多段封堵双端观测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于矿山顶底板岩体破坏范围测定技术领域，具体涉及多段封堵双端观测方法。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]首先，随着开采深度增加，钻孔在短时间内容易变形，需要对钻孔进行快速测量，而钻孔长度大致在50-70m，测试现场经常运用单段注水观测仪，每次推进测量长度(约Im)，这就增加了推进次数和观测时间。其次，现有多段观测设备中未能实现封堵观测一体化，且多段观测时，只有一个测量端，观测效率增加不大。最后，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。
[0004]现有技术未能同时解决上述三个问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种多段封堵双端观测方法，该观测方法可以同时向两个探测段内注水，增加了测量端，提高了测量效率。
[0006]其技术解决方案包括:
[0007]—种用于围岩裂隙的封堵双端观测方法，其所采用的观测系统包括探测系统、封堵系统和供给推进系统，所述探测系统安装在围岩裂隙的钻孔中，
[0008]所述探测系统包括第一探测单元、第二探测单元、第三探测单元、第四探测单元、压力调节阀、卡槽接头和U形管道，所述第一探测单元位于钻孔的最外侧，所述第四探测单元位于钻孔的最内侧，所述卡槽接头设置在相邻的探测单元之间、第一探测单元的前部及第四探测单元的尾部，每个探测单元均包括平行布置的连通管和漏水管，在每个卡槽接头内设置有起胀孔；
[0009]在第四探测单元尾部的卡槽接头上设置有水压转换系统，所述水压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，所述活塞左端面面积大于右端面面积，所述活塞内设置有相互连通的导水孔，位于右端的导水孔通过小孔与所述卡槽接头相连通，位于左端的导水孔开始时被基体内壁密封，在活塞的右端设置有凸台，所述凸台用于对活塞中的弹簧一进行限位，所述活塞用以控制左端导水孔与围岩裂隙中的钻孔保持连通或关闭；
[0010]所述封堵系统包括封堵胶囊，所述封堵胶囊包绕在每个卡槽接头的外部，所述卡槽接头内设置有起胀孔；
[0011]所述供给推进系统包括注水操作台一、注水操作台二和油压装置，在每个探测单元漏水管的上方均设置有通油管路，所述油压装置包括油压罐、储能器和截止阀；
[0012]所述观测方法包括以下步骤:
[0013]a打钻孔，在煤岩巷道中向顶板或底板岩体中先后施工规定角度的多个钻孔，孔深30-70m；
[0014]b安装观测系统，依次将第一探测单元、第二探测单元、第三探测单元和第四探测单元的连通管和漏水管通过卡槽接头连接在一起，使得相邻探测单元的连通管保持连通，位于第一探测单元和第二探测单元、第三探测单元和第四探测单元的漏水管保持连通，位于第二探测单元和第三探测单元之间的漏水管被卡槽接头分隔为独立的两部分，分别为探测I段和探测II段；
[0015]在第一探测单元和第二探测单元之间、第三探测单元和第四探测单元之间的卡槽接头内安装压力调节阀，第四探测单元伸入钻孔的一端连接U形管道，将水压转换系统安装在第四探测单元尾部的卡槽接头上；
[0016]将封堵胶囊包绕在每个卡槽接头的外部，将注水操作台一与探测I段连接，注水操作台二与连通管连接，将通油管路与油压装置连接；
[0017]c封闭钻孔，待其到达初始位置后，用注水操作台一和注水操作台二向观测系统内注入水源至其达到预定初始水压以起胀封堵胶囊；
[0018]d测定流水矢量参数，包括以下子步骤:
[0019](I)设置水压转换器开启压力比m为2.5，取观测水压P左为0.1MPa ；
[0020](2)通过注水操作台二向连通管内注入2.5MPa水源，一方面通过起胀孔起胀封堵胶囊，另一方面，该水源通过水压转换器转换后以0.1MPa向第四探测单元内注水，观测;保持水压1-2分钟后，读取并计算此时间段内平均漏失量L1;与此同时，通过注水操作台一向第一探测单元内直接提供0.1MPa观测水源，对应读取并计算此时间段内平均漏失量L2;
