CN1062974A - 钻孔分段注水、充气测漏技术 - Google Patents

Abstract

钻孔分段注水、充气测漏技术属于岩体工程测试 技术。其目的在于通过钻孔分段测漏确定岩体内部 裂隙发育状况或采矿及各类岩体工程围岩的破坏深 度和范围，以便采取经济合理的维护措施和进行安全 防范。本技术采用一种水、气两用的钻孔双端封堵测 漏装置配合其他器械、仪表，能对任何仰、俯倾角的钻 孔进行分段封堵注水或充气测漏，直接测取各封堵深 度上的连续观测资料。与目前其他各种钻孔测漏方 法相比，具有能测上斜仰孔、节省工程费用、观测结果 可靠等突出优点，经济效益明显。

Description

本发明涉及一种测定岩体裂隙发育状况或岩体工程围岩破坏深度和范围的新型简便技术方法，属于岩体工程测试技术。

目前用于测定岩体裂隙发育状况或岩体工程围岩破坏深度和范围的技术方法中，以钻孔测漏为原理的观测方法较为直观和有效，其实质是向被测岩体打钻，通过观测钻孔不同深度的漏水流量大小来确定岩体的裂隙发育和破坏状况。已有的钻孔测漏方法主要用于下斜钻孔，例如煤矿水体下采煤中用于探测覆岩导水裂缝带高度的钻孔冲洗液消耗量观测法、地质勘探中用于测定岩层渗透情况的流量测井法以及有关物探测井法等。在必须进行上斜孔观测的地方只能采用多孔封闭压水观测法，即向岩体打多个不同深度的钻孔，孔壁下套管封闭，钻孔底部留出1～2米的裸露孔段用高压水泵进行封闭压水测漏。这种方法不仅工程耗费量大，而且不能得到所有深度上的连续观测资料。本发明之前还没有一种不但能在下斜孔、尤其能在上斜孔中进行连续分段封堵测漏的技术方法。

本发明采用一种自己设计制造的水、气两用钻孔双端封堵测漏装置配合其他器械、仪表，实现了对任何仰、俯钻孔进行分段封堵注水或充气测漏的目的。

本发明的技术方法是：

①当对上斜仰孔进行分段注水测漏时，其现场观测装置系统如图一所示，将钻孔双端封堵测漏装置〔1.1〕通过专用接头〔1.2〕接内径8～10mm的高压胶管〔1.3〕并通过流量表〔1.4〕、三通泄放阀〔1.5〕与手摇压力泵〔1.6〕相连。将专用接头〔1.2〕安装到2～3米长的推杆〔1.7〕上，用多根推杆逐根连接将钻孔双端封堵测漏装置〔1.1〕推入钻孔待测深度。摇动手摇压力泵〔1.6〕，将水箱〔1.8〕中的水压入双端封堵测漏装置〔1.1〕。当水压达到双端封堵测漏装置〔1.1〕的堵孔压力时，其上下两个堵孔胶管鼓胀成为球囊，将待测孔段上下两端封堵;当水压继续升高达到双端封堵测漏装置〔1.1〕的注水压力时，其阀门开启向封堵孔段内注水。通过手摇压力泵〔1.6〕上安装的压力表监视注水压力变化并调整摇泵速度，使压力保持在规定值上，待注水流量稳定后（此时注进封堵孔段的流量与孔段漏失流量达到平衡）即可通过流量表〔1.4〕测出注水流量，它即是所测孔段的漏失流量。观测完毕，打开三通泄放阀〔1.5〕，水压迅速下降，堵孔胶囊收缩，孔段积水立即泄出，便可将双端封堵测漏装置〔1.1〕移到下一个孔段，关上泄放阀〔1.5〕，重新开始压水观测。

