一种矿山边坡地应力水压致裂测试系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种矿山边坡地应力测试系统，特别是一种矿山边坡地应力水压致裂测试系统。


背景技术：

2.矿山边坡一般是指与水平面呈一定夹角的斜坡，由许多已经结束采掘工作的台阶所组成。由于矿山边坡通常具有夹角大以及坡高较高的特点，因此，在矿区日常采掘工作活动以及雨水冲蚀的影响下，一些比较脆弱的区域存在非常大的滑坡和垮塌的风险。因此，需要对矿山边坡地质条件进行勘探、研究和分析，从而得出边坡稳定性的相关参数。
3.地应力测试的主要任务是测试出地应力量值和方向，目的是研究并确定地应力的活动规律、强度与分布、主应力方向、随深度变化特征等，用来解决岩石力学问题。此外，地应力测试在大型工程稳定性评价和工程合理设计施工、地球动力学、地震预报、油气田工程、水电工程、地热开发、地质找矿和城市建设规划，以及核废料处理等方面都得到广泛应用。
4.水压致裂法是一种最直接的地应力测试方法，该方法是利用一对可膨胀的橡胶封隔器，在选定的测量深度封隔一段裸露的岩孔，然后通过泵入流体对这段钻孔增压，压力持续增高直至钻孔围岩产生破裂，继续加压使破裂扩展。在压裂过程中记录压力、流量随时间的变化，根据压力时间曲线即可求出主应力的大小，主应力方位可根据印模确定的破裂方位而定，水压致裂法无需套芯、精密复杂的井下仪器及岩石弹性模量，操作便捷。
5.在传统的水压致裂测试装置中，对于各部件之间的连接面的气密性要求极高，但不论是从设备加工层面保证气密性，还是在测试前对气密性进行反复测试，由于在水压致裂测试时压力非常的高，因此，也很难完全保证测试时的设备的气密性，尤其是多次重复利用的水压致裂测试装置，设备受到自然腐蚀的影响，气密性会大大降低。而气密性降低所带来的的最大的问题就是当高压泵关闭后，需要观察系统内的水压随时间的变化时，由于没有外部稳定的压力的供应，水压会随着时间的推移逐渐下降，这是由于岩石的裂隙渗水带来的正常变化规律，但如果系统的气密性不足，则会加快水压的下降速率，从而导致相关的测试数据产生误差。
6.基于此，对地应力水压致裂测试系统进行改进，以克服上述的技术缺陷，对于提高相关的实验结果的精确性来说很有必要。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于，提供一种矿山边坡地应力水压致裂测试系统。本实用新型具有对设备的气密性要求更低，地应力测试结果更加准确，设计合理的特点。
8.本实用新型的技术方案：一种矿山边坡地应力水压致裂测试系统，包括依次连接的高压泵、流量计、压力变送器、钻杆、推拉开关、第一封隔器、压裂段注水管、第二封隔器、印模器和数字定向仪；
9.其中，所述高压泵、流量计、压力变送器和钻杆经高压水管依次串联；所述钻杆、推拉开关、第一封隔器、压裂段注水管、第二封隔器和印模器依次头尾相接串联，且内部均设有相互导通的水道；
10.所述压裂段注水管外设有内部水压传感器，内部水压传感器与所述流量计和压力变送器电连接有数据采集处理器；
11.所述压裂段注水管包括管体，管体上设有注水孔，注水孔处设有单向阀，单向阀的开启压力大于所述第一封隔器和第二封隔器的封隔压力。
12.本方案中，通过在压裂段注水管上的注水孔处设置单向阀，当外部的压力关闭后，单向阀可快速将注水孔堵住，从而避免压裂段注水管内外两侧的水的流通，此时通过压裂段注水管外设有内部水压传感器即可准确的读取水压随时间的变化。由于单向阀是直接关闭压裂段注水管内外的流通通道，因此，对于其他部位的气密性的要求更低，并且由于没有了部件连接面之间的气密性的影响，地应力测试的结果更加的准确，误差更小。
13.为了进一步提注水孔封堵的气密性，前述的矿山边坡地应力水压致裂测试系统，所述管体的纵向截面呈甲字形，较粗的一段为注水段，较细的一段为导水段，所述注水孔设于注水段的内径与导水段的外径之间；所述单向阀包括滑动套在导水段外的封堵头和设于导水段外的凸缘，封堵头的上端与注水段的下端接触时，封堵头可将注水孔完全遮住；所述封堵头和凸缘之间设有弹簧。利用封堵头与注水段之间的面接触，提高封堵接触面积，从而提高了气密性。
14.为了进一步提注水孔封堵的气密性，前述的矿山边坡地应力水压致裂测试系统，所述封堵头的上端面上设有密封垫层。密封垫层可进一步的对接触面进行密封，从而提高气密性。
15.为了进一步提注水孔封堵的气密性，前述的矿山边坡地应力水压致裂测试系统，所述封堵头的下端呈上大下小的圆锥台形状。当高压泵关闭时，压裂段注水管外部的高压可对封堵头提供一个向上的推力，该推力与弹簧的推力形成合力，从而加大了整个封堵的强度，保证了气密性。
