CN113417637B - 一种压水试验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种压水试验系统及方法，系统：上部钻杆、中间钻杆和下部钻杆连接成测试杆，压力传感器通过转接构件与中间钻杆连接；上、下部封孔胶囊通过中间连接机构进行连接，并通过中间连接机构的伸缩进行压缩和复位控制；油泵通过管路与中间连接机构连接，用于控制其伸缩动作；注水箱与测试杆内腔连通。方法：布置设备；连接传感器转接头和压力传感器；开始试验，记录下放深度；开始测量；通过加压使中间连接机构伸出并挤压封孔胶囊；利用封孔胶囊固定探测杆的位置，观察压力变化值；记录试验段水位流失时间；进行不同位置测试段的测试；计算试压压力下的压入流量。该系统和方法能保证封孔胶囊的快速回缩复位，可有效降低设备的折损对测量结果产生的影响。
Description
技术领域
本发明属于压水测试技术领域，具体是一种压水试验系统及方法。
背景技术
煤田开发对经济发展具有着重要意义，而严峻的矿山水害形式一直严重影响着煤矿的安全生产，从而制约了经济稳步健康的发展。现阶段，许多煤田水文地质条件十分复杂，煤层开采过程中受到多种水体的威胁，而在所有水害事故的突水形式中，特别突出是煤层底板水害，其严重威胁着煤矿的生产安全。因此，深入开展带压开采采煤工作面底板破坏突水成灾机理及预警系统研究、有效遏制矿井突水事故的发生、保障煤矿安全生产，是目前煤炭工业迫切需要解决的问题，对进一步提高大水矿区生产效果和资源回收率具有重要意义，也能为以后同类型的煤层安全高效开采提供更加科学可靠的参考依据。
经过多年的底板采动现场实践观测，开采煤层底板也像上覆岩层一样从煤层底面到含水层顶面可分为“下三带”，即底板导水破坏带、完整岩层带、承压水导升带。“下三带”理论比较符合煤层底板破坏、突水规律，在生产实践中得到了较为广泛的应用，由此可见，底板导水破坏带的现场实地观测具有重要意义。为了查明底板变形破坏规律，现今采用的研究方法可采用理论研究、数值模拟研究及实验研究等，虽然这些方法在认识底板岩层移动变形规律方面起到了很重要的作用，但在工程实践中，利用实测数据信息来推断底板岩层移动变形破坏规律无疑是最直接、最可靠的方法。
目前现场实地观测的方法有：钻孔声波测试法、底板钻孔位移计法、钻孔窥视测试法、钻孔应力计法、钻孔放注水法等。其中：钻孔声波测试法，是观测采动前后岩体的采动裂隙发育规律及采动裂隙深度；底板钻孔位移计法，是在钻孔中设置位移观测基点以观测采动前后底板的位移变化规律；钻孔窥视测试法，用于观测工作面回采期间的底板岩体裂隙宏观改变；钻孔应力计法，是通过采集底板岩层力学性质变化，获得底板岩层应力应变数据，分析底板破坏情况；钻孔放注水法，是在采前向煤层底板打一定深度的斜孔，每天观测单位时间向外的流水量，不向外流水时，每天观测单位时间向里的注水量，通过采动过程中不同深度钻孔单位时间放注水量的变化和水文地质条件的综合分析，就可以知道采动影响引起的煤层底板破坏深度。以上几种方法中，钻孔放注水法是获取岩体渗透性指标的常用方法。它主要是通过人工抬高水头，向孔内注入清水，测定岩土体渗透系数的一种原位测试方法。根据地层渗透系数的大小，可以判定岩土体的透水级别，从而为工程的防渗处理方案提供地质依据。钻孔放注水法的成果直接影响对工程岩土体渗透性状况的评价。因此，钻孔放注水法的可靠性是非常重要的，但在传统钻孔放注水法的实际操作过程中时常存在以下难题：
(1)对于深孔来说，由于测试距离较大，气(水)压注入和排出胶囊的速度较慢，严重影响测试效率；另外，胶囊自动收缩时会与岩体产生较大摩擦力，根据气(水)压表的数值通常很难判断胶囊是否收缩完毕，往往待气(水)压表归零时还要再等上半个小时以上的时间才能正常提钻。若没控制好胶囊收缩时间，会导致提钻过程中胶囊卡在钻孔内，强行提出后，会导致整套胶囊的报废，极大的增加了测试成本；如果未将胶囊强行提出折断在钻孔内，会导致钻孔的报废，从而还需要重新补打钻孔，不仅费时费力费资，更有可能错过最佳观测时间。
(2)测试岩层一般分为硬岩层、软岩层、软硬相间岩层，如果测试期间遇到软岩层或软硬相间岩层，膨胀后的胶囊由于气(水)压较大会镶嵌在软岩层或软硬相间岩层之间，即使测试结束将胶囊泄压，胶囊也无法正常收缩，最终卡死在钻孔中。若强行提出，仍然会导致整套胶囊的报废，进而增加了测试成本；若未将胶囊强行提出，会导致钻孔的报废，从而还需要重新补打钻孔，不仅费时费力费资，更有可能错过最佳观测时间，同时钻孔的频繁更换不仅无法有效采集可用数据，还会导致在同一位置不同时间裂隙宏观改变时没有参考对比，使检测结果的可靠性大大的降低。
