小的圆柱体活塞面面积为Slft，接触水压为Ρι?，靠近活塞16的右端有一凸台19设置，通过弹簧18与基体20内部相应部位配合，保证活塞16在基体20内移动的同时不致脱离基体20。
[0049]活塞16内设置有相互连通的导水孔17，右端导水孔17通过小孔21与卡槽管接头8相连通，左端导水孔17开始时被基体20内壁密封，当活塞16向左伸出基体20大于某一位置时，左端导水孔17与钻孔2连通。
[0050]假设该测试系统有η段，段数η中第i段(i<η)中水压转换器5所设计的开启压力比为mi，当Pi内/Pi外< mi时，水压转化器5处于关闭状态，当Pi内/Pi外2 mi时，水压转化器5处于开启状态，其中nu由尾部测试单元段向头部测试单元段依次呈梯度递增。
[0051]活塞16中右端较小的圆柱体活塞面面积为Slft与左端较大的圆柱体活塞面面积为
S,外的面积比S^/Sm，可根据测试系统设置的段数η中第i段η)中水压转换器5所设计的开启压力比nu设计。
[0052]本发明水压转换器5的工作原理为:
[0053]测试系统设置的段数η中第i段η)中左端较大的圆柱体活塞面面积为，接触水压为钻孔观测水压PM，右端较小的圆柱体活塞面面积为Slft，接触水压为封堵胶囊3封堵水压，弹簧18中弹性系数k，压缩量X，由二力平衡原理可知:
[0054]当Fi外+Fi弹2 Fi内，即Pi外Si外+kx > Pi内Si内，则水压转换器5处于关闭状态，活塞16不外移，导水孔17被基体20内壁阻挡，不能与钻孔2连通。
[0055]当Fi外+Fi弹SFi内，即Pi外Si外+kx<Pi内Si内，则水压转换器5处于开启状态，活塞16向外移，导水孔17露出基体20内壁，与钻孔2连通，对钻孔2内进行补水。
[0056]上述过程既可实现由内测(指封堵胶囊3)封堵高压水(一般为2.5MPa)向外侧(指钻孔2内)观测低压水(0.1MPa)转化，又可根据需要实现钻孔2内实时补水过程。
[0057]其中，Pi外为观测水压，工程常取0.lMPa，Pi内为封堵系统内起胀封堵胶囊3用水压，工程常大于2.5MPa，由此可知，Si外与Si内的比值约为25:1，考虑到面积差值太大，故加入弹簧18进行调节，一是可以降低内外面积比，便于实际制造需要，二是可使活塞16可自动回位。
[0058]本发明测试系统工作原理为:
[0059]设置由尾部测试单元段向头部测试单元段中压力转换器5开启压力分别为nu=2.5MPa,m2 = 2.6MPa,m3 = 2.7MPa...πη...mn(其中，mi<m2<m3...<πη...<mn)，取观测水压Pi外为 0.1MPa;
[0060]向系统内注水，封堵胶囊3内压力Pi内增加，当P_稍大于2.5MPa时停止注水，并保持此时水压1-2分钟不变，此时只有第1测段水压转换器5开启，并向对应钻孔2内充水，按照转换关系，当钻孔2内水压到达0.1MPa，水压转换器5关闭，当钻孔2裂隙渗漏，致使钻孔2内水压小于0.1MPa，则继续充水，读取并计算此时间段内平均漏失量L1;
[0061]继续增加水压至稍大于2.6MPa，此时只有第1、2测段水压转换器5开启并同时工作，读取并计算此时间段内平均漏失量1^2，故第2测段的平均漏失量为L2 — L1;
[0062]依次类推第3段平均漏失量Ls— Ls — U，直到测完η段，随着段数η的增加，累计误差会随之增大，因此，在误差允许的范围内，段数η取3段较为适宜。
[0063]下面对本发明围岩采动破坏范围分段测试系统的观测方法做详细说明，主要步骤包括:
[0064](1)打钻孔2:用常规的煤矿钻机12在煤岩巷道中向顶板或底板岩体1中先后施工规定角度钻孔多个，孔深30-70m不等；
[0065](2)安装观测系统:清理钻孔中的杂物，根据钻孔2长度，选择观测系统每次推进观测的段数n，并在钻孔2中安装观测系统，将导向锥安装在第一封堵单元头部的管状接头上，然后将连通管的两端分别连接在相邻封堵单元的管状接头上，依次安装第一封堵单元、第二封堵单元和第三封堵单元，在每个封堵单元两个管状接头之间的漏水管外围安装封堵胶囊，水压转换器通过卡槽管接头连接在第一封堵单元和第三封堵单元的管状接头上，将活塞内位于右端的导水孔通过小孔与卡槽管接头相连通，将位于左端的导水孔由基体密封，将供给推进系统与连通管接通;通过相应管道连接钻机12、注水操作台13等，并利用钻机12和钻杆11将其送达钻孔2初始位置；
[0066](3)封闭钻孔2:待其到达初始位置后，即用注水操作台13向观测系统内注入水源至其达到预定初始水压，起胀封堵胶囊3密封钻孔2;
[0067](4)测定流水矢量参数:封堵合格后，进行流水矢量参数测定，即按照梯度依次增加水压稳定后，分别等待1-2分钟，分别读取并计算各孔段平均漏失量U，L2-Li，L3-L2-Li……，回撤压力水源，使封堵胶囊3处于卸压状态，然后利用钻机12和钻杆11移动观测系统至下一观测区域，重复步骤(3)和(4)，依次对钻孔2进行测量。
[0068]本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。
