多段封堵雙端觀測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于礦山頂?shù)装鍘r體破壞范圍測定技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及多段封堵雙端觀測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]礦山頂?shù)装鍘r體破壞范圍的測量是標(biāo)志煤巖賦存狀態(tài)的重要參數(shù)。在研究礦井防治水時，它是一個關(guān)鍵性的基礎(chǔ)參數(shù)，因此，研究采動圍巖中的導(dǎo)水通道的形成，就有必要掌握巖層移動規(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)驗公式預(yù)計、現(xiàn)場實測等手段。然而，由于現(xiàn)場條件復(fù)雜，在一定程度上，數(shù)值模擬不能很好的反映現(xiàn)場情況，經(jīng)驗公式預(yù)計的盲目性較大，隨著采深加大，經(jīng)驗公式適用性越來越差。
[0003]首先，隨著開采深度增加，鉆孔在短時間內(nèi)容易變形，需要對鉆孔進行快速測量，而鉆孔長度大致在50-70m，測試現(xiàn)場經(jīng)常運用單段注水觀測儀，每次推進測量長度(約lm)，這就增加了推進次數(shù)和觀測時間。其次，現(xiàn)有多段觀測設(shè)備中未能實現(xiàn)封堵觀測一體化，且多段觀測時，只有一個測量端，觀測效率增加不大。最后，在實際觀測過程中，封堵壓力一般取2.5MPa，鉆孔觀測水壓一般取0.1MPa,鉆孔內(nèi)觀測水源壓力不可過大，否則，會對鉆孔孔壁內(nèi)原有裂隙形成擴張作用。在同一外界水源下，如何讓一體化觀測設(shè)備中封堵水源與觀測水源在各自壓力下同時工作。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)未能同時解決上述三個問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種多段封堵雙端觀測系統(tǒng)，該觀測系統(tǒng)可以同時向兩個探測段內(nèi)注水，增加了測量端，提高了測量效率。
[0006]其技術(shù)解決方案包括:
[0007]一種用于圍巖裂隙的封堵雙端觀測系統(tǒng)，其包括探測系統(tǒng)、封堵系統(tǒng)和供給推進系統(tǒng)，所述探測系統(tǒng)安裝在圍巖裂隙的鉆孔中，
[0008]所述探測系統(tǒng)包括第一探測單元、第二探測單元、第三探測單元和第四探測單元，所述第一探測單元位于鉆孔的最外側(cè)，所述第四探測單元位于鉆孔的最內(nèi)側(cè)，相鄰的探測單元之間、第一探測單元的前部及第四探測單元的尾部均設(shè)置有卡槽接頭，每個探測單元均包括平行布置的連通管和漏水管，相鄰的探測單元的連通管和漏水管通過所述卡槽接頭連接，其中，相鄰探測單元的連通管保持連通，位于第一探測單元和第二探測單元、第三探測單元和第四探測單元的漏水管保持連通，位于第二探測單元和第三探測單元之間的漏水管被卡槽接頭分隔為獨立的兩部分，分別為探測I段和探測II段，在第一探測單元和第二探測單元之間、第三探測單元和第四探測單元之間的卡槽接頭內(nèi)設(shè)置有壓力調(diào)節(jié)閥；
[0009]所述第四探測單元伸入鉆孔的一端連接有U形管道，第四探測單元尾部的卡槽接頭上設(shè)置有水壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述水壓轉(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，位于右端的導(dǎo)水孔通過小孔與所述卡槽接頭相連通，位于左端的導(dǎo)水孔開始時被基體內(nèi)壁密封，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一進行限位，所述活塞用以控制左端導(dǎo)水孔與圍巖裂隙中的鉆孔保持連通或關(guān)閉；
[0010]所述封堵系統(tǒng)包括封堵膠囊，所述封堵膠囊包繞在每個卡槽接頭的外部，所述卡槽接頭內(nèi)設(shè)置有起脹孔；
[0011]所述供給推進系統(tǒng)包括注水操作臺一、注水操作臺二和油壓裝置，所述注水操作臺一與探測I段連接，所述注水操作臺二與連通管連接，用于向探測II段注水；
[0012]在每個探測單元漏水管的上方均設(shè)置有通油管路，所述通油管路與所述油壓裝置連接。
[0013]上述水壓轉(zhuǎn)換器的工作原理為:
[0014]水壓轉(zhuǎn)換器中左端較大的圓柱體活塞面面積為，接觸水壓為第四探測單元漏水管中觀測鉆孔用水壓Ps，右端較小的圓柱體活塞面面積為接觸水壓為第四探測單元連通管中水壓，彈簧一中彈性系數(shù)k，壓縮量X，由二力平衡原理可知:
[0015]當(dāng)F左+F彈多F右，S卩P左S左+kx多P右S右，則水壓轉(zhuǎn)換器處于關(guān)閉狀態(tài)，活塞不外移，導(dǎo)水孔被基體內(nèi)壁阻擋，不能與漏水管連通。
[0016]當(dāng)F左，即P左S左+kx彡S右，則水壓轉(zhuǎn)換器處于開啟狀態(tài)，活塞向外移，導(dǎo)水孔露出基體內(nèi)壁，與漏水管連通，對鉆孔內(nèi)進行補水。
