專利名稱：電控式單回路堵水覆巖裂隙探測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦山井下覆巖裂隙發(fā)育情況觀測技術(shù)。
背景技術(shù)：
煤層開采對其周圍巖體起到破壞作用，上覆巖層由下到上出現(xiàn)垮落帶、導(dǎo)水裂隙帶和彎曲下沉帶，其中垮落帶和導(dǎo)水裂隙帶是頂板水的良好通道。當(dāng)煤層上方具有富含水層時，導(dǎo)水裂隙帶是否貫通該含水層直接決定工作面的安全，因此，正確確定導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育情況具有非常重要的意義。與本申請有關(guān)的技術(shù)是中國專利(申請?zhí)枮?0106348. 7)，它公開了一種雙端堵水器和采用雙端堵水器向鉆孔中注水、通過鉆孔漏水情況確定導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育情況的方法。雙端堵水器結(jié)構(gòu)是，在連接管兩端分別安裝有充水膠囊和氣門芯原理式的膠皮環(huán)單向閥，雙端堵水器連接有膠管，用桿件頂入鉆孔中，膠管下端連接在注水觀測裝置上。注水時先漲開兩端膠囊將鉆孔的某段兩端封堵，漲開一定壓力后膠皮環(huán)單向閥打開，向封堵段注水，通過觀測注水壓力和流量變化確定導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育情況。該方法的缺點是1、使用膠管注水，探桿深入和抽出鉆孔時，膠管與鉆孔壁摩擦，經(jīng)常發(fā)生膠管磨壞、擠斷等現(xiàn)象，導(dǎo)致無法繼續(xù)測試；2、使用膠皮環(huán)單向閥控制封孔膠囊壓力，膠皮易疲勞，導(dǎo)致堵孔壓力降低，無法有效堵孔，堵孔可靠性下降；3、往鉆孔注水時，由于受到閥門膠環(huán)阻力，注水往往較慢，長時間無法將鉆孔封堵段注滿水，導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確；特別是鉆孔封堵段裂隙較大時，根本無法將鉆孔封堵段注滿水，也就無法得到鉆孔單位時間的漏水量，從而不能準(zhǔn)確獲得鉆孔裂隙發(fā)育情況。若通過增大注水口來提高注水速度，將極大的減小閥門膠環(huán)的使用壽命，且閥門膠環(huán)容易偏離注水口，降低了封孔可靠性；若通過加大水壓提高注水速度，閥門膠環(huán)極易漲破，導(dǎo)致無法封孔。與本申請有關(guān)的另一技術(shù)是中國專利CN 201696048U和CN 202393921U，公開的方法，它的原理與上一個技術(shù)基本相同，也采用了雙端堵水器和注水觀測裝置。為了克服上一個技術(shù)的第2、3個缺點，它去掉了雙端堵水器的膠皮環(huán)單向閥，采用兩套管路，一套用高壓風(fēng)管向膠囊注氣，通過高壓風(fēng)回路起脹和收縮膠囊；另一套用鉆桿與雙端堵水器連接，通過鉆桿向鉆孔注水，通過觀測單位時間注水量得到裂隙發(fā)育情況。由于將封孔堵水和裂隙注水測量分開，克服了膠皮環(huán)單向閥的缺陷。