双端封堵测漏一体化观测方法技术

本发明专利技术公开了一种双端封堵测漏一体化观测方法，其所采用的观测系统包括封堵系统、导向系统、供给推进系统和压力转换系统；封堵系统包括连通管、位于连通管两端的第一封堵单元和第二封堵单元，第一封堵单元靠近岩体钻孔的内侧，封堵单元包括漏水管、连接在漏水管两端的管状接头和封堵胶囊，压力转换系统包括水压转换器和卡槽管接头，水压转换器包括活塞和基体两部分，活塞左端面的面积大于右端面的面积，活塞内设置有相互连通的导水孔。本发明专利技术通过封堵系统和压力转换系统的配合，实现了一体化过程中封堵水源向观测水源压力转换，解决了观测过程中封堵水源与观测水源在各自压力下工作问题，避免了观测水源压力过高对钻孔裂隙的破坏作用。

【技术实现步骤摘要】
双端封堵测漏一体化观测方法
本专利技术涉及矿山顶底板岩体破坏范围测定
，具体涉及一种双端封堵测漏一体化观测方法。
技术介绍
矿山顶底板岩体破坏范围的测量是标志煤岩赋存状态的重要参数。在研究矿井防治水时，它是一个关键性的基础参数，因此，研究采动围岩中的导水通道的形成，就有必要掌握岩层移动规律和确定顶底板岩体破坏范围。通常采用数值模拟、经验公式预计、现场实测等手段。然而，由于现场条件复杂，在一定程度上，数值模拟不能很好的反映现场情况，经验公式预计的盲目性较大，随着采深加大，经验公式适用性越来越差。由于现有的观测设备中同时工作的管道数量过多，尤其在推进过程中，容易出现钻孔内管道缠绕问题，另外，在实际观测过程中，封堵压力一般取2.5MPa，钻孔观测水压一般取0.1MPa，钻孔内观测水源压力不可过大，否则，会对钻孔孔壁内原有裂隙形成扩张作用。在同一外界水源下，如何让一体化观测设备中封堵水源与观测水源在各自压力下同时工作，现有技术未能同时解决上述两个问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种双端封堵测漏一体化观测方法，该观测方法可以同时实现封堵测漏一体化，减少了钻孔内同时工作的管道数量，并且可完成封堵测漏一体化及封堵高压水源向观测低压水源的压力转换。其技术解决方案包括：一种用于矿山顶底板岩体的封堵测漏一体化观测方法，其所采用的观测系统包括封堵系统、导向系统、供给推进系统和压力转换系统；所述封堵系统包括连通管、位于连通管两端的第一封堵单元和第二封堵单元，所述第一封堵单元靠近岩体钻孔的内侧，所述封堵单元包括漏水管、连接在漏水管两端的管状接头和封堵胶囊；所述压力转换系统包括水压转换器和卡槽管接头，所述水压转换器包括活塞和基体两部分，所述活塞左端面的面积大于右端面的面积，所述活塞内设置有相互连通的导水孔；所述导向系统包括导向锥；所述观测方法包括以下步骤：a打钻孔，在煤岩巷道中向顶板或底板岩体中施工规定角度的2个钻孔，孔深30-70m；b安装观测系统，将导向锥安装在第一封堵单元头部的管状接头上，在第一封堵单元和第二封堵单元两个管状接头之间的漏水管外围安装封堵胶囊，将水压转换器通过卡槽管接头与第一封堵单元尾部的管状接头连接，将活塞内位于右端的导水孔通过小孔与卡槽管接头相连通，将位于左端的导水孔由基体密封，连通管的两端通过管状接头将第一封堵单元和第二封堵单元连接，将供给推进系统与连通管接通；c封闭钻孔，待其到达初始位置后，用注水操作台向观测系统内注入水源至其达到预定初始水压，起胀封堵胶囊密封钻孔；d测定流水矢量参数，待水压稳定后，等待1-2分钟，读取此段时间内的总流量，记录并计算单位时间内流量值；e回撤压力水源，使封堵胶囊处于卸压状态，然后利用钻机和钻杆移动观测系统至下一观测孔段，重复步骤c、d，依次对钻孔进行测量。上述技术方案直接带来的有益技术效果是：活塞呈左右两端不等大的圆柱体，左端较大的圆柱体活塞面面积为S外，接触水压为P外,右端较小的圆柱体活塞面面积为S内,接触水压为P内。靠近活塞的右端有一凸台设置，通过弹簧与基体内部相应部位配合，保证活塞在基体内移动的同时不致脱离基体。