CN109030225A - 一种用于水压致裂法地应力试验中实时观测岩体裂缝的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于水压致裂法地应力试验中实时观测岩体裂缝的设备，其包括：滑块、导杆、摄像头、摄像头安装座和卷线器，导杆设置在上、下封隔器之间，滑块设置在导杆上且可沿着导杆滑动，滑块的边沿上设置有齿，摄像头安装座呈C型且安装在滑块的边缘，摄像头安装座内还设置有与滑块的齿啮合的驱动齿轮，摄像头安装座底部设置有透明保护罩，透明保护罩内设置有摄像头，透明保护罩的底部设置有用于定位的罗盘。本发明能够对水压致裂法地应力试验中的裂纹进行实时观测，可实现试验和裂纹观测同步进行，不需要再一次地张开裂纹，不仅提高了裂纹定位的准确性，还简化了裂缝方向观测的工序，提高了试验的工作效率。

Description

一种用于水压致裂法地应力试验中实时观测岩体裂缝的设备
技术领域
本发明涉及水压致裂法地应力试验技术领域，具体涉及一种用于水压致裂法地应力试验中实时观测岩体裂缝的设备。
背景技术
水压致裂法地应力试验的原理是利用一对可膨胀的橡胶封隔器，在预定的测试深度封隔一段钻孔，然后泵入液体介质对封隔段施压，根据压裂过程曲线的特征值，可获得破裂压力、瞬时关闭压力、重张压力等压力参数，由破裂缝方向来直接推求平面地应力状态。
目前对破裂缝的方向观测采用两种手段，第一种方法是在试验后，将一个印模器放置到试验深度，对印模器内施加一定的压力使其膨胀，将岩体已经闭合的破裂缝再次张开，并在印模器的表面留下痕迹，然后取出，找到印模器表面的裂缝压痕，通过同印模器固定的罗盘 确定裂缝方位。第二种方法是在试验后，将钻孔摄像设备放到试验深度，通过目测找到岩壁上的破裂缝位置，通过罗盘确定方位。
这两种方法都有明显的缺陷，第一种方法，印模器表面为柔性橡胶，较易留下痕迹，钻孔的孔壁并非完全光滑，实际使用中印模器取出钻孔后表面会布满各种痕迹，很难将岩体的破裂缝压痕区分出来。第二种方法，由于水压致裂设备通常用钻杆下放到试验段，而钻孔摄像设备是使用数据线下放到试验段，在钻孔较深时，会产生较大的误差，往往会偏离试验段，而且岩体的破裂缝本身就比较细小，闭合后，肉眼很难发现，所以这种方法也有很大的局限性。
发明内容
为了克服现有技术中存在的问题，便于在试验的过程中实时观测岩体裂缝，本发明提供一种用于水压致裂法地应力试验中实时观测岩体裂缝的设备，具体技术方案如下。
一种用于水压致裂法地应力试验中实时观测岩体裂缝的设备，其包括：上封隔器、下封隔器以及连接在所述上封隔器和下封隔器之间的花管和封隔器连通管，其特征在于，还包括有：滑块、导杆、摄像头和摄像头安装座，所述导杆设置在所述上封隔器和下封隔器之间且平行于所述花管，所述滑块设置在所述导杆上且可沿着所述导杆滑动，所述滑块的上表面和下表面的边缘均设置有滑槽，所述滑槽为围绕所述花管的圆弧形或圆形，所述滑块的边沿上设置有齿，所述摄像头安装座呈C型且安装在所述滑块的边缘，所述摄像头安装座设置有位于所述滑块上表面的滑槽内的滚轮和位于滑块下表面的滑槽内的滚轮，所述摄像头安装座内还设置有与所述滑块的齿啮合的驱动齿轮，所述摄像头安装座内还设置有用于驱动所述驱动齿轮的驱动电机，所述摄像头安装座底部设置有透明保护罩，所述透明保护罩内设置有摄像头，所述透明保护罩的底部设置有用于定位的罗盘。
使用时，上封隔器和下封隔器封闭在试验钻孔段的上下两端，在上、下封隔器内注水，形成封闭岩体段，开始进行试验，通过花管对试验钻孔段注水，对试验段岩体形成压力。当监测到水压降低时，即试验段岩体产生了微小裂缝，水流集中从裂缝处流入岩体，此时在地面控制滑块沿着导杆移动，控制摄像头安装座沿着滑块的滑槽移动，使得摄像头即可以沿着钻孔的轴向移动又可以围绕着花管移动（沿着钻孔的周向/环向移动），便于对试验段的孔壁进行全方位的实时观测，摄像头自带照明装置，能够实时准确地观测到裂纹的位置，结合罗盘便能确定裂纹的方位，追踪确定岩体最小平面主应力方位。其中摄像头优选采用大广角摄像头或全景摄像头，能够在一个观察视野中同时显示孔壁和罗盘；罗盘为水压致裂法地应力试验中常规的罗盘。
