CN111894565A - 用于测试围岩中裂缝扩展的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及矿压治理技术领域，尤其涉及一种用于测试围岩中裂缝扩展的装置，包括振动传感器、安装部、内插接套和外插接套；安装部用于与辅助安装件相连，内插接套套设在振动传感器外并与安装部相连接，外插接套套设在内插接套外；内插接套的外侧设有外锥面，外插接套设有与外锥面的形状相适应的内锥面；外插接套为可伸缩结构，其能够相对于内插接套移动以径向扩张或回缩。本申请提供的用于测试围岩中裂缝扩展的装置可获取围岩破裂及裂缝扩展过程中的微震信息，便于工作人员根据微震信息分析裂缝扩展的情况；本申请提供的用于测试围岩中裂缝扩展的装置可以可拆卸地安装于围岩中的安装孔，因而可以回收再利用。

Description

用于测试围岩中裂缝扩展的装置

技术领域

本发明涉及矿压治理技术领域，尤其涉及一种用于测试围岩中裂缝扩展的装置。

背景技术

煤矿开采中往往遇到坚硬顶板的问题，坚硬顶板的强度和弹性模量高、节理裂隙不发育、厚度大、整体性强、自承能力强，因而难以垮落；煤层开采后大面积悬露在采空区短期内不垮落的坚硬顶板，一次垮落的面积大，有强烈的周期性来压，来压时有明显的动压现象，常造成支护设备损坏，危及人身安全。因此，坚硬顶板的控制关系到煤矿的安全生产。

针对坚硬顶板的问题，水力压裂因方便、安全，在煤矿得到了大规模的推广应用。水力压裂即采用水力压裂设备对坚硬顶板进行人工干预，在回采过程中可以根据工作面的布置及采掘关系，对施工区域的坚硬顶板进行水力压裂，在施工影响区域的顶板范围内形成人造裂缝，以防止大面积悬顶造成坚硬顶板突然断裂对施工安全造成影响。但目前水力压裂的机理不清楚，施工过程中工艺参数布置往往采用加多加密压裂孔的方法，以在围岩中形成有效的裂缝。由于对水力压裂作用下的围岩裂缝扩展分布情况认识不足，造成施工工艺参数布置不科学、施工效率低下，因此亟需一种可用于测量裂缝在围岩中扩展情况的装置。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

本发明提供一种用于测试围岩中裂缝扩展的装置，包括振动传感器、安装部、内插接套和外插接套；所述安装部用于与辅助安装件相连，所述内插接套套设在所述振动传感器外并与所述安装部相连接，所述外插接套套设在所述内插接套外；所述内插接套的外侧设有外锥面，所述外锥面的外径自靠近所述安装部处向远离所述安装部的方向逐渐减小，所述外插接套设有与所述外锥面的形状相适应的内锥面；所述外插接套为可伸缩结构，其能够相对于所述内插接套移动从而径向扩张或回缩。

在一个实施例中，所述外插接套包括多个外插接套部分，多个所述外插接套部分通过弹性连接件相拼合，所述外插接套部分之间的相邻面能够彼此靠近或分离。

在一个实施例中，所述弹性连接件是带有缺口的环形件，多个所述外插接套部分的外侧分别设有凹槽，所述环形件嵌于多个所述外插接套部分的凹槽所连成的环形凹槽内。

在一个实施例中，还包括钻孔卡套和弹块，所述钻孔卡套设置于所述内插接套的远离所述安装部的一端，所述弹块通过弹性元件连接于所述钻孔卡套，所述弹性元件用于为所述弹块提供伸出于所述钻孔卡套的径向力，所述弹块设有用于与钻孔的孔壁相接触的弧面。

在一个实施例中，所述钻孔卡套与所述内插接套可拆卸地相连。

在一个实施例中，所述辅助安装件为安装杆，所述安装部与所述安装杆可拆卸地相连，所述安装杆的侧壁设有卡孔，所述安装部通过弹簧连有一定位块，所述定位块用于与所述卡孔相配合。

在一个实施例中，还包括用于限制所述外插接套的轴向位置的第一限位部；所述安装部位于所述内插接套的轴向一端；所述第一限位部设于所述安装部，或者，所述第一限位部设于所述内插接套的靠近所述安装部的位置。

