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原文传递基于煤体或岩体松动圈探测的压水实验设备及方法

专利名称：	基于煤体或岩体松动圈探测的压水实验设备及方法
摘要：	本发明公开一种基于煤体或岩体松动圈探测的压水实验设备，包括测试探头、钻机、钻杆和控制操作台；所述测试探头包括连通管，连通管顺沿钻孔布置，在连通管的前部、中部和尾部分别设置有前部封堵器、中部封堵器和尾部封堵器；当封堵空腔中注满水后，所述前部封堵器、中部封堵器和尾部封堵器将钻孔分隔形成一个一号注水空腔和一个二号注水空腔；所述钻机通过钻杆与测试探头相连接，用以接长和推进测试探头至指定区域；所述控制操作台包括高压软管，控制操作台通过高压软管与钻机连接。本发明实现了测试探头的封堵测试一体化，减少了钻孔内同时工作的管道数量，解决了推进过程中钻孔内多管道相互缠绕问题，提高了岩体破坏范围测量过程的稳定性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	山东科技大学
发明人：	赵春波;宋文成
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-11T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910179315.X
公开号：	CN109975125A
代理机构：	青岛智地领创专利代理有限公司
代理人：	邵朋程
分类号：	G01N3/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	266590 山东省青岛市黄岛区经济技术开发区前湾港路579号
主权项：	1.一种基于煤体或岩体松动圈探测的压水实验设备，其特征在于：包括测试探头、钻机、钻杆和控制操作台；所述测试探头包括连通管，连通管顺沿钻孔布置，在连通管的前部、中部和尾部分别设置有前部封堵器、中部封堵器和尾部封堵器；所述前部封堵器包括接头一、接头二、漏水管和橡胶囊，漏水管包括与连通管相连接的管体，在管体的管壁上设置有漏水孔，漏水管的两端分别与接头一和接头二螺纹连接，所述橡胶囊包绕在漏水管外部，橡胶囊的两端分别通过紧固圈固定在接头一和接头二的外部，橡胶囊与漏水管间形成封堵空腔；所述中部封堵器包括接头二、接头三、漏水管和橡胶囊，漏水管与连通管相连接，漏水管的两端分别与接头二和接头三螺纹连接，所述橡胶囊包绕在漏水管外部，橡胶囊的两端分别通过紧固圈固定在接头二和接头三的外部，橡胶囊与漏水管间形成封堵空腔；所述尾部封堵器包括两个接头三、漏水管和橡胶囊，漏水管与连通管相连接，漏水管的两端分别与两个接头三螺纹连接，所述橡胶囊包绕在漏水管外部，橡胶囊的两端分别通过紧固圈固定在接头三的外部，橡胶囊与漏水管间形成封堵空腔；当封堵空腔中注满水后，所述前部封堵器、中部封堵器和尾部封堵器将钻孔分隔形成一个一号注水空腔和一个二号注水空腔；所述前部封堵器和中部封堵器的一边各螺纹连接一个转换器，所述转换器包括基体、转换体、复位弹簧和调节螺丝，所述基体上设置有一个中心通孔和若干个周边通孔，所述若干个周边通孔对称分布于中心通孔周围；所述每个周边通孔对应连接一个侧漏孔，周边通孔内依次安装有转换体、复位弹簧和调节螺丝，周边通孔内壁设置有与调节螺丝相配合的螺纹；在转换体上设置有一凸台，所述凸台的宽度大于侧漏孔的直径，凸台的初始位置恰好密封侧漏孔，在转换体的一端设置一锥形的密封锥面；所述基体内还开设有一连通中心通孔和周边通孔的通水孔，当外界水源经过通水孔推动转换体移动时，凸台脱离侧漏孔，使通水孔中的水源进入周边通孔中，并经过侧漏孔进入一号注水空腔或二号注水空腔内；所述钻机通过钻杆与测试探头相连接，用以接长和推进测试探头至指定区域，所述钻杆为空心杆，钻杆的两端分别与测试探头和钻机螺纹连接，钻杆内部可输送高压水源；所述控制操作台包括高压软管，控制操作台通过高压软管与钻机连接，在高压软管上设置有放水开关、流量表、机械压力表、电子压力表和总控开关。 2.根据权利要求1所述的基于煤体或岩体松动圈探测的压水实验设备，其特征在于：所述接头一的端头处螺纹连接有一引导头。 3.根据权利要求1所述的基于煤体或岩体松动圈探测的压水实验设备，其特征在于：所述接头三的端部螺纹连接有圆形挡板，所述圆形挡板的直径大于橡胶囊注满水后的直径。 4.根据权利要求1所述的基于煤体或岩体松动圈探测的压水实验设备，其特征在于：所述中心通孔的一端孔径小于另一端孔径。 5.根据权利要求1所述的基于煤体或岩体松动圈探测的压水实验设备，其特征在于：所述调节螺丝的侧壁上开设有与旋转螺丝相配合的一六角通孔。 6.基于煤体或岩体松动圈探测的压水实验方法，采用如权利要求1-5中任一权利要求所述的实验设备，其特征在于步骤如下： (1)施工钻孔：按照施工要素，利用钻机在待测岩体区域施工不同方位和倾角的钻孔3～5个，并清理钻孔内的碎屑； (2)安装设备：安装测试探头各部件，并依次连接钻机、钻杆、高压软管及控制操作台，然后利用钻机将测试探头移送至钻孔的初始位置； (3)密封检验：关闭控制操作台的放水开关，打开总控开关，向测试探头提供检测水压，对橡胶囊进行封堵密封性检验； (4)压水试验：密封检验合格后，进行压水试验，使测试探头处于初始位置，重新关闭控制操作台上的放水开关并打开总控开关，向测试探头提供高压水源，经连通管、漏水管进入封堵空腔，起胀前部封堵器、中部封堵器和尾部封堵器的橡胶囊，分别与钻孔形成一号注水空腔和二号注水空腔；调节外界水源压力逐渐升高至1.5MPa，此时仅一号注水空腔的转换器开启，向一号注水空腔内注水，待流量表示数稳定后，记录稳定时流量表16的示数Qi1，继续升高外界水源压力至2MPa，使一号注水空腔和二号注水空腔的转换器同时开启，待流量表示数稳定后，记录稳定时流量表的示数Qi2，则二号注水空腔的流水量为Qi2-Qi1，并记录对应探测距离Li1和Li2； (5)卸压推进：关闭总控开关，打开放水开关，释放封堵空腔压力，待橡胶囊与钻孔脱离接触后，关闭放水开关，取新钻杆接长测试探头，利用钻机将测试探头推进至下一探测区域，重复步骤(4)操作，直至测完钻孔全长为止； (6)计算分析：根据钻孔长度及对应观测孔段的漏水量，分别绘制不同钻孔内流量分布图，分析钻孔长度范围内不同位置的裂隙发育特征和渗透特性，进一步结合不同方位的钻孔倾角和累计连续漏水段长度Ln1+Ln2(n＝1+2+....+k),计算得到不同空间范围岩体的破坏范围。
所属类别：	发明专利