CN103016007B - 电控式单回路堵水覆岩裂隙探测方法及探测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电控式单回路堵水覆岩裂隙探测方法，它首先制备电控式单回路堵水覆岩裂隙探测仪，探测仪是在一根连接管两端分别安装有上封孔胶囊和下封孔胶囊；在下封孔胶囊内设有电控式水流调节装置；使用时直接将探测仪进水管连接在钻机钻杆上，用钻杆顶入钻孔中，注水观测装置连接在钻杆进水管路上即可进行探测。本发明堵孔和注水采用同一回路，不用外接高压风管，从而避免了由于高压风管与钻孔壁摩擦、挤压而发生破裂，造成不能有效堵孔，简化了探测系统，简化了操作步骤，且极大提高了堵水可靠性。

Description

电控式单回路堵水覆岩裂隙探测方法及探测仪

技术领域

本发明涉及一种矿山井下覆岩裂隙发育情况观测技术。

背景技术

煤层开采对其周围岩体起到破坏作用，上覆岩层由下到上出现垮落带、导水裂隙带和弯曲下沉带，其中垮落带和导水裂隙带是顶板水的良好通道。当煤层上方具有富含水层时，导水裂隙带是否贯通该含水层直接决定工作面的安全，因此，正确确定导水裂隙带发育情况具有非常重要的意义。

与本申请有关的技术是中国专利(申请号为90106348.7)，它公开了一种双端堵水器和采用双端堵水器向钻孔中注水、通过钻孔漏水情况确定导水裂隙带发育情况的方法。双端堵水器结构是，在连接管两端分别安装有充水胶囊和气门芯原理式的胶皮环单向阀，双端堵水器连接有胶管，用杆件顶入钻孔中，胶管下端连接在注水观测装置上。注水时先涨开两端胶囊将钻孔的某段两端封堵，涨开一定压力后胶皮环单向阀打开，向封堵段注水，通过观测注水压力和流量变化确定导水裂隙带发育情况。该方法的缺点是：1、使用胶管注水，探杆深入和抽出钻孔时，胶管与钻孔壁摩擦，经常发生胶管磨坏、挤断等现象，导致无法继续测试；2、使用胶皮环单向阀控制封孔胶囊压力，胶皮易疲劳，导致堵孔压力降低，无法有效堵孔，堵孔可靠性下降；3、往钻孔注水时，由于受到阀门胶环阻力，注水往往较慢，长时间无法将钻孔封堵段注满水，导致测量不准确；特别是钻孔封堵段裂隙较大时，根本无法将钻孔封堵段注满水，也就无法得到钻孔单位时间的漏水量，从而不能准确获得钻孔裂隙发育情况。若通过增大注水口来提高注水速度，将极大的减小阀门胶环的使用寿命，且阀门胶环容易偏离注水口，降低了封孔可靠性；若通过加大水压提高注水速度，阀门胶环极易涨破，导致无法封孔。

与本申请有关的另一技术是中国专利CN 201696048 U和CN 202393921 U，公开的方法，它的原理与上一个技术基本相同，也采用了双端堵水器和注水观测装置。为了克服上一个技术的第2、3个缺点，它去掉了双端堵水器的胶皮环单向阀，采用两套管路，一套用高压风管向胶囊注气，通过高压风回路起胀和收缩胶囊；另一套用钻杆与双端堵水器连接，通过钻杆向钻孔注水，通过观测单位时间注水量得到裂隙发育情况。由于将封孔堵水和裂隙注水测量分开，克服了胶皮环单向阀的缺陷。

但是，由于高压风管和钻杆一块进入钻孔内，在井下恶劣的条件下，高压风管很容易与钻孔壁和钻杆之间产生摩擦、挤压，破坏高压风管的密封性，甚至使高压风管断裂；采用高压风管封堵钻孔，人工调节封孔压力，其可靠性差，经常发生由于胶囊膨胀不到位而使测量结果错误的现象；为了提高封孔的可靠性，有时会将封孔压力调的较大，从而减小封孔胶囊寿命，甚至发生胶囊涨破现象，严重影响导水裂隙带的正常观测及观测结果的准确性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种电控式单回路堵水覆岩裂隙探测方法。