在一个实施例中，还包括用于限制所述内插接套的轴向位置的第二限位部；所述安装部位于所述内插接套的轴向一端，所述第二限位部设于所述内插接套的远离所述安装部的一端。

在一个实施例中，所述外插接套为弹性材料制成。

在一个实施例中，所述外插接套的外表面的摩擦系数大于所述外锥面的摩擦系数以及所述内锥面的摩擦系数。

本发明的有益效果是：由于设置了振动传感器，本申请提供的用于测试围岩中裂缝扩展的装置可获取围岩破裂及裂缝扩展过程中的微震信息，便于工作人员根据微震信息分析裂缝在围岩中扩展的情况；由于设置了可伸缩结构的外插接套，本申请提供的用于测试围岩中裂缝扩展的装置可以可拆卸地安装于围岩中的安装孔，因而可以回收再利用。

附图说明

图1是本发明实施例的立体结构示意图；

图2是本发明实施例的爆炸视图；

图3是本发明实施例的主视图；

图4是图3的左视图；

图5是图4的A-A剖视图；

附图标记说明：1、定位块；2、安装杆插头；3、振动传感器连接线缆；4、安装部；5、内插接套；6、外插接套；7、环形件；8、外锥面；9、内锥面；10、振动传感器；11、连接螺纹；12、连接套；13、钻孔卡套；14、弹块；15、第一限位部；16、第二限位部；17、凹槽；18、外插接套部分。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

为了监测围岩中的能量事件，并减少传统的用于微震监测的装置受到的松动岩体的信号干扰，在安装传统的用于微震监测的装置前，通常需要利用工具将其输送至提前打设好的钻孔里，再使用封堵钻孔的方法将其固定好；但在这种情况下，一旦用于微震监测的装置出现故障，检修和更换都非常困难，且不能对其进行回收再利用。

针对水力压裂作用下裂缝的扩展，本发明提出了一种用于测试围岩中裂缝扩展的装置，以解决围岩中的裂缝扩展情况难以测量和评估的问题，以提高水力压裂工艺参数布置的科学性，提高水力压裂的施工效率。

如图1至图5所示，本发明提供的用于测试围岩中裂缝扩展的装置包括振动传感器10、安装部4、内插接套5和外插接套6；安装部4可用于与辅助安装件(锚杆、延长杆或安装杆等装置)相连；内插接套5套设在振动传感器10外并与安装部4一体相连或可拆卸地相连；外插接套6套设在内插接套5外；内插接套5的外侧设有外锥面8，外锥面8的外径自靠近安装部4处向远离安装部4的方向逐渐减小，外插接套6设有与外锥面8的形状相适应的内锥面9，也就是说外插接套6套设在内插接套5外侧时，内锥面9与内锥面9能够相互贴合，为保证内插接套5和外插接套6的顺利插接；外插接套6为可伸缩结构，其能够相对于内插接套5移动以径向扩张或回缩。当外插接套6受到外力(摩擦力)作用而向安装部4的方向移动时，外插接套6能够径向扩张以增加整个用于测试围岩中裂缝扩展的装置的外径，从而使其卡在围岩的钻孔中；当需要对用于测试围岩中裂缝扩展的装置进行维修、更换等作业时，只需要为其提供朝向钻孔外的拉力；由于外插接套6为可伸缩结构，其可以沿外锥面8返回原来的位置；其中，外锥面8、内锥面9分别可以是分布于内插接套5、外插接套6的圆锥面或棱锥面；振动传感器10用于将围岩中的微震信息转化为电信号，其可以是加速度传感器或速度传感器等。

由于设置了振动传感器10，本申请提供的用于测试围岩中裂缝扩展的装置可获取围岩破裂及裂缝扩展过程中的微震信息，便于工作人员根据微震信息分析裂缝扩展的情况；由于设置了内插接套5和可伸缩结构的外插接套6，本申请提供的用于测试围岩中裂缝扩展的装置可以可拆卸地安装于围岩中的安装孔，因而可以回收再利用。