(3)由于传统测试方法使用的胶囊属于由气(水)压控制的膨胀型胶囊，稳压层的外表皮较薄。钻孔内岩体结构复杂，若打压过程中遇到尖锐的岩石、有棱角的岩石或者岩石破碎带，造成胶囊稳压层外表皮破损的几率很大，容易导致胶囊出现漏气(水)的情况，进而会造成胶囊隔离效果差，导致同一压力下的注水量偏大，使渗透系数偏大，与实际地层不符，使压水试验数据不能使用。
(4)常规胶囊稳压层表皮较薄，使用次数过多后，会导致胶囊稳压层表皮弹性下降甚至失效，当测试结束回收胶囊时，胶囊可能出现无法收缩的情况，卡在钻孔中的风险系数增大。与上两种情况类似，若强行提出，易导致胶囊的报废；若未将胶囊强行提出，则会导致钻孔报废。
(5)隔离试段往往通过双胶囊打气(水)实现有效隔离，但两个胶囊之间只是通过一根小水管实现进出气(水)的连通，且每次打压均是从上部胶囊打入，然后经过小水管进入到下部胶囊中，这将会导致两胶囊压力不平衡。由于该试验隐蔽性强，无法直接观测胶囊是否同步膨胀，压力表的数值也并非两胶囊的共同压力值，出现误判的可能性很大。在上部胶囊达到压力标准时，下部胶囊实际上可能并未达到压力标准，从而会导致隔离的无效，进而得出无效测量数据。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种压水试验系统及方法，该系统能保证封孔胶囊的快速回缩复位，可有效降低设备的折损对测量结果产生的影响，能降低钻孔失效率，并可减少测试过程的经济损失，有利于快速、精确地获取岩层渗透性指标，且可以使设备能够多次重复使用、保证数据精确可靠。该方法操作步骤简单、试验效率高，且能有效避免封孔胶囊无法正常回缩的情况发生。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种压水试验系统，包括上部钻杆、下部钻杆、上部封孔胶囊、下部封孔胶囊、中间连接机构、传感器转接头、压力传感器、油泵、压力测量仪和注水箱；
所述传感器转接头由中间钻杆和转接构件组成；
所述上部钻杆、中间钻杆和下部钻杆的外径均相同，并均于轴心处开设有尺寸相同的轴向贯通孔；上部钻杆、中间钻杆和下部钻杆由上到下同轴心的设置，并两两相固定连接形成测试杆；
所述转接构件呈L型，其由位于底部的水平段和位于上部的竖直段组成，其中心开设有延伸到水平段端部和竖直段端部的L形通孔，且水平段的端部与中间钻杆的杆身垂直的固定连接；所述中间钻杆的杆身上开设有连通L形通孔和其轴向贯通孔的径向连通孔；
所述上部封孔胶囊、中间连接机构和下部封孔胶囊由上到下同轴心的设置在测试杆的下方；
所述上部封孔胶囊包括位于中心的刚性水管A、刚性油管A、胶囊体A、刚性导向套A、刚性导向套B和多个连接环A；所述刚性水管A上端固定连接有测试杆接头，并通过测试杆接头固定连接在测试杆的下端，刚性水管A的下端外侧设置有外螺纹结构A；所述刚性油管A同轴心的设置在刚性水管A的中心，其下端的管壁通过径向分布的多根连杆A与刚性水管A下端的内侧壁固定连接，其上端弯折后由刚性水管A上端的管壁穿出，并与刚性水管A固定连接；所述胶囊体A的中心设置有环形通孔A，并通过环形通孔A套设在刚性水管A中部的外侧；所述刚性导向套A固定套装在刚性水管A上部的外侧，且其下端和胶囊体A的上端固定连接；所述刚性导向套B滑动的套设在刚性水管A下部的外侧，且其上端和胶囊体A的下端固定连接；多个连接环A环向均匀的固定连接在刚性导向套B的下端面；
所述中间连接机构包括刚性壳体、两个柱塞顶头、刚性连通管、刚性油管B和两个空心套管；所述刚性壳体为筒形结构，刚性壳体的上端内侧固定连接有上环形限位板，刚性壳体的下端内侧固定连接有下环形限位板，上环形限位板的上端面环向均匀的固定连接有多个连接环B，多个连接环B与多个连接环A一一对应的设置，且连接环B与连接环A之间均通过弹簧A连接，下环形限位板的下端面环向均匀的固定连接有多个连接环C；两个柱塞顶头轴心处均开设有轴向通孔，且上下对称的设置在刚性壳体内腔的上部和下部，且其外圆面分别与上环形限位板和下环形限位板的内圆面滑动密封配合；两个柱塞顶头相靠近的一端外侧均固定连接有环形凸台A，且两个环形凸台A的外圆面与刚性壳体的内侧壁滑动密封配合；所述刚性连通管的外径与刚性水管A的外径相同，且插装于两个柱塞顶头的轴向通孔中，