CN104179491A - 井下岩体裂隙钻孔超声波探测装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及井下岩体裂隙钻孔超声波探测装置和系统。该装置包括：两个探测部，包括壳体、设置在壳体外侧的两个气囊和位于两个气囊之间的超声换能器，壳体的位于两个气囊之间的周向侧壁上设置有漏水孔，壳体与气囊对应的周向侧壁上设置有气孔，气囊与气孔连通；连接部，两个探测部通过连接部连接；输气管路，一端分别与两个探测部的气孔连接，另一端形成外部输气接口；输水管路，一端分别与两个探测部的漏水孔连接，另一端形成外部输水接口。本发明集成气压、藕合液漏失量、超声波探测功能于一体，可以同时利用超声波和漏失量共同解释岩体裂隙的发育情况，提高了裂隙发育探测精度。
Description
技术领域
本发明涉及地质领域，特别是涉及一种井下岩体裂隙钻孔超声波探测装置和系统。
背景技术
目前，随着煤层开采不断加深，地质构造及水文地质日趋复杂，矿山压力对底板的破坏深度不断加大，巨厚煤层、大跨度工作面综放开采使得顶板裂隙发育机理日趋复杂。由于开采煤层主要充水含水层水压明显增加，顶、底板的突水概率显著上升。目前对顶板导水裂隙带发育高度、底板裂隙破坏深度探测主要手段为钻孔封堵注水，通过测量封堵部位水的漏失量来推测岩体裂隙发育情况。钻孔封堵测漏装置由于探测精度、智能化程度较低，对钻孔周围裂隙发育无法解译；且由于静水水压的存在而不适合于底板裂隙破坏深度探测。由于超声波探测时需要藕合液，而井下顶板钻孔由于为仰孔且底板钻孔有时为干孔(井下简易钻孔无水泥浆、水等其他藕合液)，失去了水作为藕合液的条件，使得目前技术的超声波无法施工测量。
因此，设计一种探测精度高、探测手段综合，同时既能适用于顶板导水裂隙带发育高度探测，又能对底板裂隙破坏深度探测的综合物探系统尤为重要。该系统将矿井水既作为超声波藕合液，又通过水的漏失量、钻孔成像探测综合解译裂隙发育情况，其施工简单方便，效率高，适合于井下特殊环境下施工。
发明内容
本发明的目的是提供一种既可将矿井水作为超声波耦合液，又可作为漏失量检测裂隙发育情况的井下岩体裂隙钻孔超声波探测装置和系统。
为解决上述技术问题，作为本发明的第一个方面，提供了一种井下岩体裂隙钻孔超声波探测装置，包括：两个探测部，包括壳体、设置在壳体外侧的两个气囊和位于两个气囊之间的超声换能器，壳体的位于两个气囊之间的周向侧壁上设置有漏水孔，壳体与气囊对应的周向侧壁上设置有气孔，气囊与气孔连通；连接部，两个探测部通过连接部连接；输气管路，一端分别与两个探测部的气孔连接，另一端形成外部输气接口；输水管路，一端分别与两个探测部的漏水孔连接，另一端形成外部输水接口。
进一步地，装置还包括外设仓，安装在一个探测部的端部，外设仓内设置有钻孔成像探头和钻孔岩体弹模装置等。
进一步地，装置还包括压力传感器，安装在气囊的外侧，以检测气囊与孔壁之间的贴合状态。
进一步地，连接部包括两个螺母连接器。
进一步地，输气管路和输水管路穿过连接部。
作为本发明的第二个方面，提供了一种井下岩体裂隙钻孔超声波探测系统，包括上述的装置，还包括注水测量装置和气压封堵装置，其中，注水测量装置的出水口与外部输水接口连接，气压封堵装置的出气口与外部输气接口连接。
进一步地，注水测量装置包括依次连接的进水阀、调压阀、流量及水压显示模块、和放水阀。
进一步地，气压封堵装置包括依次连接的调压阀、进气阀和放气阀，气压封堵装置还包括压力表，调压阀和放气阀处分别安装有一块压力表。
进一步地，系统还包括超声波探测装置，其包括智能超声波测井仪和数据采集显示模块。
本发明集成气压、藕合液漏失量、超声波探测功能于一体，可以同时利用超声波和漏失量共同解释岩体裂隙的发育情况，提高了裂隙发育探测精度。本发明设计简单，功能全面、智能，操作方便，施工时间短，适合于井下特殊环境下的岩体裂隙发育情况探测。
附图说明
图1示意性示出了本发明整体结构的主视图。
图中附图标记：1、探测部；2、壳体；3、气囊；4、超声换能器；5、漏水孔；6、气孔；7、连接部；8、输气管路；9、输水管路；10、外设仓；11、压力传感器；12、螺母连接器；13、进水阀；14、调压阀；15、放水阀；16、调压阀；17、进气阀；18、放气阀；19、压力表；20、钻杆；21、蛇皮管；22、流量、水压监测模块；23、超声波探测装置。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
请参考图1，本发明提供了一种井下岩体裂隙钻孔超声波探测装置，包括：两个探测部1，包括壳体2、设置在壳体2外侧的两个气囊3和位于两个气囊3之间的超声换能器4，壳体2的位于两个气囊3之间的周向侧壁上设置有漏水孔5，壳体2与气囊3对应的周向侧壁上设置有气孔6，气囊3与气孔6连通；连接部7，两个探测部1通过连接部7连接；输气管路8，一端分别与两个探测部1的气孔6连接，另一端形成外部输气接口；输水管路9，一端分别与两个探测部1的漏水孔5连接，另一端形成外部输水接口。优选地，气囊3由高性能橡胶皮套组成，最大耐压2MP。特别地，本发明中的装置还包括传输连接电缆。优选地，超声换能器4可以根据探测要求可以为单晶、或双晶探头等。