活塞内设置有相互连通的导水孔，位于右端导水孔通过小孔与卡槽管接头相连通，位于左端导水孔开始时被基体内壁密封，当活塞向左伸出基体大于某一位置时，左端导水孔与钻孔连通。水压转换器工作原理为：左端较大的圆柱体活塞面面积为S外，接触水压为钻孔观测水压P外,右端较小的圆柱体活塞面面积为S内,接触水压为P内，弹簧中弹性系数k，压缩量x，由二力平衡原理可知：当F外+F弹≥F内，即P外S外+kx≥P内S内，则水压转换器处于关闭状态，活塞不外移，导水孔被基体内壁阻挡，不能与钻孔连通。当F外+F弹F≤F内，即P外S外+kx≤P内S内，则水压转换器处于开启状态，活塞向外移，导水孔露出基体内壁，与钻孔连通，对钻孔内进行补水。上述过程既可实现由内测(指封堵胶囊)封堵高压水(一般为2.5MPa)向外侧(指钻孔内)观测低压水(0.1MPa)转化，又可根据需要实现钻孔内实时补水过程。其中，P外为观测水压，工程常取0.1MPa，P内为封堵系统内起胀封堵胶囊用水压，工程常取2.5MPa，由此可知，S外与S内的比值约为10～25:1，考虑到面积差值太大，故加入弹簧进行调节，一是可以降低内外面积比，便于实际制造需要，二是可使活塞可自动回位。作为本专利技术的一个优选方案，在活塞的右端设置有凸台，所述凸台用于对活塞中的弹簧进行限位，所述活塞用以控制左端的导水孔与围岩中的钻孔保持连通或关闭。作为本专利技术的另一个优选方案，所述管状接头上设置有垂直向上和垂直向下的凸起部，所述封堵胶囊缠绕在两个凸起部的漏水管外围。优选的，距凸起部一定距离的位于漏水管一侧的管状接头上设置有凹槽，所述凹槽通过与固定件配合将所述封堵胶囊固定。优选的，每段漏水管上均布设有两个漏水孔。优选的，所述连通管与管状接头为螺纹连接。优选的，当活塞满足P外S外+kx≤P内S内时，左端导水孔与围岩中的钻孔连通，其中，P外为观测水压，P内为封堵系统内起胀封堵胶囊用水压，S外为左端活塞面面积，S内为右端活塞面面积，k为弹簧中弹性系数，x为压缩量。优选的，所述供给推进系统包括注水操作台、回水压力表、电子记录器、钻机和钻杆，所述注水操作台向所述连通管内提供高压水源，所述电子记录器安装注水操作台上，所述回水压力表用于对回水管中的回水压力进行校正检测。优选的，所述活塞左端面的面积与右端面的面积之比为10～25:1。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果为：1、实现了观测系统的封堵测漏一体化，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。2、通过封堵系统和压力转换系统的配合，实现了一体化过程中封堵水源向观测水源压力转换，解决了观测过程中封堵水源与观测水源在各自压力下工作问题，避免了观测水源压力过高对钻孔裂隙的破坏作用。3、提高了矿山顶底板岩体破坏范围测量过程的稳定性和精确性，避免了观测水源压力过高对钻孔裂隙的破坏作用，为矿山顶底板岩体破坏范围测量过程的稳定性和精确性奠定基础。附图说明下面结合附图对本专利技术做详细说明：图1为本专利技术观测系统的结构示意图；图2为本专利技术观测系统中测试探头整体示意图；图3为本专利技术观测系统中第一封堵单元的结构示意图；图4为本专利技术观测系统中第二封堵单元的结构示意图；图5、图6为压力转换系统结构示意图；图7、8为水压转换器结构示意图；图9、10为本专利技术卡槽管接头结构示意图；图11为本专利技术压力转换系统中水压转换器状态示意图；图12为本专利技术观测系统中导向锥结构示意图；图中，1、岩体，2、钻孔，3、封堵胶囊，4、连通管，5、水压转换器，6、管状接头一，7、漏水管，8、卡槽管接头，9、管状接头三，10、高压软管，11、钻杆，12、钻机，13、注水操作台，14、导向锥，15、管状接头二，16、活塞，17、导水孔，18、弹簧，19、凸台，20、基体，21、小孔。