进一步地，所述驱动电机的电线和所述摄像头的数据线从所述摄像头安装座引出后卷绕在卷线器上，所述卷线器设置在所述上封隔器的底部，所述电线和数据线经所述卷线器和上封隔器引至地表的控制器。其中卷线器中具有卷簧，使得电线和数据线能够自动跟随摄像头安装座的运动。
进一步地，所述上封隔器和下封隔器之间连接有平行于所述导杆的导轨，所述导轨穿过所述滑块的导轨孔，所述导轨为齿条，所述滑块内设置有与所述导轨啮合的滑块齿轮，所述滑块内还设置有用于驱动所述滑块齿轮的滑块电机，所述滑块电机受控于遥控模块，所述遥控模块设置在所述上封隔器的底部，所述遥控模块的控制线经所述上封隔器引至地表的控制器。工作人员在地表通过遥控模块来控制滑块电机的正转或反转，以调节滑块的上升或下降。当然，本领域技术人员也可以采用其他手段来移动滑块，比如：将滑块固定在传动皮带上。
进一步地，所述滑块的中心具有供所述花管穿过的空心结构；便于控制摄像头安装座能够围绕花管运动，达到最大的观察视野。
本发明能够对水压致裂法地应力试验中的裂纹进行实时观测，可实现试验和裂纹观测同步进行，不需要再一次地张开裂纹，不仅提高了裂纹定位的准确性，还简化了裂缝方向观测的工序，提高了试验的工作效率。
附图说明
图1是本发明的整体示意图；
图2是本发明的滑块示意图；
图3是本发明的摄像头安装座示意图；
图4是本发明的导轨示意图。
图中：1-中通导管、2-上封隔器、3-封隔器线槽、4-遥控模块、5-卷线器、6-摄像头安装座、7-摄像头、8-透明保护罩、9-罗盘、10-导杆、11-花管、12-导轨、13-封隔器连通管、14-封闭铁管、15-下封隔器、16-滑块、17-导杆孔、18-导轨孔、19-滑块电机、20-滑块齿轮、21-滑槽、22-滚轮、23-驱动电机、24-驱动齿轮、25-安装座线槽、26-缺口、27-齿。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
参见图1-4，一种用于水压致裂法地应力试验中实时观测岩体裂缝的设备，包括上封隔器2和下封隔器15，上封隔器2内具有中通导管1，下封隔器15内具有封闭铁管14，中通导管1和封闭铁管14之间连接有花管11，花管上设置有出水孔用于向试验段内注入加压水，上封隔器2和下封隔器15通过封隔器连通管13连通，封隔器连通管13用于对下封隔器15注水或油，封隔器连通管13可采用橡胶软管；上封隔器2和下封隔器15之间设置有平行于花管11的导轨12和两根导杆10，滑块16通过导杆孔17和导轨孔18穿设在导杆10和导轨12上，导轨12为齿条。
滑块16为环形或者C型，滑块16的中心具有供所述花管11穿过的空心结构，滑块16的上表面和下表面的边缘均设置有滑槽21，滑槽21为围绕所述花管11的圆形或圆弧形，滑块的边沿上设置有齿27；滑块16内还设置有与所述导轨12的齿条啮合的滑块齿轮20，滑块16内还设置有用于驱动滑块齿轮20的滑块电机19，滑块电机19优选采用外转子电机，滑块电机19外固定连接有该滑块齿轮20，滑块电机19受控于遥控模块4，所述遥控模块4设置在所述上封隔器2的底部，所述遥控模块4的控制线经所述上封隔器的封隔器线槽3引至地表的控制器。工作人员在地表通过遥控模块4来控制滑块电机19的正转或反转，带动滑块齿轮20正转或反转，使得滑块16沿着导杆10上升或下降。其中，C型滑块16的缺口26可用于避让封隔器连通管13。