且与轴向通孔之间滑动密封配合；且其上端内侧和下端内侧分别设置有内螺纹结构A和内螺纹结构B，且其上端通过内螺纹结构A与外螺纹结构A的螺纹配合套装在刚性水管A下端的外侧；在刚性壳体、刚性连通管和两个环形凸台A之间围合成环形无杆腔；在刚性壳体的上部、上侧的柱塞顶头、上侧的环形凸台A和上环形限位板之间围合形成上环形有杆腔，在刚性壳体的上部固定连接有与上环形有杆腔相连通的上进出油管路；在刚性壳体的下部、下侧的柱塞顶头、下侧的环形凸台A和下环形限位板之间围合形成下环形有杆腔，在刚性壳体的下部固定连接有与下环形有杆腔相连通的下进出油管路；所述刚性油管B同轴心的设置在刚性连通管的中心，且其上端通过多根连杆B与刚性连通管上端的内侧壁固定连接，且上端与刚性油管A下端轴心的固定连接，其下端弯折后由刚性连通管的中部穿出进入环形无杆腔中，并与刚性连通管固定连接；两个空心套管均径向的设置在环形无杆腔中，且其里端分别固定连接在刚性连通管中部相对两侧的侧壁上，且通过开设在刚性连通管中部相对两侧的两个径向孔A与刚性连通管的内腔连通；两个空心套管的外端分别固定插装在刚性壳体中部相对两侧的两个径向孔B中，并与径向孔B之间密封配合；上进出油管路和下进出油管路各通过一根长油管A与设置在地面上的油箱连通；
所述下部封孔胶囊包括位于中心的刚性水管B、胶囊体B、刚性导向套C、刚性导向套D和多个连接环D；所述刚性水管B的外径与刚性水管A11.1的外径相同，且上端外侧设置有外螺纹结构B，并通过外螺纹结构B和内螺纹结构B的配合固定插装于刚性连通管下端的内侧；刚性水管B的下端封闭；所述胶囊体B的中心设置有环形通孔B，并通过环形通孔B套设在刚性水管B中部的外侧；所述刚性导向套C滑动的套设在刚性水管B上部的外侧，且其下端和胶囊体B的上端固定连接，所述刚性导向套D固定套装在刚性水管B下部的外侧，且其上端和胶囊体B的下端固定连接；多个连接环D环向均匀的固定连接在刚性导向套C的上端面，且与多个连接环C一一相对应的设置，且连接环D和连接环C之间均通过弹簧B连接；
所述压力传感器固定安装于L形通孔的竖直段中，并与测试杆的轴向贯通孔连通；
所述油泵通过长油管B与上部封孔胶囊中刚性油管A的上端贯通的连接；
所述压力测量仪与压力传感器的信号线连接；
所述注水箱的出水端通过注水管与测试杆上端的轴向贯通孔连接。
在该技术方案中，通过传感器转接头的设置，不仅能方便的连接上部钻杆和下部钻杆形成测试杆，而且还能方便的连接压力传感器，并能确保压力传感器与形成的测试杆中心的轴向贯通孔相连通，从而可以方便的获得测试杆内部的水压值。通过使两个柱塞顶头滑动的设置在刚性壳体中，并使其分别与上、下部封孔胶囊相接触配合，这样，在向环形无杆腔中注入液压油后，可以使两个柱塞顶头同步向上、下两侧伸出，进而可以将刚性导向套B向上顶起、将刚性导向套C向下顶起，使胶囊体A和B均被压缩，进而使胶囊体膨胀并紧贴围岩；通过使刚性导向套B与刚性水管A滑动配合，且使刚性导向套A与刚性水管A固定连接，能通过刚性导向套B在刚性水管A上的滑动来改变胶囊体A的状态，进而实现胀紧和复位状态的便捷切换；通过使刚性导向套C与刚性水管B滑动配合，且使刚性导向套D与刚性水管B固定连接，能通过刚性导向套C在刚性水管B上的滑动来改变胶囊体B的状态，进而实现胀紧和复位状态的便捷切换；通过弹簧A和弹簧B的设置，能在环形无杆腔泄压后，两个柱塞顶头回缩的过程中，将刚性导向套B和C分别向下和向上拉起，进而使胶囊体A和B迅速恢复原状，可以有效避免胶囊体靠本身的弹性无法从镶嵌的软岩中正常回缩的情况出现，有利于整体测试组件的快速回收。通过使注水管连接注水箱和测试杆上端的轴向贯通孔，并使刚性连通管的两端分别连接刚性水管A和刚性水管B，使两根套管连通刚性连通管的内腔和刚性壳体的外部，能方便的将注水箱中的水引入到测试杆内部，并能使进入测试杆内部的水通过封孔胶囊的底部排入钻孔的底部，进而有利于水渗透到地层中。使压力测量仪通过信号线与压力传感器连接，能便于实时的获得压力传感器所测得的压力信号，从而便于操作人员直观的观察到压力的变化情况，以便于能获得准确的参数；使油泵通过长油管B与上部封孔胶囊中的中刚性油管A的上端连接，这样，能方便的通过油泵向中间连接机构中环形无杆腔中充入液压油，从而可以锁定测试杆在钻孔中的不同位置。该系统结构简单，制作便捷、制造成本低，方便操作，且操作过程安全可靠，有利于快速、精确地获取岩层渗透性指标。