具体实施方式本专利技术提出了一种双端封堵测漏一体化观测方法，为了使本专利技术的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本专利技术做进一步清楚、完整的说明。本专利技术观测方法所采用的观测系统，结合图1至图8所示，其包括封堵系统、压力转换系统、导向系统和供给推进系统，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于矿山顶底板岩体的封堵测漏一体化观测方法，其特征在于：其所采用的观测系统包括封堵系统、导向系统、供给推进系统和压力转换系统；所述封堵系统包括连通管、位于连通管两端的第一封堵单元和第二封堵单元，所述第一封堵单元靠近岩体钻孔的内侧，所述封堵单元包括漏水管、连接在漏水管两端的管状接头和封堵胶囊；所述压力转换系统包括水压转换器和卡槽管接头，所述水压转换器包括活塞和基体两部分，所述活塞左端面的面积大于右端面的面积，所述活塞内设置有相互连通的导水孔；所述导向系统包括导向锥；所述观测方法包括以下步骤：a打钻孔，在煤岩巷道中向顶板或底板岩体中施工规定角度的2个钻孔，孔深30‑70m；b安装观测系统，将导向锥安装在第一封堵单元头部的管状接头上，在第一封堵单元和第二封堵单元两个管状接头之间的漏水管外围安装封堵胶囊，将水压转换器通过卡槽管接头与第一封堵单元尾部的管状接头连接，将活塞内位于右端的导水孔通过小孔与卡槽管接头相连通，将位于左端的导水孔由基体密封，连通管的两端通过管状接头将第一封堵单元和第二封堵单元连接，将供给推进系统与连通管接通；c封闭钻孔，待其到达初始位置后，用注水操作台向观测系统内注入水源至其达到预定初始水压，起胀封堵胶囊密封钻孔；d测定流水矢量参数，待水压稳定后，等待1‑2分钟，读取此段时间内的总流量，记录并计算单位时间内流量值；e回撤压力水源，使封堵胶囊处于卸压状态，然后利用钻机和钻杆移动观测系统至下一观测孔段，重复步骤c、d，依次对钻孔进行测量。...

【技术特征摘要】
1.一种用于矿山顶底板岩体的封堵测漏一体化观测方法，其特征在于：其所采用的观测系统包括封堵系统、导向系统、供给推进系统和压力转换系统；所述封堵系统包括连通管、位于连通管两端的第一封堵单元和第二封堵单元，所述第一封堵单元靠近岩体钻孔的内侧，所述第一封堵单元和第二封堵单元均包括漏水管、连接在漏水管两端的管状接头和封堵胶囊；所述压力转换系统包括水压转换器和卡槽管接头，所述水压转换器包括活塞和基体两部分，所述活塞左端面的面积大于右端面的面积，所述活塞内设置有相互连通的导水孔；所述导向系统包括导向锥；所述观测方法包括以下步骤：a打钻孔，在煤岩巷道中向顶板或底板岩体中施工规定角度的2个钻孔，孔深30-70m；b安装观测系统，将导向锥安装在第一封堵单元头部的管状接头上，在第一封堵单元和第二封堵单元两个管状接头之间的漏水管外围安装封堵胶囊，将水压转换器通过卡槽管接头与第一封堵单元尾部的管状接头连接，将活塞内位于右端的导水孔通过小孔与卡槽管接头相连通，将位于左端的导水孔由基体密封，连通管的两端通过管状接头将第一封堵单元和第二封堵单元连接，将供给推进系统与连通管接通；c封闭钻孔，待其到达初始位置后，用注水操作台向观测系统内注入水源至其达到预定初始水压，起胀封堵胶囊密封钻孔；d测定流水矢量参数，待水压稳定后，等待1-2分钟，读取此段时间内的总流量，记录并计算单位时间内流量值；e回撤压力水源，使封堵胶囊处于卸压状态，然后利用钻机和钻杆移动观测系统至下一观测孔段，重复步骤c、d，依次对钻孔进行测量。2.根据权利要求1所述的用于矿山顶底板岩体的封堵测漏一体化观测方法，其特征在于：在活...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟韬，宋文成，薄福利，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37