16.为了使结构的设计更为合理，前述的矿山边坡地应力水压致裂测试系统，所述注水孔共设有多个，且等距均匀地分布在注水段的内径与导水段的外径之间。当注水以及关闭高压泵时，封堵头能够受到分布更加均匀的力，打开以及关闭的过程会更加顺畅。
17.本实用新型的有益效果：
18.综上所述，本实用新型具有对设备的气密性要求更低，地应力测试结果更加准确，设计合理的优点。
附图说明
19.附图1为本实用新型的结构示意图；
20.附图2为本实用新型的压裂段注水管的结构示意图；
21.附图3为附图2的a-a视图；
22.附图4为本实用新型的封堵头的结构示意图；
23.附图标记说明：1-高压泵，2-流量计，3-压力变送器，4-钻杆，5-推拉开关，6-第一封隔器，7-压裂段注水管，8-第二封隔器，9-印模器，10-数字定向仪，11-内部水压传感器，
12-数据采集处理器，71-管体，72-注水孔， 73-单向阀，711-注水段，712-导水段，731-封堵头，732-凸缘，733-弹簧， 734-密封垫层。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。
25.本实用新型的实施例：
26.一种矿山边坡地应力水压致裂测试系统，如附图1-4所示，包括依次连接的高压泵1、流量计2、压力变送器3、钻杆4、推拉开关5、第一封隔器 6、压裂段注水管7、第二封隔器8、印模器9和数字定向仪10；
27.其中，所述高压泵1、流量计2、压力变送器3和钻杆4经高压水管依次串联；所述钻杆4、推拉开关5、第一封隔器6、压裂段注水管7、第二封隔器8和印模器9依次头尾相接串联，且内部均设有相互导通的水道；
28.所述压裂段注水管7外设有内部水压传感器11，内部水压传感器11与所述流量计2和压力变送器3电连接有数据采集处理器12；
29.所述压裂段注水管7包括管体71，管体71上设有注水孔72，注水孔72 处设有单向阀73，单向阀73的开启压力大于所述第一封隔器6和第二封隔器8的封隔压力。
30.上述的高压泵1、流量计2、压力变送器3、钻杆4、推拉开关5、第一封隔器6、第二封隔器8、印模器9、数字定向仪10和数据采集处理器12 均采用现有的设备和结构。
31.在测试时，按照常规的地应力水压致裂测试操作要求进行操作，区别在于，本实施例中，高压水通过钻杆4、推拉开关5、第一封隔器6、压裂段注水管7、第二封隔器8和印模器9内部的水道单水道进入，由于单向阀73 的开启压力较大，所以高压水会先进入第一封隔器6、第二封隔器8和印模器9中，当水压进一步提高时，单向阀73打开，高压水进入压裂段注水管7 的外部并对周围的岩石施加压力，当测试需要关闭高压泵1时，压裂段注水管7内部的压力会瞬间降低，此时单向阀73受到压裂段注水管7外部的高压会瞬间关闭，使压裂段注水管7与岩石之间保持压力，进而通过内部水压传感器11采集获取该压力随着时间的变化规律。
32.另一实施例中，如附图1-4所示，所述管体71的纵向截面呈甲字形，较粗的一段为注水段711，较细的一段为导水段712，所述注水孔72设于注水段711的内径与导水段712的外径之间；所述单向阀73包括滑动套在导水段712外的封堵头731和设于导水段712外的凸缘732，封堵头731的上端与注水段711的下端接触时，封堵头731可将注水孔72完全遮住；所述封堵头731和凸缘732之间设有弹簧733。当高压水压力足够大时，经过注水孔72向外溢出并将封堵头731向下推开，弹簧733被压缩，当关闭高压泵1时，在外部高压水以及弹簧733本身的回复力的作用下，封堵头731瞬间向上滑动并将注水孔72堵住，从而完成单向阀73的关闭。
33.另一实施例中，如附图1-4所示，所述封堵头731的上端面上设有密封垫层734，密封垫层734采用气密性好的材料制作而成。
34.另一实施例中，如附图1-4所示，所述封堵头731的下端呈上大下小的圆锥台形状，当高压泵关闭时，压裂段注水管7外部的高压可对封堵头731 提供一个向上的推力，该推力
与弹簧733的推力形成合力，从而加大了整个封堵的强度，保证了气密性。
35.另一实施例中，如附图1-4所示，所述注水孔72共设有8个，且等距均匀地分布在注水段711的内径与导水段712的外径之间。具体的设置数量可根据整个系统的需要，在制备时进行调节，只要均匀分布即可。
36.以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造揭露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。