本发明的技术方案是：

第一步：制备电控式单回路堵水覆岩裂隙探测仪

探测仪结构是在一根连接管两端分别安装有上封孔胶囊和下封孔胶囊；在下封孔胶囊内设有水流调节装置；所述水流调节装置是在一个外壳内设有上、下两个串接的两位三通电磁阀；外壳壁上设有若干通向下封孔胶囊的通孔；外壳外壁两端分别设有用于固定下封孔胶囊的凸起圈；上、下两个两位三通电磁阀串接，每个电磁阀均设有上直通口、下直通口和侧通口各一个；下边的两位三通电磁阀的下直通口作为进水口，该进水口上设有进水管，进水管从外壳的下端中露出，露出后与钻杆连接,上边的两位三通电磁阀的上直通口作为出水口，该出水口通到胶囊以外的壳体上，两个侧通口直接与外壳内腔相通；外壳的上端与双端堵水器的连接管连接，连接后连接管与外壳内腔相通；所述的两个两位三通电磁阀分别由各自的控制电路控制；两个控制电路构造相同，都是由液体压力传感器、电压放大器、控制开关连接组成；其中，进水口端的两位三通电磁阀的液体压力传感器安装在进水口内，出水口端的两位三通电磁阀的液体压力传感器安装在外壳内；不通水时，两个两位三通电磁阀的直通口均呈闭合状态，侧通口均呈打开状态。

第二步：直接将探测仪进水管连接在钻机钻杆上，用钻杆顶入钻孔中，注水观测装置连接在钻杆进水管路上即可。

第三步：将探测仪推至钻孔预定位置后，打开注水观测装置上的高压水源开关，高压水通过钻杆进入水流调节装置；进水口处的液体压力传感器首先感受到压力，产生的电信号经过放大后使进水口端两位三通电磁阀的控制开关闭合，导致其上直通口打开、侧通口闭合，水流通过出水口端两位三通电磁阀的侧通口进入外壳腔再通过通孔给下封孔胶囊注水，同时水流通过连接管给上封孔胶囊注水；从而封闭钻孔。

第四步：当外壳腔内的水流压力达到预设值时，液体压力传感器感受到压力，产生的电信号经过放大后使出水口端两位三通电磁阀的控制开关闭合，导致其上直通口打开、侧通口闭合，水流经过上直通口给钻孔注水，钻孔注满水后，测量单位时间内的漏水量；进入测量过程。

第五步：测定完成后，关闭注水观测装置上的高压水源开关，打开排水开关，进水口端液体压力传感器产生的电信号消失，使进水口端两位三通电磁阀的控制开关打开，电磁阀恢复原位，外壳腔内的水通过侧通口排出，水压降低；出水口端两位三通电磁阀的控制开关也打开，电磁阀也恢复原位；封孔胶囊收缩后，开动钻机将探测仪推至下一位置进行测量。

本发明的优点在于：堵孔和注水采用同一回路，不用外接高压风管，从而避免了由于高压风管与钻孔壁摩擦、挤压而发生破裂，造成不能有效堵孔，简化了探测系统，简化了操作步骤，且极大提高了堵水可靠性；自动检测封孔胶囊内的压力，达到预设值时及时切断水源，消除了人工操作的误差，既能保证有效堵孔，保证观测结果的正确性，又避免了封孔胶囊内压力过大，对封孔胶囊起到保护作用，杜绝了封孔胶囊涨破事故，极大延长胶囊使用寿命。本发明操作非常简单、堵孔速度快、封堵效果好、可靠性高、安全性高、使用寿命长、实用性强、生产成本低，便于推广使用。

