圍巖采動(dòng)破壞范圍分段測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于礦山頂?shù)装鍘r體破壞范圍測(cè)定技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及圍巖采動(dòng)破壞范圍分段測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]礦山頂?shù)装鍘r體破壞范圍的測(cè)量是標(biāo)志煤巖賦存狀態(tài)的重要參數(shù)。在研究礦井防治水時(shí)，它是一個(gè)關(guān)鍵性的基礎(chǔ)參數(shù)，因此，研究采動(dòng)圍巖中的導(dǎo)水通道的形成，就有必要掌握巖層移動(dòng)規(guī)律和確定頂?shù)装鍘r體破壞范圍。通常采用數(shù)值模擬、經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等手段。
[0003]然而，由于現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜，在一定程度上，數(shù)值模擬不能很好的反映現(xiàn)場(chǎng)情況，經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)計(jì)的盲目性較大，隨著采深加大，經(jīng)驗(yàn)公式適用性越來(lái)越差。首先，由于現(xiàn)有的觀測(cè)設(shè)備中同時(shí)工作的管道數(shù)量過(guò)多，尤其在推進(jìn)過(guò)程中，容易出現(xiàn)鉆孔內(nèi)管道纏繞問(wèn)題，其次，在實(shí)際觀測(cè)過(guò)程中，封堵壓力一般取2.5MPa，鉆孔觀測(cè)水壓一般取0.1MPa，鉆孔內(nèi)觀測(cè)水源壓力不可過(guò)大，否則，會(huì)對(duì)鉆孔孔壁內(nèi)原有裂隙形成擴(kuò)張作用。在同一外界水源下，如何讓一體化觀測(cè)設(shè)備中封堵水源與觀測(cè)水源在各自壓力下同時(shí)工作，最后，由于鉆孔長(zhǎng)度大致在50-70m，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常運(yùn)用單段注水觀測(cè)儀，每次推進(jìn)測(cè)量長(zhǎng)度(約lm)，推進(jìn)次數(shù)過(guò)多使得人工工作量大大增加，進(jìn)而可能影響測(cè)量精確性?，F(xiàn)有技術(shù)未能同時(shí)解決上述三個(gè)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種圍巖采動(dòng)破壞分段測(cè)試方法，該測(cè)試方法可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)一次封堵多段測(cè)量、封堵測(cè)漏一體化及封堵高壓水源向觀測(cè)低壓水源的壓力轉(zhuǎn)換。
[0005]其技術(shù)解決方案包括:
[0006]—種圍巖采動(dòng)破壞分段測(cè)試方法，其所采用的測(cè)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)；
[0007]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(gè)，每個(gè)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；
[0008]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；
[0009]所述測(cè)試方法包括以下步驟:
[0010]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(gè)鉆孔，孔深30_70m 不等；
[0011]b安裝觀測(cè)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(gè)封堵單元兩個(gè)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(guò)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(guò)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；
[0012]c封閉鉆孔，待其到達(dá)初始位置后，用注水操作臺(tái)向觀測(cè)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；
[0013]d測(cè)定流水矢量參數(shù)，包括以下子步驟:
[0014]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(cè)段、第2測(cè)段、第3測(cè)段..第η測(cè)段，將對(duì)應(yīng)的每個(gè)測(cè)段的壓力轉(zhuǎn)換器開(kāi)啟壓力分別設(shè)定為nu = 2.5MPa，m2 =2.6MPa ,m3 = 2.7MPa...m1...mn(其中，mi<m2<m3...<nu...<mn)，取觀測(cè)水壓Pi外為
0.1MPa；