摄像头安装座6呈C型且卡设在所述滑块16的边缘，摄像头安装座6设置有位于所述滑槽21内的滚轮22，摄像头安装座6内还设置有与滑块16的齿27啮合的驱动齿轮24，所述摄像头安装座6内还设置有用于驱动所述驱动齿轮24的驱动电机23，驱动电机23优选采用外转子电机，驱动电机23外固定连接有该驱动齿轮24；所述摄像头安装座6底部设置有透明保护罩8，所述透明保护罩8内设置有摄像头7，所述透明保护罩8的底部设置有用于定位的罗盘9；驱动电机23的电线和所述摄像头7的数据线从所述摄像头安装座6的安装座线槽25引出后卷绕在卷线器5上，所述卷线器5设置在所述上封隔器1的底部，所述电线和数据线经所述卷线器5和上封隔器的封隔器线槽3引至地表的控制器。工作人员在地表通过控制驱动电机23的转动，进而驱动驱动齿轮24转动，驱动齿轮24和滑块16的边沿齿啮合使得摄像头安装座6沿着滑块的滑槽21移动，从而带动摄像头7围绕花管11运动以便达到对孔壁的完全观测。摄像头7优选采用大广角摄像头或全景摄像头，使得摄像头并不需要绕花管11一周即可观测整个孔壁，不会留下观察不到的死角。其中卷线器5中具有卷簧，使得电线和数据线能够自动跟随摄像头安装座6的运动。
在实际使用中，使用钻杆或钢丝绳等设备将全套系统放入试验孔内，可根据摄像头拍摄的孔壁岩体情况确定试验段位置。选定试验段后，在上、下封隔器内注水或油，形成封闭岩体段，开始进行试验。通过加压段花管11注水，对试验段岩体形成压力。当监测到水压降低时，即试验段岩体产生了微小裂缝，水流流入岩体，此时在地面控制滑块16上下移动以及摄像头安装座6环向移动，通过摄像头（7）观察水流流动方向，结合罗盘（9）确定方位，用以确定岩体最小平面主应力方位。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，上文中出现的“上”、“下”字样，仅表示与附图本身的上、下方向一致，并不对结构起限定作用。本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于水压致裂法地应力试验中实时观测岩体裂缝的设备，其包括：上封隔器(2)、下封隔器(15)以及连接在所述上封隔器(2)和下封隔器(15)之间的花管(11)和封隔器连通管(13)，其特征在于，还包括有：滑块(16)、导杆(10)、摄像头(7)和摄像头安装座(6)，所述导杆(10)设置在所述上封隔器(2)和下封隔器(15)之间且平行于所述花管(11)，所述滑块(16)设置在所述导杆(10)上且可沿着所述导杆(11)滑动，所述滑块(16)的上表面和下表面的边缘均设置有滑槽(21)，所述滑槽(21)为围绕所述花管(11)的圆弧形或圆形，所述滑块(16)的边沿上设置有齿(27)，所述摄像头安装座(6)呈C型且安装在所述滑块(16)的边缘，所述摄像头安装座(6)设置有位于所述滑块上表面的滑槽(21)内的滚轮(22)和位于滑块下表面的滑槽(21)内的滚轮(22)，所述摄像头安装座(6)内还设置有与所述滑块(16)的齿(21)啮合的驱动齿轮(24)，所述摄像头安装座(6)内还设置有用于驱动所述驱动齿轮(24)的驱动电机(23)，所述摄像头安装座(6)底部设置有透明保护罩(8)，所述透明保护罩(8)内设置有摄像头(7)，所述透明保护罩(8)的底部设置有用于定位的罗盘(9)。
2.根据权利要求1所述的一种用于水压致裂法地应力试验中实时观测岩体裂缝的设备，其特征在于，所述驱动电机(23)的电线和所述摄像头(7)的数据线从所述摄像头安装座(6)引出后卷绕在卷线器(5)上，所述卷线器(5)设置在所述上封隔器(2)的底部，所述电线和数据线经所述卷线器(5)和上封隔器(2)引至地表的控制器。
3.根据权利要求1所述的一种用于水压致裂法地应力试验中实时观测岩体裂缝的设备，其特征在于，所述上封隔器(2)和下封隔器(15)之间连接有平行于所述导杆(10)的导轨(12)，所述导轨(12)穿过所述滑块(16)的导轨孔(18)，所述导轨(12)为齿条，所述滑块(16)内设置有与所述导轨(12)啮合的滑块齿轮(20)，所述滑块(16)内还设置有用于驱动所述滑块齿轮(20)的滑块电机(19)，所述滑块电机(19)受控于遥控模块(4)，所述遥控模块(4)设置在所述上封隔器(2)的底部，所述遥控模块(4)的控制线经所述上封隔器(2)引至地表的控制器。
4.根据权利要求1所述的一种用于水压致裂法地应力试验中实时观测岩体裂缝的设备，其特征在于，所述滑块(16)的中心具有供所述花管(11)穿过的空心结构。
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