在一个实施例中，外插接套6为具有径向弹力的圆筒状结构，并具有一条大致沿轴向的开口。

在一个实施例中，外插接套6包括多个外插接套部分18，多个外插接套部分18通过弹性连接件相拼合，外插接套部分18之间的相邻面能够彼此靠近或分离。图2中示出了由三个大小相同的外插接套部分18所组成的外插接套6，当外插接套6的外表面受到外力作用而向安装部4的方向移动的时，三个外插接套部分18能够克服弹性连接件的作用而相互分开，增加整个用于测试围岩中裂缝扩展的装置的外径；并且由于外插接套6具有多个开口，外插接套部分18能够更均匀而稳定地互相分离。

在一个实施例中，弹性连接件是带有缺口的环形件7，多个外插接套部分18的外侧分别设有凹槽17，环形件7嵌于多个外插接套部分18的凹槽17所连成的环形凹槽17内。其中，环形件7的数量可以是多个，多个外插接套部分18的凹槽17形成多个沿轴向相间隔的环形凹槽17。

在一个实施例中，安装部4位于内插接套5的轴向一端；用于测试岩石中裂缝扩展情况的装置还包括钻孔卡套13和弹块14，钻孔卡套13设置于内插接套5的远离安装部4的一端，弹块14通过弹性元件连接于钻孔卡套13，弹性元件用于为弹块14提供伸出于钻孔卡套13的径向力，弹块14设有用于与钻孔的孔壁相接触的弧面。在使用辅助安装件将用于测试岩石中裂缝扩展情况的装置送入钻孔的指定位置过程中，弹块14能够与钻孔的孔壁相接触起到定位作用，防止发生窜动；当到达指定位置后，弹块14也可以起到压紧孔壁的作用，使用于测试岩石中裂缝扩展情况的装置与孔壁保持固定状态。其中，弹性元件可以是螺旋弹簧。

在一个实施例中，弹性元件是弹簧片(图中未示出)，钻孔卡套13设有沿轴向的卡槽，弹块14通过卡槽与钻孔卡套13滑动相连；弹簧片通过内六角螺栓固定于钻孔卡套13；可根据需要的弹力选择具有相应倔强系数的弹簧片。

在一个实施例中，钻孔卡套13与内插接套5可拆卸地相连，比如钻孔卡套13可以通过螺纹连接件安装在内插接套5的远离安装部4的一端。其中，钻孔卡套13套设于内插接套5的端部，钻孔卡套13可以通过螺钉、销等连接件与内插接套5相连接，或者，钻孔卡套13设有内螺纹，内插接套5设有用于装设钻孔卡套13的外螺纹。

在一个实施例中，钻孔卡套13通过连接套12与内插接套5相连；钻孔卡套13通过螺纹连接件被固定在连接套12上，内插接套5设有连接螺纹11，连接套设有与连接螺纹11相配合的内螺纹；连接螺纹11具有较小的螺纹升角，防止安装用于测试岩石中裂缝扩展情况的装置的过程中连接套12从内插接套5上滑脱。以保证较好的安装质量。

在一个实施例中，安装部4与一安装杆(图中未示出)可拆卸地相连；其中，安装杆的侧壁设有卡孔，安装部4通过弹簧连有一定位块1，定位块1用于与卡孔相配合。

在一个实施例中，安装部4的一侧连有用于与安装杆(图中未示出)相连的安装杆插头2，定位块1被设置在安装杆插头2上；安装部4的另一侧可用于固定振动传感器10。基于这种情况的安装方法：使用螺钉将振动传感器10固定在安装部4，安装部4可以设置有用于使振动传感器连接线缆3穿过的通道；将安装杆插头2插入安装杆，定位块1嵌入安装杆的卡孔，从而使安装部4和安装杆插头2连为一体；安装杆便于工作人员将用于测试岩石中裂缝扩展情况的装置安装到指定的钻孔。

在一个实施例中，用于测试岩石中裂缝扩展情况的装置还包括用于限制外插接套6的轴向位置的第一限位部15；安装部4位于内插接套5的轴向一端；第一限位部15设于安装部4，或者，第一限位部15设于内插接套5的靠近安装部4的位置。第一限位部15的具体形状不限，可以是环面、限位块、限位柱等。

在一个实施例中，还包括用于限制内插接套5的轴向位置的第二限位部16；安装部4位于内插接套5的轴向一端，第二限位部16设于远离安装部4的一端。第二限位部16的具体形状不限，可以是环面、限位块、限位柱等。