[0015]向測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)注水，封堵膠囊內(nèi)壓力Pi內(nèi)增加，當(dāng)Pi內(nèi)稍大于2.5MPa時(shí)停止注水，并保持此時(shí)水壓1-2分鐘不變，此時(shí)只有第1測(cè)段水壓轉(zhuǎn)換器開(kāi)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(shí)讀取并計(jì)算此時(shí)間段內(nèi)平均漏失量L1;
[0016]繼續(xù)增加水壓至稍大于2.6MPa，此時(shí)為第1、2測(cè)段水壓轉(zhuǎn)換器開(kāi)啟并同時(shí)工作，讀取并計(jì)算此時(shí)間段內(nèi)平均漏失量L2，得到第2測(cè)段的平均漏失量為L(zhǎng)2 — L1;
[0017]依次類推第3段平均漏失量L3— L2 — U，直到第η測(cè)段，隨著段數(shù)η的增加，
[0018]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(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)至下一觀測(cè)區(qū)域，重復(fù)步驟c、d，依次對(duì)鉆孔進(jìn)行測(cè)量。
[0019]作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，在活塞的右端設(shè)置有凸臺(tái)，所述凸臺(tái)用于對(duì)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。
[0020]作為本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選方案，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(gè)凸起部的漏水管外圍。
[0021]優(yōu)選的，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(guò)與固定件配合將所述封堵膠囊固定。
[0022]優(yōu)選的，每段漏水管上均布設(shè)有兩個(gè)漏水孔。
[0023]優(yōu)選的，所述活塞左端面與右端面的面積之比為10?25:1。
[0024]優(yōu)選的，所述連通管與管狀接頭為螺紋連接。
[0025]當(dāng)活塞滿足Pi外Si外+kx< Pi內(nèi)Si內(nèi)時(shí)，左端導(dǎo)水孔與圍巖中的鉆孔連通，其中，Pi外為
0.1MPa，P柄為2.5MPa，Si外為左端活塞面面積，S納為右端活塞面面積，k為彈簧中彈性系數(shù)，x為壓縮量，i為探測(cè)單元的個(gè)數(shù)。
[0026]優(yōu)選的，所述供給推進(jìn)系統(tǒng)包括注水操作臺(tái)、回水壓力表、電子記錄器、鉆機(jī)和鉆桿，所述注水操作臺(tái)向所述連通管內(nèi)提供高壓水源，所述電子記錄器安裝在注水操作臺(tái)上，所述回水壓力表用于對(duì)回水管中的回水壓力進(jìn)行校正檢測(cè)。
[0027]優(yōu)選的，所述第二封堵單元設(shè)置有兩個(gè)。
[0028]本發(fā)明所帶來(lái)的有益技術(shù)效果:
[0029]本發(fā)明測(cè)試方法實(shí)現(xiàn)了觀測(cè)系統(tǒng)的封堵測(cè)漏一體化，減少了鉆孔內(nèi)同時(shí)工作的管道數(shù)量，解決了推進(jìn)過(guò)程中鉆孔內(nèi)多管道相互纏繞問(wèn)題，提高了礦山頂?shù)装鍘r體破壞范圍測(cè)量過(guò)程的穩(wěn)定性。
[0030]本發(fā)明測(cè)試方法實(shí)現(xiàn)了一體化過(guò)程中封堵水源向觀測(cè)水源壓力轉(zhuǎn)換，解決了觀測(cè)過(guò)程中封堵水源與觀測(cè)水源在各自壓力下工作問(wèn)題，避免了觀測(cè)水源壓力過(guò)高對(duì)鉆孔裂隙的破壞作用，提高了礦山頂?shù)装鍘r體破壞范圍測(cè)量過(guò)程的精確性。
[0031]本發(fā)明測(cè)試方法實(shí)現(xiàn)了觀測(cè)系統(tǒng)的一次封堵多段測(cè)量，增加了每次推進(jìn)測(cè)量長(zhǎng)度，提高了測(cè)量效率，為礦山頂?shù)装鍘r體破壞范圍測(cè)量過(guò)程的高效性、穩(wěn)定性和精確性奠定基礎(chǔ)。
【附圖說(shuō)明】
[0032]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明:
[0033]圖1為本發(fā)明圍巖采動(dòng)破壞范圍分段測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)中測(cè)試探頭的整體示意圖；
[0035]圖3為本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)中第三封堵單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖4為本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)中第二封堵單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖5為本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)中第一封堵單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖6、7、8、9、10、11為壓力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖12為分段壓力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中水壓轉(zhuǎn)換器狀態(tài)示意圖；
