個凸起部的漏水管外圍。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圍巖采動破壞分段測試方法，其特征在于:距凸起部一定距離的位于漏水管一側(cè)的管狀接頭上設(shè)置有凹槽，所述凹槽通過與固定件配合將所述封堵膠囊固定。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍巖采動破壞分段測試方法，其特征在于:每段漏水管上均布設(shè)有兩個漏水孔。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍巖采動破壞分段測試方法，其特征在于:所述活塞左端面與右端面的面積之比為10?25:1。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍巖采動破壞分段測試方法，其特征在于:所述連通管與管狀接頭為螺紋連接。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍巖采動破壞分段測試方法，其特征在于:當(dāng)活塞滿足P^S^+kx < Pi內(nèi)Si內(nèi)時，左端導(dǎo)水孔與圍巖中的鉆孔連通，其中，Pi外為0.1MPa，Pi內(nèi)為2.5MPa，Si外為左端活塞面面積，Slft為右端活塞面面積，k為彈簧中彈性系數(shù)，x為壓縮量，i為探測單元的個數(shù)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍巖采動破壞分段測試方法，其特征在于:所述供給推進(jìn)系統(tǒng)包括注水操作臺、回水壓力表、電子記錄器、鉆機(jī)和鉆桿，所述注水操作臺向所述連通管內(nèi)提供高壓水源，所述電子記錄器安裝在所述注水操作臺上，所述回水壓力表用于對回水管中的回水壓力進(jìn)行校正檢測。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍巖采動破壞分段測試方法，其特征在于:所述第二封堵單元設(shè)置有兩個。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種圍巖采動破壞分段測試方法，屬于礦山頂?shù)装鍘r體破壞范圍測定技術(shù)領(lǐng)域。解決了礦山頂?shù)装鍘r體觀測設(shè)備的一次封堵多段測量、封堵測漏一體化及其內(nèi)部水壓力轉(zhuǎn)換測定問題。其所采用的測試系統(tǒng)包括封堵系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、供給推進(jìn)系統(tǒng)和壓力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，每個封堵系統(tǒng)的封堵單元均包括漏水管及連接在漏水管兩端的管狀接頭，相鄰的封堵單元之間設(shè)置有連通管，連通管的兩端分別連接在相鄰封堵單元的管狀接頭上，在兩個管狀接頭之間的漏水管外圍設(shè)置有封堵膠囊，封堵膠囊與漏水管之間形成一定的封堵空間。本發(fā)明測試方法可以同時實(shí)現(xiàn)一次封堵多段測量、封堵測漏一體化及封堵高壓水源向觀測低壓水源的壓力轉(zhuǎn)換。
【IPC分類】E21B47/00, E21B47/005
【公開號】CN105422078
【申請?zhí)枴緾N201510903270
【發(fā)明人】劉偉韜, 宋文成, 薄福利
【申請人】山東科技大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月9日