附图说明

下面结合附图说明本发明的实施例。

图1为本发明探测方法实施例的示意图。

图2为实施例的水流调节装置的结构示意图。

图3为实施例的水流调节装置外壳上通孔示意图。

图4为实施例的两位三通电磁阀控制电路图。

图例说明：

1–上封孔胶囊；2–通孔；3–连接管；4–水流调节装置；5–下封孔胶囊；6–钻杆；7–钻机；8–注水观测装置；9–顶盖；10–上两位三通电磁阀；11–外壳；12–下两位三通电磁阀；13-凸起圈；14–进水管；15–底盖；16-下液体压力传感器；17–下控制开关；18-下电池组；19-下放大器；20-下密闭外壳；21–上控制开关；22–上电池组；23–上放大器；24-出水口；25–上液体压力传感器；26–上密闭外壳。

a代表下直通口,b代表上直通口,c代表侧通口。

具体实施方式

本发明的探测步骤如下：

第一步：制备电控式单回路堵水覆岩裂隙探测仪

探测仪结构如图1所示，它是在连接管3两端分别安装有上封孔胶囊1和下封孔胶囊5；在下封孔胶囊5内设有水流调节装置4；

如图2所示，上述的水流调节装置包括外壳11，外壳11设有顶盖9和底盖15，顶盖9与连接管3接通；外壳11内设有两个串接的上、下两位三通电磁阀10和12；外壳11壁上设有若干通向胶囊的通孔2(如图3所示)；外壳11外壁两端分别设有用于固定和保护胶囊的凸起圈13；上、下两个两位三通电磁阀10和12串接，下两位三通电磁阀12的下直通口a作为进水口，该进水口上设有进水管14，进水管14从外壳11下端的底盖15中露出，露出后与图1中的钻杆6连接；其上直通口b与上两位三通电磁阀10的下直通口a连接；上两位三通电磁阀10的上直通口b连接出水口24，该出水口24位于胶囊5以外的外壳11上；两个侧通口c直接与外壳11内腔相通；

所述的上下两个两位三通电磁阀10和12分别由各自的控制电路控制；控制电路如图4所示；

从图4看出，下两位三通电磁阀12的控制电路由下液体压力传感器16、下电池组18、下放大器19、下控制开关17、下密闭外壳20组成,其中下电池组18、下放大器19、下控制开关17安装在下密闭外壳20内，下电池组18连接下液体压力传感器16的输入端，下液体压力传感器16的输出端下经放大器19与控下制开关17的线圈相连，用来控制下控制开关17的打开和闭合，下压力传感器16安装在下两位三通电磁阀12的进水口内；上两位三通电磁阀10的控制电路由上液体压力传感器25、上电池组22、上放大器23、上控制开关21、上密闭外壳26组成，上电池组22、上放大器23、上控制开关21安装在上密闭外壳26内，上电池组22连接上液体压力传感器25的输入端，上液体压力传感器25的输出端经上放大器23与上控制开关21的线圈相连，用来控制上控制开关21的打开和闭合，上液体压力传感器25安装在外壳11内。

第二步：直接将探测仪进水管14连接在钻机钻杆6上，用钻杆6顶入钻孔中，注水观测装置8连接在钻杆6进水管路上即可。

第三步：将探测仪推至钻孔预定位置后，打开注水观测装置8上的高压水源开关，高压水通过钻杆6进入水流调节装置4；下液体压力传感器16首先感受到压力，产生的电信号经放大器19使控制开关17闭合，从而使下两位三通电磁阀12的上直通口b打开，侧通口c闭合，水流进入上两位三通电磁阀10，通过其侧通口c进入外壳11腔内，进入外壳腔再通过通孔2给下封孔胶囊5注水，同时水流通过连接管3给上封孔胶囊1注水，封闭钻孔。

第四步：当外壳11腔内的水流压力达到预设值时，上液体压力传感器25感受到压力，产生的电信号经过放大器23使控制开关21打开，从而使上两位三通电磁阀10的上直通口b打开，侧通口c闭合，水流通过出水口24排入钻孔封堵段，钻孔注满水后，测量单位时间内的漏水量；进入测量过程。

第五步：测定完成后，关闭注水观测装置8上的高压水源开关，打开排水开关，下液体压力传感器16产生的电信号消失，使下控制开关17打开，下两位三通电磁阀12恢复原位，外壳11腔内的水由其侧通口c进入进水管14排出；外壳腔内的水压力降低，上液体压力传感器25产生的电信号消失，使上控制开关21打开，上两位三通电磁阀也恢复原位；封孔胶囊1和5收缩后，开动钻机7将探测仪推至下一位置进行测量。

Claims (2)