进一步，为了方便安装和拆卸，所述刚性连通管在两个径向孔A的外侧固定连接有两个短接头，两个短接头均为筒状结构，其外侧内腔均开设有内螺纹结构D，其里端内腔均通过径向孔A与刚性连通管的内腔连通；两个空心套管的里端均开设有外螺纹结构D，且通过外螺纹结构D和内螺纹结构D的螺纹配合插装于两个短接头中。
进一步，为了能具有良好的密封性能，所述刚性壳体在两个径向孔B的部分对应设置有向内侧凹陷的两个容纳凹槽；
两个空心套管的外端在两个容纳凹槽的外侧对应固定连接有两个环形凸台B；
两个环形凸台B和两个容纳凹槽之间对应的设置有两个防水密封圈。
作为一种优选，所述中间钻杆杆身的中部开设有与转接构件水平段的端部相适配的定位凹槽，且转接构件水平段的端部焊接于所述定位凹槽中。
进一步，为了方便连接和拆卸，所述L形通孔的上端开设有内螺纹结构C，所述压力传感器的连接端设置有与所述内螺纹结构C相适配的外螺纹结构C，且通过外螺纹结构C和内螺纹结构C的配合固定连接于转接构件的L形通孔中。
作为一种优选，所述上部钻杆的下端设置有倒锥台形凸台一，并于倒锥台形凸台一的外部设置有外螺纹结构一，所述中间钻杆的上端开设有倒锥台形凹槽一，并于倒锥台形凹槽一内部设置有内螺纹结构一，上部钻杆和中间钻杆之间通过外螺纹结构一和内螺纹结构一的螺纹配合固定连接在一起；所中间钻杆的下端设置有倒锥台形凸台二，并于倒锥台形凸台二外部设置有外螺纹结构二，所述下部钻杆的上端开设有倒锥台形凹槽二，并于倒锥台形凹槽二的内部设置有内螺纹结构二，中间钻杆和下部钻杆之间通过外螺纹结构二和内螺纹结构二的螺纹配合固定连接在一起。
进一步，为了提高本系统的通用性，所述上部钻杆由多段尺寸相同的单体钻杆依次连接组成，所述下部钻杆由多段尺寸相同的单体钻杆依次连接组成。
本发明还提供了一种压水试验方法，包括以下步骤：
步骤一：将油泵、压力测量仪、注水箱和油箱摆放在地面上的相应位置，并将长油管B的出油端与上部封孔胶囊中刚性油管A的上端贯通的连接，将信号线的一端与压力传感器连接；
步骤二：将加工好的中间钻杆与转接构件焊接在一起组成传感器转接头，再将压力传感器通过螺纹配合连接在转接构件上的L形通孔中，并把信号线与压力测量仪进行连接且进行测试，待压力传感器与传感器转接头的连接处无漏水且能正常工作后，执行步骤三；
步骤三：将上部封孔胶囊和下部封孔胶囊通过中间连接机构进行固定连接，并通过弹簧A连接连接环B与连接环A，通过弹簧B连接连接环D和连接环C，从而组装成封孔组件；将组装好的封孔组件上端的测试杆接头固定连接在下部钻杆的下端，从而形成测试组件，并开始向预开挖的钻孔内下放；
步骤四：实时记录好下放深度，在下放过程中将传感器转接头的下端固定连接在下部钻杆的上端，再将上部钻杆的下端固定连接在传感器转接头的上端，从而形成测试杆，然后将连接好的测试杆继续下放，当测试组件下放到最深测试段时，确定传感器转接头上连接的压力传感器的上端是位于钻孔中水位的下方；
步骤五：下放完毕后，将长油管B的进油端与油泵的出油口连接，将信号线的另一端与压力测量仪的接入端连接，通过注水管将注水箱和测试杆上端的轴向贯通孔连接；
步骤六：启动油泵向中间连接机构中的环形无杆腔中注油，使两个柱塞顶头完全向上下两侧伸出，进而压缩胶囊体A和胶囊体B，使上部封孔胶囊和下部封孔胶囊膨胀并紧贴围岩，然后将注水箱内部的水注入测试杆的轴向贯通孔中，在测试杆内注满水后，观察压力测量仪的压力值的变化情况；
步骤七：在测试杆内的水位不断下降的过程中，通过观察压力测量仪压力值的变化来直接测量出测试杆内部水压达到压水试验测试所需的试验压力时的设计位置o,压水试验测试所需的试验压力分别为0.3/0.6/1.0MPa，对应测试杆内部水位面达到设计位置o到水位面的距离分别为30/60/100m,然后以该位置为界向上取L的距离为位置a，向下取L的距离为位置b,其中，L根据现场多次试验获得，其最佳长度为10m；再以位置a到位置b的距离为流量计算的压水试验段，然后再记录测试杆内水位从位置a降到位置b所用的流失时间；
步骤八：在一段压水试验段实验结束后，对上部封孔胶囊和下部封孔胶囊(12)进行泄压，然后再将测试杆向上提取设定距离并对下一段压水试验段重复步骤六和七，待全部压水试验段测试完毕后，拆掉信号线和长油管B，并将测试组件从钻孔内全部提出；
步骤九：根据测试杆轴向贯通孔的内径、测试杆内水位面到压力传感器的高度、水位面深度、压力传感器到地面的深度、位置a及位置b到测试位置的距离和流失时间，计算出设定试验压力下的压入流量。