[0069]尽管本文中较多的使用了诸如水压转换器、卡槽管接头等术语，但并不排除使用其它术语的可能性，本领域技术人员在本发明的启示下对这些术语所做的简单替换，均应在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种围岩采动破坏分段测试方法，其特征在于:其所采用的测试系统包括封堵系统、导向系统、供给推进系统和压力转换系统； 所述封堵系统包括第一封堵单元、第二封堵单元和第三封堵单元，其中，第一封堵单元位于围岩钻孔的最内侧，第三封堵单元位于最外侧，第二封堵单元设置有多个，每个封堵单元均包括漏水管及连接在漏水管两端的管状接头，相邻的封堵单元之间设置有连通管；所述压力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，所述导向系统包括导向锥； 所述测试方法包括以下步骤: 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； b安装观测系统，将导向锥安装在第一封堵单元头部的管状接头上，然后将连通管的两端分别连接在相邻封堵单元的管状接头上，依次安装第一封堵单元、第二封堵单元和第三封堵单元，在每个封堵单元两个管状接头之间的漏水管外围安装封堵胶囊，水压转换器通过卡槽管接头连接在第一封堵单元和第二封堵单元的管状接头上，将活塞内位于右端的导水孔通过小孔与卡槽管接头相连通，将位于左端的导水孔由基体密封，将供给推进系统与连通管接通； C封闭钻孔，待其到达初始位置后，用注水操作台向观测系统内注入水源至其达到预定初始水压，起胀封堵胶囊密封钻孔； d测定流水矢量参数，包括以下子步骤: 设置由第三封堵单元向第一封堵单元方向中每段分别为第1测段、第2测段、第3测段..第η测段，将对应的每个测段的压力转换器开启压力分别设定为m = 2.5MPa，m2 = 2.6MPa，m3=2.7MPa...m1...mn(其中，mi<m2<m3...<m1...<mn)，取观测水压Pi外为0.1MPa； 向测试系统内注水，封堵胶囊内压力P讷增加，当Pi内稍大于2.5MPa时停止注水，并保持此时水压1-2分钟不变，此时只有第1测段水压转换器开启，并向对应钻孔内充水，当钻孔内水压到达0.1MPa，水压转换器关闭；当钻孔裂隙渗漏，致使钻孔内水压小于0.1MPa，则继续充水，此时读取并计算此时间段内平均漏失量L1; 继续增加水压至稍大于2.6MPa，此时为第1、2测段水压转换器开启并同时工作，读取并计算此时间段内平均漏失量L2，得到第2测段的平均漏失量为L2 — L1; 依次类推第3段平均漏失量L3 — L2 — U，直到第η测段，随着段数η的增加，e回撤压力水源，使封堵胶囊处于卸压状态，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。2.根据权利要求1所述的围岩采动破坏分段测试方法，其特征在于:在活塞的右端设置有凸台，所述凸台用于对活塞中的弹簧进行限位，所述活塞用以控制左端的导水孔与围岩中的钻孔保持连通或关闭。3.根据权利要求1所述的围岩采动破坏分段测试方法，其特征在于:所述管状接头上设置有垂直向上和垂直向下的凸起部，所述封堵胶囊缠绕在两个凸起部的漏水管外围。4.根据权利要求3所述的围岩采动破坏分段测试方法，其特征在于:距凸起部一定距离的位于漏水管一侧的管状接头上设置有凹槽，所述凹槽通过与固定件配合将所述封堵胶囊固定。5.根据权利要求1所述的围岩采动破坏分段测试方法，其特征在于:每段漏水管上均布设有两个漏水孔。6.根据权利要求1所述的围岩采动破坏分段测试方法，其特征在于:所述活塞左端面与右端面的面积之比为10?25:1。7.根据权利要求1所述的围岩采动破坏分段测试方法，其特征在于:所述连通管与管状接头为螺纹连接。8.根据权利要求1所述的围岩采动破坏分段测试方法，其特征在于:当活塞满足P^S^+kx < Pi内Si内时，左端导水孔与围岩中的钻孔连通，其中，Pi外为0.1MPa，Pi内为2.5MPa，Si外为左端活塞面面积，Slft为右端活塞面面积，k为弹簧中弹性系数，x为压缩量，i为探测单元的个数。9.根据权利要求1所述的围岩采动破坏分段测试方法，其特征在于:所述供给推进系统包括注水操作台、回水压力表、电子记录器、钻机和钻杆，所述注水操作台向所述连通管内提供高压水源，所述电子记录器安装在所述注水操作台上，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。10.根据权利要求1所述的围岩采动破坏分段测试方法，其特征在于:所述第二封堵单元设置有两个。
【专利摘要】本发明公开了一种围岩采动破坏分段测试方法，属于矿山顶底板岩体破坏范围测定技术领域。解决了矿山顶底板岩体观测设备的一次封堵多段测量、封堵测漏一体化及其内部水压力转换测定问题。其所采用的测试系统包括封堵系统、导向系统、供给推进系统和压力转换系统，每个封堵系统的封堵单元均包括漏水管及连接在漏水管两端的管状接头，相邻的封堵单元之间设置有连通管，连通管的两端分别连接在相邻封堵单元的管状接头上，在两个管状接头之间的漏水管外围设置有封堵胶囊，封堵胶囊与漏水管之间形成一定的封堵空间。本发明测试方法可以同时实现一次封堵多段测量、封堵测漏一体化及封堵高压水源向观测低压水源的压力转换。
【IPC分类】E21B47/00, E21B47/005
【公开号】CN105422078
【申请号】CN201510903270
【发明人】刘伟韬, 宋文成, 薄福利
【申请人】山东科技大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月9日