②当对上斜仰孔进行分段充气测漏时，其现场观测装备系统与上述技术方法①相似，只是钻孔以外部分相应改为空气加压、控制设备和测量仪表，省去水源。观测方法与①类同。

③当对倾角较大的下斜俯孔进行分段注水或充气测漏时，可将推杆〔1.7〕换为缆绳，靠双端封堵测漏装置〔1.1〕本身重力或另加重锤将装置下放孔底，然后逐段提升观测。

本发明设计的一种水、气两用钻孔双端封堵测漏装置〔1.1〕，其整体结构如图二所示，它由中间导管〔2.1〕连接两端两个堵孔注水（充气）器〔2.2〕而成。堵孔注水（充气）器〔2.2〕的结构如图三所示，它由骨架〔3.2〕、堵孔胶管〔3.3〕、阀门胶环〔3.4〕、紧扎件〔3.5〕、支撑环〔3.6〕和堵头螺母〔3.7〕构成。骨架〔3.2〕是由硬质材料制成的管状腔体，堵孔部位四周带有孔洞，注水（充气）部位四周带有阀门孔眼。堵孔胶管〔3.3〕是一个三层结构的组合胶管，套置在骨架〔3.2〕的堵孔部位上，两端以紧扎件〔3.5〕扎紧至水（气）密封状态，充水（气）后能够膨胀而成球囊，用于封堵钻孔。三层结构的作用在于：①内层为薄层胶胎，充水（气）后膨胀;②中层为松紧布套，起限位作用，使内层胶胎膨胀到一定程度后即受约束，以免超限破裂;③外层为厚层胶管，膨胀后与钻孔孔壁接触封孔并保护内部两层不受磨损。阀门胶环〔3.4〕紧套在骨架〔3.2〕的阀门孔眼上，一端以紧扎件〔3.5〕扎紧，形成一个类似车胎气门芯式的单向阀门。阀门胶环〔3.4〕的紧束力要使阀门的开、关压力阈值大于堵孔胶管〔3.3〕起胀时的充水（气）压力，以保证充水（气）升压后堵孔胶管〔3.3〕首先膨胀封孔，然后水（气）压继续升高到大于阀门的开启压力阈值时才能顶开阀门向封堵孔段注水（充气）。一旦封堵孔段注满水（气）并因漏失微弱而使孔段水（气）压升高时，这一压力将反作用于阀门胶环〔3.4〕，加大其紧束力，从而减小注水（充气）流量，直到达到孔段内注、失平衡，使封堵孔段内的水（气）压力始终小于堵孔胶管〔3.3〕膨胀成囊后的囊内水（气）压力，且其差值大于胶囊起胀时的充水（充气）压力，保证囊体不被挤压变形，保持封堵效果。由硬质材料（硬塑料、胶木、金属等）制成的支撑环〔3.6〕通过丝扣固定在堵孔胶管〔3.3〕的两端，当装置在钻孔中推拉移动时，它与孔壁接触滑动，起支撑与保护堵孔胶管〔3.3〕的作用。骨架〔3.2〕的内端与导管〔3.1〕水（气）密封连接，外端用堵头螺母〔3.7〕加橡皮垫圈拧紧堵死。图二中导管〔2.1〕另一端的堵孔注水（充气）器〔2.2〕的外端头通过一个专用接头〔1.2〕与外部辅助设备连接。外部辅助设备如高压胶管〔1.3〕、流量表〔1.4〕、三通泄放阀〔1.5〕、手动压力泵〔1.6〕、推杆〔1.7〕等可用市面通用产品。专用接头〔1.2〕的结构如图四所示，一端带有与钻孔双端封堵测漏装置〔1.1〕的进水（气）端头密封连接的螺纹接口，另一端带有与高压胶管〔1.3〕密封连接的锥形管和与推杆〔1.7〕连接用的螺纹接口。

本项技术方法的优点是：

①不仅能在下斜俯孔、尤其能在上斜仰孔中进行分段封堵测漏，取得各个深度的观测资料;

②所需钻孔工程量极少。采用本技术在煤矿水体下采煤中，从煤矿井下向上打钻探测导水裂缝带高度，与目前常用的地面钻孔冲洗液消耗量观测法相比，可节省工程量70%以上;在防治煤矿底板突水灾害时，采用本技术探测煤层底板破坏深度，比以往采用的多孔压水观测法节省工程费用80%以上;

③因封堵孔段较小，注水或充气量少，工效高，观测灵敏度和精度较高，观测结果可靠性强;

④应用范围广。在采矿和各类岩体工程中可用于探测采场顶、底板岩层以及峒室、巷道围岩的破坏深度和范围，以利于采取经济合理的维护措施和进行安全防范。

Claims (4)

1、一种用于测定岩体裂隙发育程度和岩体工程围岩破坏状况的钻孔分段注水(充气)测漏技术，其特征是：

1.1将钻孔双端封堵测漏装置[1.1]通过专用接头[1.2]接内径8～10mm的高压胶管[1.3]并经过流量表[1.4]、三通泄放阀[1.5]与手摇压力泵[1.6]相连。

1.2将钻孔双端封堵测漏装置[1.1]放置到钻孔的待测深度。放置方法是：测上斜仰孔时，用推杆[1.7]逐根连接，通过专用接头[1.2]将装置[1.1]推入孔内；测大倾角下斜俯孔时，也可用缆绳吊挂，靠装置本身重力或另加重锤进行下放。

1.3启动手动压力泵[1.6]向装置[1.1]压水(充气)，装置[1.1]的两个堵孔注水(充气)器[2.2]首先膨胀成囊，将待测孔段双端封堵；然后开启阀门向封堵孔段注水(充气)。通过手泵[1.6]上压力表的监视，调整泵速，使注水(充气)压力保持在规定值上，待注水(充气)流量稳定后，通过流量表[1.4]测出的注水(充气)流量即为所测孔段的漏失流量。

1.4观测完毕，打开三通泄放阀[1.5]，水(气)压力迅速下降，堵孔胶囊收缩，泄出封堵孔段内的水(气)，将装置[1.1]移到另一个孔段位置，关上泄放阀[1.5]，便可开始另一孔段的注水(充气)观测。

2、如权利要求1所述的钻孔分段注水（充气）测漏技术所使用的钻孔双端封堵测漏装置〔1.1〕，其特征是由中间导管〔2.1〕两端连接两个堵孔注水（充气）器〔2.2〕构成整体结构。

3、如权利要求2中所述的堵孔注水（充气）器〔2.2〕是由堵孔胶管〔3.3〕套置在带有孔洞的金属管状骨架〔3.2〕上，两端以紧扎件〔3.5〕扎紧而成。其特征在于：

3.1  堵孔胶管〔3.3〕是一个三层结构的组合胶管，内层为薄层胶胎，起充水（气）鼓胀作用;中层为松紧布套，起限位作用，约束内层的膨胀限度，以免超限破裂;外层为厚层胶管，膨胀时与孔壁接触并保护内部两层不受磨损;

3.2  在骨架〔3.2〕的注水（充气）孔眼处套置一个紧束力大于堵孔胶管〔3.3〕起胀力的胶环〔3.4〕，一端扎紧构成气门芯式注水（充气）阀门;

3.3  在胶管〔3.3〕的两端设有用硬质材料（硬塑料、胶木、金属等）制做的支撑环〔3.6〕，用于保护胶管〔3.3〕免受孔壁磨损。

4、如权利要求1所述的专用接头〔1.2〕，其特征是一端带有与钻孔双端封堵测漏装置〔1.1〕的进水（气）端头密封连接的螺纹接口，另一端带有与高压胶管〔1.3〕密封连接的锥形管和与推杆〔1.7〕连接用的螺纹接口。

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