但是，由于高壓風(fēng)管和鉆桿一塊進入鉆孔內(nèi)，在井下惡劣的條件下，高壓風(fēng)管很容易與鉆孔壁和鉆桿之間產(chǎn)生摩擦、擠壓，破壞高壓風(fēng)管的密封性，甚至使高壓風(fēng)管斷裂；采用高壓風(fēng)管封堵鉆孔，人工調(diào)節(jié)封孔壓力，其可靠性差，經(jīng)常發(fā)生由于膠囊膨脹不到位而使測量結(jié)果錯誤的現(xiàn)象；為了提高封孔的可靠性，有時會將封孔壓力調(diào)的較大，從而減小封孔膠囊壽命，甚至發(fā)生膠囊漲破現(xiàn)象，嚴(yán)重影響導(dǎo)水裂隙帶的正常觀測及觀測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種電控式單回路堵水覆巖裂隙探測方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是第一步制備電控式單回路堵水覆巖裂隙探測儀探測儀結(jié)構(gòu)是在一根連接管兩端分別安裝有上封孔膠囊和下封孔膠囊；在下封孔膠囊內(nèi)設(shè)有水流調(diào)節(jié)裝置；所述水流調(diào)節(jié)裝置是在一個外殼內(nèi)設(shè)有上、下兩個串接的兩位三通電磁閥；外殼壁上設(shè)有若干通向下封孔膠囊的通孔；外殼外壁兩端分別設(shè)有用于固定下封孔膠囊的凸起圈；上、下兩個兩位三通電磁閥串接，每個電磁閥均設(shè)有上直通口、下直通口和側(cè)通口各一個；下邊的兩位三通電磁閥的下直通口作為進水口，該進水口上設(shè)有進水管，進水管從外殼的下端中露出，露出后與鉆桿連接，上邊的兩位三通電磁閥的上直通口作為出水口，該出水口通到膠囊以外的殼體上，兩個側(cè)通口直接與外殼內(nèi)腔相通；外殼的上端與雙端堵水器的連接管連接，連接后連接管與外殼內(nèi)腔相通；所述的兩個兩位三通電磁閥分別由各自的控制電路控制；兩個控制電路構(gòu)造相同，都是由液體壓力傳感器、電壓放大器、控制開關(guān)連接組成；其中，進水口端的兩位三通電磁閥的液體壓力傳感器安裝在進水口內(nèi)，出水口端的兩位三通電磁閥的液體壓力傳感器安裝在外殼內(nèi)；不通水時，兩個兩位三通電磁閥的直通口均呈閉合狀態(tài)，側(cè)通口均呈打開狀態(tài)。第二步直接將探測儀進水管連接在鉆機鉆桿上，用鉆桿頂入鉆孔中，注水觀測裝置連接在鉆桿進水管路上即可。第三步將探測儀推至鉆孔預(yù)定位置后，打開注水觀測裝置上的高壓水源開關(guān)，高壓水通過鉆桿進入水流調(diào)節(jié)裝置；進水口處的液體壓力傳感器首先感受到壓力，產(chǎn)生的電信號經(jīng)過放大后使進水口端兩位三通電磁閥的控制開關(guān)閉合，導(dǎo)致其上直通口打開、側(cè)通口閉合，水流通過出水口端兩位三通電磁閥的側(cè)通口進入外殼腔再通過通孔給下封孔膠囊注水，同時水流通過連接管給上封孔膠囊注水；從而封閉鉆孔。第四步當(dāng)外殼腔內(nèi)的水流壓力達到預(yù)設(shè)值時，液體壓力傳感器感受到壓力，產(chǎn)生的電信號經(jīng)過放大后使出水口端兩位三通電磁閥的控制開關(guān)閉合，導(dǎo)致其上直通口打開、側(cè)通口閉合，水流經(jīng)過上直通口給鉆孔注水，鉆孔注滿水后，測量單位時間內(nèi)的漏水量；進入測量過程。第五步測定完成后，關(guān)閉注水觀測裝置上的高壓水源開關(guān)，打開排水開關(guān)，進水口端液體壓力傳感器產(chǎn)生的電信號消失，使進水口端兩位三通電磁閥的控制開關(guān)打開，電磁閥恢復(fù)原位，外殼腔內(nèi)的水通過側(cè)通口排出，水壓降低；出水口端兩位三通電磁閥的控制開關(guān)也打開，電磁閥也恢復(fù)原位；封孔膠囊收縮后，開動鉆機將探測儀推至下一位置進行測量。本發(fā)明的優(yōu)點在于堵孔和注水采用同一回路，不用外接高壓風(fēng)管，從而避免了由于高壓風(fēng)管與鉆孔壁摩擦、擠壓而發(fā)生破裂，造成不能有效堵孔，簡化了探測系統(tǒng)，簡化了操作步驟，且極大提高了堵水可靠性；自動檢測封孔膠囊內(nèi)的壓力，達到預(yù)設(shè)值時及時切斷水源，消除了人工操作的誤差，既能保證有效堵孔，保證觀測結(jié)果的正確性，又避免了封孔膠囊內(nèi)壓力過大，對封孔膠囊起到保護作用，杜絕了封孔膠囊漲破事故，極大延長膠囊使用壽命。本發(fā)明操作非常簡單、堵孔速度快、封堵效果好、可靠性高、安全性高、使用壽命長、實用性強、生產(chǎn)成本低，便于推廣使用。