在一个实施例中，外插接套6为弹性材料制成。其中，弹性材料可以是弹簧钢。

在一个实施例中，外插接套6的外表面的摩擦系数大于外锥面8的摩擦系数以及内锥面9的摩擦系数。在一些情况下，内锥面9和外锥面8需经光滑处理，外插接套6的外表面则需经粗糙处理。

在一个实施例中，外锥面8的加工角度(即坡度)为3°至5°；内锥面9和外锥面8具备一致的加工角度，保证内锥面9和外锥面8严密接触。在这种情况下，内锥面9和外锥面8的加工角度有益于测试的顺利开展，并且这样的设计便于在常见的生产条件下对外插接套6进行加工。

在一个实施例中，外插接套6的外表面也具有3°至5°的加工角度(即坡度)。

当测试装置送达预定测试位置，旋转安装杆，随着安装杆的推进，外插接套6逐渐张开，紧贴钻孔的孔壁，达到较好的测试效果。

当需要测量、评估水力压裂的过程中裂缝的扩展情况时，需要事先在围岩中形成钻孔，将用于测试岩石中裂缝扩展情况的装置固定在钻孔中。如果需要使用安装杆将测试装置送达钻孔中预定测试位置，随着安装杆的推进，外插接套6在摩擦力的作用下逐渐张开并紧贴孔壁；由于外插接套6可以与孔壁保持固定，测试过程无需封堵钻孔。

虽然上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于测试围岩中裂缝扩展的装置，其特征在于，包括振动传感器、安装部、内插接套和外插接套；所述安装部用于与辅助安装件相连，所述内插接套套设在所述振动传感器外并与所述安装部相连接，所述外插接套套设在所述内插接套外；所述内插接套的外侧设有外锥面，所述外锥面的外径自靠近所述安装部处向远离所述安装部的方向逐渐减小，所述外插接套设有与所述外锥面的形状相适应的内锥面；所述外插接套为可伸缩结构，其能够相对于所述内插接套移动从而径向扩张或回缩。

2.根据权利要求1所述的用于测试围岩中裂缝扩展的装置，其特征在于，所述外插接套包括多个外插接套部分，多个所述外插接套部分通过弹性连接件相拼合，所述外插接套部分之间的相邻面能够彼此靠近或分离。

3.根据权利要求2所述的用于测试围岩中裂缝扩展的装置，其特征在于，所述弹性连接件是带有缺口的环形件，多个所述外插接套部分的外侧分别设有凹槽，所述环形件嵌于多个所述外插接套部分的凹槽所连成的环形凹槽内。

4.根据权利要求1所述的用于测试围岩中裂缝扩展的装置，其特征在于，还包括钻孔卡套和弹块，所述钻孔卡套设置于所述内插接套的远离所述安装部的一端，所述弹块通过弹性元件连接于所述钻孔卡套，所述弹性元件用于为所述弹块提供伸出于所述钻孔卡套的径向力，所述弹块设有用于与钻孔的孔壁相接触的弧面。

5.根据权利要求4所述的用于测试围岩中裂缝扩展的装置，其特征在于，所述钻孔卡套与所述内插接套可拆卸地相连。

6.根据权利要求1所述的用于测试围岩中裂缝扩展的装置，其特征在于，所述辅助安装件为安装杆，所述安装部与所述安装杆可拆卸地相连，所述安装杆的侧壁设有卡孔，所述安装部通过弹簧连有一定位块，所述定位块用于与所述卡孔相配合。

7.根据权利要求1所述的用于测试围岩中裂缝扩展的装置，其特征在于，还包括用于限制所述外插接套的轴向位置的第一限位部；所述安装部位于所述内插接套的轴向一端；所述第一限位部设于所述安装部，或者，所述第一限位部设于所述内插接套的靠近所述安装部的位置。

8.根据权利要求1所述的用于测试围岩中裂缝扩展的装置，其特征在于，还包括用于限制所述内插接套的轴向位置的第二限位部；所述安装部位于所述内插接套的轴向一端，所述第二限位部设于所述内插接套的远离所述安装部的一端。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的用于测试围岩中裂缝扩展的装置，其特征在于，所述外插接套为弹性材料制成。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的用于测试围岩中裂缝扩展的装置，其特征在于，所述外插接套的外表面的摩擦系数大于所述外锥面的摩擦系数以及所述内锥面的摩擦系数。

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