在步骤四中，在满足公式(1)时，压力传感器的上端位于钻孔中水位的下方；
H-h3≥h1+1 (1)；
式中：H表示隔离段中心到地面的距离，单位m；h1表示水位面深度，单位m；h3表示测试杆下放的深度，单位m。
在步骤九中，根据公式(2)计算出设定试验压力下的压入流量Q；
式中：R表示测试杆半径，单位m；h-(h2-h1)表示测试杆内水压等于试验压力时测试杆内水位到钻孔水位面的高度，单位m；h表示测试杆内水位面到压力传感器的高度，由压力传感器监测得到，单位m；h2表示压力传感器到地面的深度，单位m；L0表示位置a、位置b到测试位置的距离，取最优长度10m；t表示测试杆内水流流过测试杆内水压等于试验压力位置上下各10m长度所用时间，单位s。
本方法中，通过使中间连接机构的两个柱塞顶头分别作用于上、下部封孔胶囊，且使两个柱塞顶头通过弹簧A、B分别与上、下部封孔胶囊中的可滑动刚性导向套连接，能在加压的过程中通过两个柱塞顶头向外伸出的方式来压缩两个封孔胶囊，进而实现胀紧的作用，能在泄压的过程中通过弹簧A、B的带动使上、下部封孔胶囊能够快速复位，避免了出现卡死的情况，还能极大的缩小封孔胶囊的恢复时间，这样，通过油压作用于两个柱塞顶头，即可方便的实现封孔胶囊的膨胀和收缩，大大缩短了打压和泄压时间，提高了试验效率；通过传感器转接头将压力传感器与测试杆进行连接并随测试杆同步下放，并使压力传感器的上端始终位于水位面以下，这样，在向测试杆内注水后，可直接测得压力传感器所在位置的测试杆内部水压值，再根据该水压值与轴向贯通孔内原水位的差值，进而便于确定出水压等于试验压力时的设计位置，然后以该位置为界限，再向上、向下取一定长度，并结合测试杆内径与水位流失的时间便可方便的计算出该试验压力下的压入流量。该方法易于施工、操作步骤简单、操作过程安全可靠、且能节约测试成本，并能使数据的测量结果更精准，具有较好的推广价值和实用性，适用于煤矿、铁矿、水利、地质勘察、隧道、边坡等需要压水的测试领域，尤其适用于深孔的压水试验测试。
对于浅孔且地层裂隙发育较大、水量流失大的地况，传统的方法需配合大流量的水泵，大流量的水泵体积大、重量大、投资高、搬运不方便、且误差大；本方法解决了传统压水试验对于深孔试验使用大型水泵控制试验压力的问题，减少了工人劳动强度，节省了工序时间。本方法对于漏失量较大的隔离段，无需提供额外压力，只需不间断向测试杆内注水，然后通过观察压力测量仪的读数确定出测试杆内水压等于试验压力时的设计位置，便可方便的计算出压入流量即可。本发明实验数据精准可靠，解决了浅孔且地层裂隙发育较大、水量流失大的地况现场测试的难题，其投资小、测试数据可靠、测试过程时间短。同时，本发明解决了传统压水试验方法无法测定水位与孔口间距、无法确定测试杆内部实际水压而导致实验结果出现误差的技术问题，省掉了采用大型水泵控制试验压力的关键环节。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中A部的局部放大图；
图3是本发明中传感器转接头的结构示意图；
图4是本发明中上部封孔胶囊的结构示意图；
图5是本发明中中间连接机构的结构示意图；
图6是本发明中下部封孔胶囊的结构示意图；
图7是本发明中测试杆、上部封孔胶囊、中间连接机构和下部封孔胶囊的装配示意图。
图中:1、钻机，2、油泵，3、压力测量仪，4、注水箱，5、长油管B，6、注水管，7、测试杆，7.1、上部钻杆，7.2、下部钻杆，8、传感器转接头，8.1、中间钻杆，8.2、转接构件，9、压力传感器，10、信号线，11、上部封孔胶囊，11.1、刚性水管A，11.2、刚性油管A，11.3、刚性导向套A，11.4、外螺纹结构A，11.5、胶囊体A，11.6、连接环A，11.7、连杆A，11.8、刚性导向套B，11.9、测试杆接头，12、下部封孔胶囊，12.1、刚性水管B，12.2、连接环D，12.3、刚性导向套C，12.5、胶囊体B，12.6、刚性导向套D，12.7、外螺纹结构B，13、中间连接机构，13.1、柱塞顶头，13.2、连杆B，13.3、刚性连通管，13.4、短接头，13.5、刚性壳体，13.6、空心套筒，13.7、刚性油管B，13.8、内螺纹结构B，13.9、上环形限位板，13.10、下环形限位板，13.11、环形凸台A，13.12、上进出油管路，13.13、下进出油管路，13.14、连接环B，13.15、连接环C，13.16、内螺纹结构A，13.17、容纳凹槽，13.18、环形凸台B，14、弹簧A，15、弹簧B，16、防水密封圈，17、轴向贯通孔，18、位置a，19、位置b，20、设计位置o。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至图7所示，本发明提供一种压水试验系统，包括上部钻杆7.1、下部钻杆7.2、上部封孔胶囊11、下部封孔胶囊12、中间连接机构13、传感器转接头8、压力传感器9、油泵2、压力测量仪3和注水箱4；