[0017]上述過程既可實現(xiàn)由第四探測單元中連通管中高壓水向第四探測單元漏水管中觀測鉆孔用低壓水轉(zhuǎn)化，又可根據(jù)需要實現(xiàn)向鉆孔內(nèi)實時補水過程。
[0018]其中，Ρ左為觀測鉆孔用水壓，工程常取0.1MPa, 連通管內(nèi)水壓，一方面可用于起脹封堵膠囊，另一方面經(jīng)壓力轉(zhuǎn)化后，可用于向該測段漏水管中實時補水，工程常大于
2.5MPa，由此可知，3&與的比值約為25:1，加入彈簧調(diào)節(jié)面積差值，一是可以降低左右面積比，便于實際制造需要，二是可使活塞自動回位。
[0019]作為本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，所述卡槽接頭內(nèi)還設(shè)置有兩個平行的通道，分別為通道I和通道II，所述通道I將相鄰探測單元的漏水管連接在一起，所述通道II將相鄰探測單元的連通管連接在一起，位于第二探測單元和第三探測單元之間的通道I內(nèi)設(shè)置有擋塊，所述擋塊將第二探測單元和第三探測單元隔開；所述通道I上方設(shè)置有通油管路接口，所述通油管路接口連接在所述通油管路上，所述起脹孔設(shè)置在所述通道II下方。
[0020]作為本發(fā)明的另一個優(yōu)選方案，所述通道I與漏水管之間、通道II與連通管之間均為螺紋連接。
[0021]優(yōu)選的，所述壓力調(diào)節(jié)閥包括不對稱活塞組、彈簧、位于頂部的通油孔和位于側(cè)部的方形孔，所述通油孔與所述通油管路連接，初始狀態(tài)時，在彈簧二作用下，不對稱活塞組位于壓力調(diào)節(jié)閥內(nèi)腔的一端，此時恰好完全封堵所述方形孔，工作狀態(tài)時，由油壓裝置提供的高壓油通過通油孔進入壓力調(diào)節(jié)閥內(nèi)腔，作用于活塞組一側(cè)，將活塞組推向彈簧二的另一端，此時，活塞組間空隙與方形孔連通。
[0022]優(yōu)選的，所述注水操作臺一向探測I段提供0.1MPa的水源，所述注水操作臺二向探測段II和封堵膠囊內(nèi)提供2.5MPa的水源。
[0023]優(yōu)選的，所述供給推進系統(tǒng)還包括回水壓力表、電子記錄器、鉆機和鉆桿，所述電子記錄器安裝在注水操作臺上，所述回水壓力表用于對回水管中的回水壓力進行校正檢測。
[0024]優(yōu)選的，所述油壓裝置包括提供油源的油壓罐、儲能器和截止閥，所述儲能器與截止閥設(shè)置在通油管路上。
[0025]優(yōu)選的，所述通油管路經(jīng)過緊固螺絲固定在每個卡槽接頭上。
[0026]優(yōu)選的，所述水壓轉(zhuǎn)換器通過卡槽管接頭連接在第四探測單元的卡槽接頭上。
[0027]本發(fā)明所帶來的有益技術(shù)效果:
[0028]通過注水操作臺一和注水操作臺二向探測系統(tǒng)同時注水，獨立的探測I段和探測II段，實現(xiàn)了所封堵測段的兩端對頭同步測量，增加了測量端，提高了測量效率，尤其適用于礦山頂?shù)装鍘r體破壞范圍的快速測量。
[0029]通過封堵膠囊起脹形成封堵空間，本系統(tǒng)實現(xiàn)了封堵測漏一體化。
[0030]注水操作臺二提供的水源經(jīng)連通管進入水壓轉(zhuǎn)換器中，水壓轉(zhuǎn)換器中的活塞可以控制左端導(dǎo)水孔與圍巖裂隙中的鉆孔保持連通或關(guān)閉，從而實現(xiàn)了一體化過程中封堵高壓水源向觀測低壓水源的壓力轉(zhuǎn)換，保證觀測過程中封堵水源與觀測水源在各自壓力下工作問題，避免了觀測水源壓力過高對鉆孔裂隙的破壞作用。
【附圖說明】
[0031]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明:
[0032]圖1為本發(fā)明觀測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2為本發(fā)明觀測系統(tǒng)中測試探頭的整體示意圖；
[0034]圖3-1、3-2、3_3為本發(fā)明壓力調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖4-1、4-2為水壓轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖5-1、5-2、5-3、5-4為水壓轉(zhuǎn)換器和卡槽管接頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖6為水壓轉(zhuǎn)換器狀態(tài)示意圖；
[0038]圖7為多段封堵雙端觀測系統(tǒng)中通油管路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖8為漏水管結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖9為連通管結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖10為卡槽接頭一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖11為卡槽接頭二結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖12為卡槽接頭三結(jié)構(gòu)示意圖；