[0021](3)接步骤(2)，通过油压装置向压力调节阀中提供一定压力的高压油，使活塞组向另一端移动使方形孔连通，此时，第一探测单元与第二探测单元连通，第四探测单元与第三探测单元连通，打开截止阀和储能器，保持高压油压力，使观测水源分别向第二探测单元、第三探测单元内补充，并以0.1MPa压力继续工作，等待1-2分钟，分别读取并计算第一、二探测单元和第三、四探测单元的平均漏失量L3，L4,此时，L「L2即为第二探测单元的平均漏失量，L4-L1即为第三探测单元的平均漏失量；
[0022]e回撤压力水源和高压油，使封堵胶囊和压力调节阀处于卸压状态，然后利用供给推进系统移动观测系统至下一观测区域，重复步骤c、d，依次对钻孔进行测量。
[0023]上述水压转换器的工作原理为:
[0024]水压转换器中左端较大的圆柱体活塞面面积为&，接触水压为第四探测单元漏水管中观测钻孔用水压P左，右端较小的圆柱体活塞面面积为S右，接触水压为第四探测单元连通管中水压P右，弹簧一中弹性系数k，压缩量X，由二力平衡原理可知:
[0025]当F左+F弹2F右，即P左S左+kx > P右S右，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，不能与漏水管连通。
[0026]当F左+F弹《F右，即P左S左+kx《P右S右，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，与漏水管连通，对钻孔内进行补水。
[0027]上述过程既可实现由第四探测单元中连通管中高压水向第四探测单元漏水管中观测钻孔用低压水转化，又可根据需要实现向钻孔内实时补水过程。
[0028]其中，P左为观测钻孔用水压，工程常取0.1MPa，P右为连通管内水压，一方面可用于起胀封堵胶囊，另一方面经压力转化后，可用于向该测段漏水管中实时补水，工程常大于2.5MPa，由此可知，S左与S右的比值约为25:1，加入弹簧调节面积差值，一是可以降低左右面积比，便于实际制造需要，二是可使活塞自动回位。
[0029]作为本发明的一个优选方案，所述卡槽接头内还设置有两个平行的通道，分别为通道I和通道II，所述通道I将相邻探测单元的漏水管连接在一起，所述通道II将相邻探测单元的连通管连接在一起，位于第二探测单元和第三探测单元之间的通道I内设置有挡块，所述挡块将第二探测单元和第三探测单元隔开;所述通道I上方设置有通油管路接口，所述通油管路接口连接在所述通油管路上，所述起胀孔设置在所述通道II下方。
[0030]作为本发明的另一个优选方案，所述通道I与漏水管之间、通道II与连通管之间均为螺纹连接。
[0031]优选的，所述压力调节阀包括不对称活塞组、弹簧二、位于顶部的通油孔和位于侧部的方形孔，所述通油孔与所述通油管路连接。
[0032]优选的，所述供给推进系统还包括回水压力表、电子记录器、钻机和钻杆，所述电子记录器安装在注水操作台上，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。
[0033]优选的，所述通油管路经过紧固螺丝固定在每个卡槽接头上。
[0034]本发明所带来的有益技术效果:
[0035]本发明观测方法可以同时同步对两端对头进行测量，通过注水操作台一和注水操作台二向探测系统同时注水，独立的探测I段和探测II段，实现了所封堵测段的两端对头同步测量，增加了测量端，提高了测量效率，尤其适用于矿山顶底板岩体破坏范围的快速测量。
[0036]通过封堵胶囊起胀形成封堵空间，本系统实现了封堵测漏一体化。
[0037]注水操作台二提供的水源经连通管进入水压转换器中，水压转换器中的活塞可以控制左端导水孔与围岩裂隙中的钻孔保持连通或关闭，从而实现了一体化过程中封堵高压水源向观测低压水源的压力转换，保证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。
【附图说明】
[0038]下面结合附图对本发明做进一步说明:
[0039]图1为本发明观测系统的结构示意图；
[0040]图2为本发明观测系统中测试探头的整体示意图；
[0041]图3-1、3-2、3_3为本发明压力调节阀结构示意图；
[0042]图4-