下面結(jié)合

本發(fā)明的實施例。圖1為本發(fā)明探測方法實施例的示意圖。圖2為實施例的水流調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為實施例的水流調(diào)節(jié)裝置外殼上通孔示意圖。圖4為實施例的兩位三通電磁閥控制電路圖。圖例說明1-上封孔膠囊；2 -通孔；3 -連接管；4 -水流調(diào)節(jié)裝置；5 -下封孔膠囊；6 -鉆桿；7 -鉆機；8 -注水觀測裝置；9 -頂蓋；10 -上兩位二通電磁閥；11 _外殼；12 -下兩位三通電磁閥；13-凸起圈；14-進水管；15-底蓋；16-下液體壓力傳感器；17-下控制開關(guān)；18-下電池組；19-下放大器；20-下密閉外殼；21-上控制開關(guān)；22-上電池組；23 -上放大器；24_出水口 ；25 -上液體壓力傳感器；26 -上密閉外殼。a代表下直通口，b代表上直通口，c代表側(cè)通口。
具體實施例方式本發(fā)明的探測步驟如下第一步制備電控式單回路堵水覆巖裂隙探測儀探測儀結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是在連接管3兩端分別安裝有上封孔膠囊I和下封孔膠囊5 ;在下封孔膠囊5內(nèi)設(shè)有水流調(diào)節(jié)裝置4 ；如圖2所示，上述的水流調(diào)節(jié)裝置包括外殼11，外殼11設(shè)有頂蓋9和底蓋15，頂蓋9與連接管3接通；外殼11內(nèi)設(shè)有兩個串接的上、下兩位三通電磁閥10和12 ;外殼11壁上設(shè)有若干通向膠囊的通孔2 (如圖3所示);外殼11外壁兩端分別設(shè)有用于固定和保護膠囊的凸起圈13 ;上、下兩個兩位三通電磁閥10和12串接，下兩位三通電磁閥12的下直通口 a作為進水口，該進水口上設(shè)有進水管14，進水管14從外殼11下端的底蓋15中露出，露出后與圖1中的鉆桿6連接；其上直通口 b與上兩位三通電磁閥10的下直通口 a連接；上兩位三通電磁閥10的上直通口 b連接出水口 24，該出水口 24位于膠囊5以外的外殼11上；兩個側(cè)通口 c直接與外殼11內(nèi)腔相通；所述的上下兩個兩位三通電磁閥10和12分別由各自的控制電路控制；控制電路如圖4所示；從圖4看出，下兩位三通電磁閥12的控制電路由下液體壓力傳感器16、下電池組18、下放大器19、下控制開關(guān)17、下密閉外殼20組成，其中下電池組18、下放大器19、下控制開關(guān)17安裝在下密閉外殼20內(nèi)，下電池組18連接下液體壓力傳感器16的輸入端，下液體壓力傳感器16的輸出端下經(jīng)放大器19與控下制開關(guān)17的線圈相連，用來控制下控制開關(guān)17的打開和閉合，下壓力傳感器16安裝在下兩位三通電磁閥12的進水口內(nèi)；上兩位三通電磁閥10的控制電路由上液體壓力傳感器25、上電池組22、上放大器23、上控制開關(guān)21、上密閉外殼26組成，上電池組22、上放大器23、上控制開關(guān)21安裝在上密閉外殼26內(nèi)，上電池組22連接上液體壓力傳感器25的輸入端，上液體壓力傳感器25的輸出端經(jīng)上放大器23與上控制開關(guān)21的線圈相連，用來控制上控制開關(guān)21的打開和閉合，上液體壓力傳感器25安裝在外殼11內(nèi)。