所述传感器转接头8由中间钻杆8.1和转接构件8.2组成；
所述上部钻杆7.1、中间钻杆8.1和下部钻杆7.2的外径均相同，并均于轴心处开设有尺寸相同的轴向贯通孔15；上部钻杆7.1、中间钻杆8.1和下部钻杆7.2由上到下同轴心的设置，并两两相固定连接形成测试杆7；
所述转接构件8.2呈L型，其由位于底部的水平段和位于上部的竖直段组成，其中心开设有延伸到水平段端部和竖直段端部的L形通孔，且水平段的端部与中间钻杆8.1的杆身垂直的固定连接；所述中间钻杆8.1的杆身上开设有连通L形通孔和其轴向贯通孔15的径向连通孔；
所述上部封孔胶囊11、中间连接机构13和下部封孔胶囊12由上到下同轴心的设置在测试杆7的下方；
所述上部封孔胶囊11包括位于中心的刚性水管A11.1、刚性油管A11.2、胶囊体A11.5、刚性导向套A11.3、刚性导向套B11.8和多个连接环A11.6；所述刚性水管A11.1上端固定连接有测试杆接头11.9，并通过测试杆接头11.9固定连接在测试杆7的下端，刚性水管A11.1的下端外侧设置有外螺纹结构A11.4；所述刚性油管A11.2同轴心的设置在刚性水管A11.1的中心，其下端的管壁通过径向分布的多根连杆A11.7与刚性水管A11.1下端的内侧壁固定连接，其上端弯折后由刚性水管A11.1上端的管壁穿出，并与刚性水管A11.1固定连接；所述胶囊体A11.5的中心设置有环形通孔A，并通过环形通孔A套设在刚性水管A11.1中部的外侧；所述刚性导向套A11.3固定套装在刚性水管A11.1上部的外侧，且其下端和胶囊体A11.5的上端固定连接；所述刚性导向套B11.8滑动的套设在刚性水管A11.1下部的外侧，且其上端和胶囊体A11.5的下端固定连接；多个连接环A11.6环向均匀的固定连接在刚性导向套B11.8的下端面；
所述中间连接机构13包括刚性壳体13.5、两个柱塞顶头13.1、刚性连通管13.3、刚性油管B13.7和两个空心套管13.6；所述刚性壳体13.5为筒形结构，刚性壳体13.5的上端内侧固定连接有上环形限位板13.9，刚性壳体13.5的下端内侧固定连接有下环形限位板13.10，上环形限位板13.9的上端面环向均匀的固定连接有多个连接环B13.14，多个连接环B13.14与多个连接环A11.6一一对应的设置，且连接环B13.14与连接环A11.6之间均通过弹簧A14连接，下环形限位板13.10的下端面环向均匀的固定连接有多个连接环C13.15；两个柱塞顶头13.1轴心处均开设有轴向通孔，且上下对称的设置在刚性壳体13.5内腔的上部和下部，且其外圆面分别与上环形限位板13.9和下环形限位板13.10的内圆面滑动密封配合；两个柱塞顶头13.1相靠近的一端外侧均固定连接有环形凸台A13.11，且两个环形凸台A13.11的外圆面与刚性壳体13.5的内侧壁滑动密封配合；所述刚性连通管13.3的外径与刚性水管A11.1的外径相同，且插装于两个柱塞顶头13.1的轴向通孔中，且与轴向通孔之间滑动密封配合；且其上端内侧和下端内侧分别设置有内螺纹结构A13.16和内螺纹结构B13.8，且其上端通过内螺纹结构A13.16与外螺纹结构A11.4的螺纹配合套装在刚性水管A11.1下端的外侧；在刚性壳体13.5、刚性连通管13.3和两个环形凸台A13.11之间围合成环形无杆腔；在刚性壳体13.5的上部、上侧的柱塞顶头13.1、上侧的环形凸台A13.11和上环形限位板13.9之间围合形成上环形有杆腔，在刚性壳体13.5的上部固定连接有与上环形有杆腔相连通的上进出油管路13.12；在刚性壳体13.5的下部、下侧的柱塞顶头13.1、下侧的环形凸台A13.11和下环形限位板13.10之间围合形成下环形有杆腔，在刚性壳体13.5的下部固定连接有与下环形有杆腔相连通的下进出油管路13.13；所述刚性油管B13.7同轴心的设置在刚性连通管13.3的中心，且其上端通过多根连杆B13.2与刚性连通管13.3上端的内侧壁固定连接，且上端与刚性油管A11.2下端轴心的固定连接，其下端弯折后由刚性连通管13.3的中部穿出进入环形无杆腔中，并与刚性连通管13.3固定连接；两个空心套管13.6均径向的设置在环形无杆腔中，且其里端分别固定连接在刚性连通管13.3中部相对两侧的侧壁上，且通过开设在刚性连通管13.3中部相对两侧的两个径向孔A与刚性连通管13.3的内腔连通；两个空心套管13.6的外端分别固定插装在刚性壳体13.5中部相对两侧的两个径向孔B中，并与径向孔B之间密封配合；上进出油管路13.12和下进出油管路13.13各通过一根长油管A与设置在地面上的油箱连通；