使用时，将一个探测部1与钻杆20，通过外部输气接口使每个探测部1上的两个气囊3充气，从而使这两个气囊3紧贴井壁，以便将这两个气囊3之间的部分形成一个密封的孔段。然后，利用外部输水接口通过漏水孔5向这个密封的孔段内注水。这样，就可以利用由外部输水接口注入的水作为介质，作为超声波耦合液，利用安装在这两个气囊3之间的超声换能器4对裂隙进行检测。同时，利用该密封孔段内的水的漏失量，也可以进行裂隙检测。本发明集成气压、藕合液漏失量、超声波探测功能于一体，可以同时利用超声波和漏失量共同解释岩体裂隙的发育情况，提高了裂隙发育探测精度。
本发明设计简单，功能全面、智能，操作方便，施工时间短，适合于井下特殊环境下的岩体裂隙发育情况探测。
优选地，装置还包括外设仓10，安装在一个探测部1的端部，外设仓10内设置有钻孔成像探头和钻孔岩体弹模装置等。
优选地，装置还包括压力传感器11，安装在气囊3的外侧，以检测气囊与孔壁之间的贴合状态。
优选地，连接部7包括两个螺母连接器12。螺母连接器12具有可伸缩特性，以便调节两个探测部1之间的距离。
优选地，输气管路8和输水管路9穿过连接部7。
请参考图1，本发明提供了一种井下岩体裂隙钻孔超声波探测系统，包括上述的装置，还包括注水测量装置和气压封堵装置，其中，注水测量装置的出水口与外部输水接口连接，气压封堵装置的出气口与外部输气接口连接。
可见，本发明使用时，操作者可按图1所示，将井下岩体裂隙钻孔超声波探测装置通过钻杆20、带电缆的蛇皮管21接于注水测量装置、气压封堵装置，提高了测量裂隙发育的精确。
优选地，注水测量装置包括依次连接的进水阀13、调压阀14、流量及水压显示模块、和放水阀15。优选地，注水测量装置还包括支架，所述进水阀13、调压阀14、流量及水压显示模块、和放水阀15安装在支架上。由于注水测量装置集成了高精度的流量、水压监测模块22，提高了藕合液漏失量的测量精度。
优选地，气压封堵装置包括依次连接的调压阀16、进气阀17和放气阀18，气压封堵装置还包括压力表19，调压阀14和放气阀18处分别安装有一块压力表19。优选地，气压封堵装置还包括支架，调压阀16、进气阀17和放气阀18均安装在支架上。
优选地，系统还包括超声波探测装置23，其包括智能超声波测井仪和数据采集显示模块。优选地，智能超声波测井仪采用一发双收系统。数据采集显示模块为外部接入，可以采用笔记本电脑、掌上电脑等。
本发明中，用户连接好各设备后，可由现场钻机辅助作为动力源，井下必备的风路、水路作为介质。当操作者推动综合探头进入钻孔后，启动注水测量装置，使用超声波逐段或全钻孔超声波、注水测量。如有要求，可以接入钻孔成像模块。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种井下岩体裂隙钻孔超声波探测装置，其特征在于，包括：
两个探测部(1)，包括壳体(2)、设置在所述壳体(2)外侧的两个气囊(3)和位于所述两个气囊(3)之间的超声换能器(4)，所述壳体(2)的位于所述两个气囊(3)之间的周向侧壁上设置有漏水孔(5)，所述壳体(2)与所述气囊(3)对应的周向侧壁上设置有气孔(6)，所述气囊(3)与所述气孔(6)连通；
连接部(7)，所述两个探测部(1)通过所述连接部(7)连接；
输气管路(8)，一端分别与所述两个探测部(1)的气孔(6)连接，另一端形成外部输气接口；
输水管路(9)，一端分别与所述两个探测部(1)的漏水孔(5)连接，另一端形成外部输水接口。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括外设仓(10)，安装在一个所述探测部(1)的端部，所述外设仓(10)内设置有钻孔成像探头和钻孔岩体弹模装置等。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括压力传感器(11)，安装在所述气囊(3)的外侧，以检测所述气囊与孔壁之间的贴合状态。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述连接部(7)包括两个螺母连接器(12)。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述输气管路(8)和输水管路(9)穿过所述连接部(7)。
6.一种井下岩体裂隙钻孔超声波探测系统，其特征在于，包括权利要求1至5中任一项所述的装置，还包括注水测量装置和气压封堵装置，其中，所述注水测量装置的出水口与所述外部输水接口连接，所述气压封堵装置的出气口与所述外部输气接口连接。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述注水测量装置包括依次连接的进水阀(13)、调压阀(14)、流量及水压显示模块、和放水阀(15)。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述气压封堵装置包括依次连接的调压阀(16)、进气阀(17)和放气阀(18)，所述气压封堵装置还包括压力表(19)，所述调压阀(14)和放气阀(18)处分别安装有一块所述压力表(19)。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括超声波探测装置，其包括智能超声波测井仪和数据采集显示模块。
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