第二步直接將探測儀進水管14連接在鉆機鉆桿6上，用鉆桿6頂入鉆孔中，注水觀測裝置8連接在鉆桿6進水管路上即可。第三步將探測儀推至鉆孔預(yù)定位置后，打開注水觀測裝置8上的高壓水源開關(guān)，高壓水通過鉆桿6進入水流調(diào)節(jié)裝置4 ;下液體壓力傳感器16首先感受到壓力，產(chǎn)生的電信號經(jīng)放大器19使控制開關(guān)17閉合，從而使下兩位三通電磁閥12的上直通口 b打開，側(cè)通口 c閉合，水流進入上兩位三通電磁閥10，通過其側(cè)通口 c進入外殼11腔內(nèi)，進入外殼腔再通過通孔2給下封孔膠囊5注水，同時水流通過連接管3給上封孔膠囊I注水，封閉鉆孔。第四步當(dāng)外殼11腔內(nèi)的水流壓力達到預(yù)設(shè)值時，上液體壓力傳感器25感受到壓力，產(chǎn)生的電信號經(jīng)過放大器23使控制開關(guān)21打開，從而使上兩位三通電磁閥10的上直通口 b打開，側(cè)通口 c閉合，水流通過出水口 24排入鉆孔封堵段，鉆孔注滿水后，測量單位時間內(nèi)的漏水量；進入測量過程。第五步測定完成后，關(guān)閉注水觀測裝置8上的高壓水源開關(guān)，打開排水開關(guān)，下液體壓力傳感器16產(chǎn)生的電信號消失，使下控制開關(guān)17打開，下兩位三通電磁閥12恢復(fù)原位，外殼11腔內(nèi)的水由其側(cè)通口 c進入進水管14排出；外殼腔內(nèi)的水壓力降低，上液體壓力傳感器25產(chǎn)生的電信號消失，使上控制開關(guān)21打開，上兩位三通電磁閥也恢復(fù)原位；封孔膠囊I和5收縮后，開動鉆機7將探測儀推至下一位置進行測量。
權(quán)利要求
1.一種電控式單回路堵水覆巖裂隙探測方法，其特征在于，步驟如下第一步制備電控式單回路堵水覆巖裂隙探測儀探測儀結(jié)構(gòu)是在一根連接管兩端分別安裝有上封孔膠囊和下封孔膠囊；在下封孔膠囊內(nèi)設(shè)有水流調(diào)節(jié)裝置；所述水流調(diào)節(jié)裝置是在一個外殼內(nèi)設(shè)有上、下兩個串接的兩位三通電磁閥；外殼壁上設(shè)有多個通向下封孔膠囊的通孔；外殼外壁兩端分別設(shè)有用于固定下封孔膠囊的凸起圈；上、下兩個兩位三通電磁閥串接，每個電磁閥均設(shè)有上直通口、下直通口和側(cè)通口各一個；下邊的兩位三通電磁閥的下直通口作為進水口，該進水口上設(shè)有進水管，進水管從外殼的下端中露出，露出后與鉆桿連接；上邊的兩位三通電磁閥的上直通口作為出水口，該出水口通到膠囊以外的殼體上，兩個側(cè)通口直接與外殼內(nèi)腔相通；外殼的上端與雙端堵水器的連接管連接，連接后連接管與外殼內(nèi)腔相通；所述的兩個兩位三通電磁閥分別由各自的控制電路控制；兩個控制電路構(gòu)造相同，都是由液體壓力傳感器、電壓放大器、控制開關(guān)連接組成；其中，進水口端的兩位三通電磁閥的液體壓力傳感器安裝在進水口內(nèi)，出水口端的兩位三通電磁閥的液體壓力傳感器安裝在外殼內(nèi)；不通水時，兩個兩位三通電磁閥的直通口均呈閉合狀態(tài)，側(cè)通口均呈打開狀態(tài)；第二步直接將探測儀進水管連接在鉆機鉆桿上，用鉆桿頂入鉆孔中，注水觀測裝置連接在鉆桿進水管路上即可；第三步將探測儀推至鉆孔預(yù)定位置后，打開注水觀測裝置上的高壓水源開關(guān)，高壓水通過鉆桿進入水流調(diào)節(jié)裝置；進水口處的液體壓力傳