所述下部封孔胶囊12包括位于中心的刚性水管B12.1、胶囊体B12.5、刚性导向套C12.3、刚性导向套D12.6和多个连接环D12.2；所述刚性水管B12.1的外径与刚性水管A11.1的外径相同，且上端外侧设置有外螺纹结构B12.7，并通过外螺纹结构B12.7和内螺纹结构B13.8的配合固定插装于刚性连通管13.3下端的内侧；刚性水管B12.1的下端封闭；所述胶囊体B12.5的中心设置有环形通孔B，并通过环形通孔B套设在刚性水管B12.1中部的外侧；所述刚性导向套C12.3滑动的套设在刚性水管B12.1上部的外侧，且其下端和胶囊体B12.5的上端固定连接，所述刚性导向套D12.6固定套装在刚性水管B12.1下部的外侧，且其上端和胶囊体B12.5的下端固定连接；多个连接环D12.2环向均匀的固定连接在刚性导向套C12.3的上端面，且与多个连接环C13.15一一相对应的设置，且连接环D12.2和连接环C13.15之间均通过弹簧B15连接；
由于常规胶囊只是通过一根小气管实现进出气(水)，而每次打压是从上部胶囊打入，然后经过小气管进入到下部胶囊中，这将会导致两胶囊压力不平衡，导致两胶囊不能同时进行有效隔离，出现误判的可能性也很大。而通过中间连接机构连接上、下部封孔胶囊，并进行试段的隔离，两个实体胶囊能同时受到两个柱塞顶头的作用，能使两个封孔胶囊的受力均匀，提高了试验结果的准确性。
作为一种优选，胶囊体A11.5和胶囊体B12.5采用实体橡胶制作而成，不会出现像常规充气(水)胶囊那种稍有划破漏气(水)就无法使用的情况，消除了设备损伤无法使用的风险，厚实的结构提高了隔离时的稳定性和密闭性，因而，较常规胶囊使用寿命更长。
所述压力传感器9固定安装于L形通孔的竖直段中，并与测试杆7的轴向贯通孔17连通；
所述油泵2通过长油管B5与上部封孔胶囊11中刚性油管A11.2的上端贯通的连接；
所述压力测量仪3与压力传感器9的信号线10连接；
所述注水箱4的出水端通过注水管6与测试杆7上端的轴向贯通孔17连接。
为了方便安装和拆卸，所述刚性连通管13.3在两个径向孔A的外侧固定连接有两个短接头13.4，两个短接头13.4均为筒状结构，其外侧内腔均开设有内螺纹结构D，其里端内腔均通过径向孔A与刚性连通管13.3的内腔连通；两个空心套管13.6的里端均开设有外螺纹结构D，且通过外螺纹结构D和内螺纹结构D的螺纹配合插装于两个短接头13.4中。
为了能具有良好的密封性能，所述刚性壳体13.5在两个径向孔B的部分对应设置有向内侧凹陷的两个容纳凹槽13.17；
两个空心套管13.6的外端在两个容纳凹槽13.17的外侧对应固定连接有两个环形凸台B13.18；
两个环形凸台B13.18和两个容纳凹槽13.17之间对应的设置有两个防水密封圈16。
作为一种优选，所述中间钻杆8.1杆身的中部开设有与转接构件8.2水平段的端部相适配的定位凹槽，且转接构件8.2水平段的端部焊接于所述定位凹槽中。
为了方便连接和拆卸，所述L形通孔的上端开设有内螺纹结构C，所述压力传感器9的连接端设置有与所述内螺纹结构C相适配的外螺纹结构C，且通过外螺纹结构C和内螺纹结构C的配合固定连接于转接构件8.2的L形通孔中。
作为一种优选，所述上部钻杆7.1的下端设置有倒锥台形凸台一，并于倒锥台形凸台一的外部设置有外螺纹结构一，所述中间钻杆8.1的上端开设有倒锥台形凹槽一，并于倒锥台形凹槽一内部设置有内螺纹结构一，上部钻杆7.1和中间钻杆8.1之间通过外螺纹结构一和内螺纹结构一的螺纹配合固定连接在一起；所中间钻杆8.1的下端设置有倒锥台形凸台二，并于倒锥台形凸台二外部设置有外螺纹结构二，所述下部钻杆7.2的上端开设有倒锥台形凹槽二，并于倒锥台形凹槽二的内部设置有内螺纹结构二，中间钻杆8.1和下部钻杆7.2之间通过外螺纹结构二和内螺纹结构二的螺纹配合固定连接在一起。