1.一种电控式单回路堵水覆岩裂隙探测方法，其特征在于，步骤如下：

第一步：制备电控式单回路堵水覆岩裂隙探测仪

探测仪结构是在一根连接管两端分别安装有上封孔胶囊和下封孔胶囊；在下封孔胶囊内设有水流调节装置；所述水流调节装置是在一个外壳内设有上、下两个串接的两位三通电磁阀；外壳壁上设有多个通向下封孔胶囊的通孔；外壳外壁两端分别设有用于固定下封孔胶囊的凸起圈；每个电磁阀均设有上直通口、下直通口和侧通口各一个；下边的两位三通电磁阀的下直通口作为进水口，该进水口上设有进水管，进水管从外壳的下端中露出，露出后与钻杆连接；上边的两位三通电磁阀的上直通口作为出水口，该出水口通到胶囊以外的壳体上，两个侧通口直接与外壳内腔相通；外壳的上端与双端堵水器的连接管连接，连接后连接管与外壳内腔相通；所述的两个两位三通电磁阀分别由各自的控制电路控制；两个控制电路构造相同，都是由液体压力传感器、电压放大器、控制开关连接组成；其中，进水口端的两位三通电磁阀的液体压力传感器安装在进水口内，出水口端的两位三通电磁阀的液体压力传感器安装在外壳内；不通水时，两个两位三通电磁阀的直通口均呈闭合状态，侧通口均呈打开状态；

第二步：直接将探测仪进水管连接在钻机钻杆上，用钻杆顶入钻孔中，注水观测装置连接在钻杆进水管路上即可；

第三步：将探测仪推至钻孔预定位置后，打开注水观测装置上的高压水源开关，高压水通过钻杆进入水流调节装置；进水口处的液体压力传感器首先感受到压力，产生的电信号经过放大后使进水口端两位三通电磁阀的控制开关闭合，导致其上直通口打开、侧通口闭合，水流通过出水口端两位三通电磁阀的侧通口进入外壳腔再通过通孔给下封孔胶囊注水，同时水流通过连接管给上封孔胶囊注水；从而封闭钻孔；

第四步：当外壳腔内的水流压力达到预设值时，液体压力传感器感受到压力，产生的电信号经过放大后使出水口端两位三通电磁阀的控制开关闭合，导致其上直通口打开、侧通口闭合，水流经过上直通口给钻孔注水，钻孔注满水后，测量单位时间内的漏水量；进入测量过程；

第五步：测定完成后，关闭注水观测装置上的高压水源开关，打开排水开关，进水口端液体压力传感器产生的电信号消失，使进水口端两位三通电磁阀的控制开关打开，电磁阀恢复原位，外壳腔内的水通过侧通口排出，水压降低；出水口端两位三通电磁阀的控制开关也打开，电磁阀也恢复原位；封孔胶囊收缩后，开动钻机将探测仪推至下一位置进行测量。

2.一种电控式单回路堵水覆岩裂隙探测仪，其特征在于，它是在一根连接管两端分别安装有上封孔胶囊和下封孔胶囊；在下封孔胶囊内设有水流调节装置；所述水流调节装置是在一个外壳内设有上、下两个串接的两位三通电磁阀；外壳壁上设有多个通向下封孔胶囊的通孔；外壳外壁两端分别设有用于固定下封孔胶囊的凸起圈；每个电磁阀均设有上直通口、下直通口和侧通口各一个；下边的两位三通电磁阀的下直通口作为进水口，该进水口上设有进水管，进水管从外壳的下端中露出，露出后与钻杆连接；上边的两位三通电磁阀的上直通口作为出水口，该出水口通到胶囊以外的壳体上，两个侧通口直接与外壳内腔相通；外壳的上端与双端堵水器的连接管连接，连接后连接管与外壳内腔相通；所述的两个两位三通电磁阀分别由各自的控制电路控制；两个控制电路构造相同，都是由液体压力传感器、电压放大器、控制开关连接组成；其中，进水口端的两位三通电磁阀的液体压力传感器安装在进水口内，出水口端的两位三通电磁阀的液体压力传感器安装在外壳内；不通水时，两个两位三通电磁阀的直通口均呈闭合状态，侧通口均呈打开状态。