感器首先感受到壓力，產(chǎn)生的電信號經(jīng)過放大后使進水口端兩位三通電磁閥的控制開關(guān)閉合，導(dǎo)致其上直通口打開、側(cè)通口閉合，水流通過出水口端兩位三通電磁閥的側(cè)通口進入外殼腔再通過通孔給下封孔膠囊注水，同時水流通過連接管給上封孔膠囊注水；從而封閉鉆孔；第四步當(dāng)外殼腔內(nèi)的水流壓力達到預(yù)設(shè)值時，液體壓力傳感器感受到壓力，產(chǎn)生的電信號經(jīng)過放大后使出水口端兩位三通電磁閥的控制開關(guān)閉合，導(dǎo)致其上直通口打開、側(cè)通口閉合，水流經(jīng)過上直通口給鉆孔注水，鉆孔注滿水后，測量單位時間內(nèi)的漏水量；進入測量過程；第五步測定完成后，關(guān)閉注水觀測裝置上的高壓水源開關(guān)，打開排水開關(guān)，進水口端液體壓力傳感器產(chǎn)生的電信號消失，使進水口端兩位三通電磁閥的控制開關(guān)打開，電磁閥恢復(fù)原位，外殼腔內(nèi)的水通過側(cè)通口排出，水壓降低；出水口端兩位三通電磁閥的控制開關(guān)也打開，電磁閥也恢復(fù)原位；封孔膠囊收縮后，開動鉆機將探測儀推至下一位置進行測量。
2.一種電控式單回路堵水覆巖裂隙探測儀，其特征在于，它是在一根連接管兩端分別安裝有上封孔膠囊和下封孔膠囊；在下封孔膠囊內(nèi)設(shè)有水流調(diào)節(jié)裝置；所述水流調(diào)節(jié)裝置是在一個外殼內(nèi)設(shè)有上、下兩個串接的兩位三通電磁閥；外殼壁上設(shè)有多個通向下封孔膠囊的通孔；外殼外壁兩端分別設(shè)有用于固定下封孔膠囊的凸起圈；上、下兩個兩位三通電磁閥串接，每個電磁閥均設(shè)有上直通口、下直通口和側(cè)通口各一個；下邊的兩位三通電磁閥的下直通口作為進水口，該進水口上設(shè)有進水管，進水管從外殼的下端中露出，露出后與鉆桿連接；上邊的兩位三通電磁閥的上直通口作為出水口，該出水口通到膠囊以外的殼體上，兩個側(cè)通口直接與外殼內(nèi)腔相通；外殼的上端與雙端堵水器的連接管連接，連接后連接管與外殼內(nèi)腔相通；所述的兩個兩位三通電磁閥分別由各自的控制電路控制；兩個控制電路構(gòu)造相同，都是由液體壓力傳感器、電壓放大器、控制開關(guān)連接組成；其中，進水口端的兩位三通電磁閥的液體壓力傳感器安裝在進水口內(nèi)，出水口端的兩位三通電磁閥的液體壓力傳感器安裝在外殼內(nèi)；不通水時，兩個兩位三通電磁閥的直通口均呈閉合狀態(tài)，側(cè)通口均呈打 開狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電控式單回路堵水覆巖裂隙探測方法，它首先制備電控式單回路堵水覆巖裂隙探測儀，探測儀是在一根連接管兩端分別安裝有上封孔膠囊和下封孔膠囊；在下封孔膠囊內(nèi)設(shè)有電控式水流調(diào)節(jié)裝置；使用時直接將探測儀進水管連接在鉆機鉆桿上，用鉆桿頂入鉆孔中，注水觀測裝置連接在鉆桿進水管路上即可進行探測。本發(fā)明堵孔和注水采用同一回路，不用外接高壓風(fēng)管，從而避免了由于高壓風(fēng)管與鉆孔壁摩擦、擠壓而發(fā)生破裂，造成不能有效堵孔，簡化了探測系統(tǒng)，簡化了操作步驟，且極大提高了堵水可靠性。
文檔編號E21C39/00GK103016007SQ20121051763
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月5日
發(fā)明者劉學(xué)生, 譚健, 寧建國, 孫赑, 錢坤 申請人:山東科技大學(xué)