[0040]圖中，1、巖體，2、鉆孔，3、封堵膠囊，4、連通管，5、水壓轉(zhuǎn)換器，6、管狀接頭一，7、漏水管，8、卡槽管接頭，9、管狀接頭三，10、高壓軟管，11、鉆桿，12、鉆機(jī)，13、注水操作臺(tái)，14、導(dǎo)向錐，15、管狀接頭二，16、活塞，17、導(dǎo)水孔，18、彈簧，19、凸臺(tái)，20、基體，21、小孔，22、第一封堵單元，23、第二封堵單元，24、第三封堵單元。
【具體實(shí)施方式】
[0041 ]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0042]本發(fā)明圍巖采動(dòng)破壞范圍分段測(cè)試系統(tǒng)，如圖1所示，主要包括封堵系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、供給推進(jìn)系統(tǒng)、壓力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和觀測(cè)系統(tǒng)，其中，供給推進(jìn)系統(tǒng)包括注水操作臺(tái)13、回水壓力表、電子記錄器、鉆機(jī)12和鉆桿11，鉆機(jī)通過(guò)高壓軟管10與注水操作臺(tái)連接，注水操作臺(tái)的作用是通過(guò)高壓軟管向連通管4內(nèi)提供高壓水源，電子記錄器安裝注水操作臺(tái)上，作用是記錄電子流量計(jì)的流水量參數(shù)，回水壓力表用于對(duì)回水管中的回水壓力進(jìn)行校正檢測(cè)，所述注水操作臺(tái)13包括流量表、壓力表，分別用于觀測(cè)注水流量和注水壓力，鉆機(jī)12負(fù)責(zé)推進(jìn)一體化觀測(cè)系統(tǒng)至相應(yīng)的觀測(cè)區(qū)域，對(duì)于供給推進(jìn)系統(tǒng)和觀測(cè)系統(tǒng)的工作運(yùn)行方法借鑒現(xiàn)有技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)。
[0043]導(dǎo)向系統(tǒng)結(jié)合圖2所示，主要包括安裝在圍巖最內(nèi)側(cè)的導(dǎo)向錐14，與管狀接頭三9呈螺紋連接，本發(fā)明優(yōu)選將導(dǎo)向錐設(shè)計(jì)為錐狀，便于鉆孔2內(nèi)出現(xiàn)凹凸不平臺(tái)階狀時(shí)，起到導(dǎo)向作用。
[0044]封堵系統(tǒng)詳見(jiàn)圖1至圖5所示，包括第一封堵單元22、第二封堵單元23、第三封堵單元24和連通管4，連通管4連接相鄰的封堵單元，其中，第一封堵單元22和第三封堵單元24分別位于圍巖鉆孔的最內(nèi)側(cè)和最外側(cè)，第二封堵單元23優(yōu)選設(shè)置有兩個(gè)，每個(gè)封堵單元均包括漏水管7及連接在漏水管兩端的管狀接頭，管狀接頭分別是管狀接頭一 6、管狀接頭二 15和管狀接頭三9，連通管4的兩端分別連接在相鄰封堵單元的管狀接頭上以將相鄰的封堵單元連接在一起。
[0045]相鄰的封堵單元的具體結(jié)構(gòu)與連接方式如:第二封堵單元23包括管狀接頭一6、管狀接頭二15、漏水管7和封堵膠囊3;第一封堵單元22包括管狀接頭二15、漏水管7、管狀接頭三9和封堵膠囊3，連通管4為一密封管道，管狀接頭一6上設(shè)置有凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)及凹槽，其中，凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)可以為垂直向上和垂直向下的凸起部，或與該結(jié)構(gòu)類似的其它凸起部，凸起部的作用是擋住封堵膠囊3，以防滑落，凹槽的作用是可通過(guò)固定構(gòu)件將封堵膠囊3固定其上。封堵膠囊3包繞在兩個(gè)管狀接頭一 6的凹槽狀結(jié)構(gòu)上，通過(guò)與漏水管7配合形成起脹封堵膠囊3的空間。
[0046]第一封堵單元中部件的連接關(guān)系與上述第二封堵單元大體相同，第一封堵單元中漏水管7左右兩端與管狀接頭二 15、管狀接頭三9也是螺紋連接，管狀接頭二 15、管狀接頭三9外部設(shè)置凹槽狀結(jié)構(gòu)，可通過(guò)固定構(gòu)件固定封堵膠囊3，封堵膠囊3包繞在管狀接頭二 15、管狀接頭三9外部設(shè)置凹槽狀結(jié)構(gòu)上，通過(guò)與漏水管7配合形成起脹封堵膠囊3的空間。
[0047]本發(fā)明優(yōu)選連通管4與其連接的管狀接頭也是螺紋連接。
[0048]上述壓力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)詳見(jiàn)圖6至圖12所示，包括水壓轉(zhuǎn)換器5和卡槽管接頭8，卡槽管接頭8左端與連通管4螺紋連接，右端與管狀接頭二 15螺紋連接，卡槽管接頭8左端面外側(cè)區(qū)域與4個(gè)水壓轉(zhuǎn)換器5呈螺紋連接，水壓轉(zhuǎn)換器5分活塞16和基體20兩部分，活塞16呈左右兩端不等大的圓柱體，左端較大的圓柱體活塞面面積為Sm，接觸水壓為Ρι?，右端較