为了提高本系统的通用性，所述上部钻杆7.1由多段尺寸相同的单体钻杆依次连接组成，所述下部钻杆7.2由多段尺寸相同的单体钻杆依次连接组成。
通过传感器转接头的设置，不仅能方便的连接上部钻杆和下部钻杆形成测试杆，而且还能方便的连接压力传感器，并能确保压力传感器与形成的测试杆中心的轴向贯通孔相连通，从而可以方便的获得测试杆内部的水压值。通过使两个柱塞顶头滑动的设置在刚性壳体中，并使其分别与上、下部封孔胶囊相接触配合，这样，在向环形无杆腔中注入液压油后，可以使两个柱塞顶头同步向上、下两侧伸出，进而可以将刚性导向套B向上顶起、将刚性导向套C向下顶起，使胶囊体A和B均被压缩，进而使胶囊体膨胀并紧贴围岩；通过使刚性导向套B与刚性水管A滑动配合，且使刚性导向套A与刚性水管A固定连接，能通过刚性导向套B在刚性水管A上的滑动来改变胶囊体A的状态，进而实现胀紧和复位状态的便捷切换；通过使刚性导向套C与刚性水管B滑动配合，且使刚性导向套D与刚性水管B固定连接，能通过刚性导向套C在刚性水管B上的滑动来改变胶囊体B的状态，进而实现胀紧和复位状态的便捷切换；通过弹簧A和弹簧B的设置，能在环形无杆腔泄压后，两个柱塞顶头回缩的过程中，将刚性导向套B和C分别向下和向上拉起，进而使胶囊体A和B迅速恢复原状，可以有效避免胶囊体靠本身的弹性无法从镶嵌的软岩中正常回缩的情况出现，有利于整体测试组件的快速回收。通过使注水管连接注水箱和测试杆上端的轴向贯通孔，并使刚性连通管的两端分别连接刚性水管A和刚性水管B，使两根套管连通刚性连通管的内腔和刚性壳体的外部，能方便的将注水箱中的水引入到测试杆内部，并能使进入测试杆内部的水通过封孔胶囊的底部排入钻孔的底部，进而有利于水渗透到地层中。使压力测量仪通过信号线与压力传感器连接，能便于实时的获得压力传感器所测得的压力信号，从而便于操作人员直观的观察到压力的变化情况，以便于能获得准确的参数；使油泵通过长油管B与上部封孔胶囊中的中刚性油管A的上端连接，这样，能方便的通过油泵向中间连接机构中环形无杆腔中充入液压油，从而可以锁定测试杆在钻孔中的不同位置。该系统结构简单，制作便捷、制造成本低，方便操作，且操作过程安全可靠，有利于快速、精确地获取岩层渗透性指标。
本发明还提供了一种压水试验方法，具体步骤如下：
步骤一：将油泵2、压力测量仪3、注水箱4和油箱摆放在地面上的相应位置，并将长油管B5的出油端与上部封孔胶囊11中刚性油管A11.2的上端贯通的连接，将信号线10的一端与压力传感器9连接；
步骤二：将加工好的中间钻杆8.1与转接构件8.2焊接在一起组成传感器转接头8，再将压力传感器9通过螺纹配合连接在转接构件8.2上的L形通孔中，并把信号线10与压力测量仪3进行连接且进行测试，待压力传感器9与传感器转接头8的连接处无漏水且能正常工作后，执行步骤三；
步骤三：将上部封孔胶囊11和下部封孔胶囊12通过中间连接机构13进行固定连接，并通过弹簧A14连接连接环B13.14与连接环A11.6，通过弹簧B15连接连接环D12.2和连接环C13.15，从而组装成封孔组件；将组装好的封孔组件上端的测试杆接头11.9固定连接在下部钻杆7.2的下端，从而形成测试组件，并开始向预开挖的钻孔内下放；
步骤四：实时记录好下放深度，在下放过程中将传感器转接头8的下端固定连接在下部钻杆7.2的上端，再将上部钻杆7.1的下端固定连接在传感器转接头8的上端，从而形成测试杆7，然后将连接好的测试杆7继续下放，当测试组件下放到最深测试段时，确定传感器转接头8上连接的压力传感器9的上端是位于钻孔中水位的下方；
保证压力传感器9在水位面以下的具体方法是：在测试杆7下放过程中，根据下放单体杆体的根数计算好测试杆7下放总长度，然后计算隔离段深度与测试杆7下放总长度的差值，当该差值刚好大于或等于水位面深度1m时开始安装传感器转接头8和压力传感器9，最后连接测试杆7继续下放上部封孔胶囊11和下部封孔胶囊12到达隔离段时结束。具体地，在满足公式(1)时，压力传感器9的上端位于钻孔中水位的下方；
H-h3≥h1+1 (1)；
式中：H表示隔离段中心到地面的距离，单位m，h1表示水位面深度，单位m；h3表示测试杆7下放的深度，单位m。
按照公式(1)的判别方法，可确定出压力传感器9到孔口的距离。
步骤五：下放完毕后，将长油管B5的进油端与油泵2的出油口连接，将信号线10的另一端与压力测量仪3的接入端连接，通过注水管6将注水箱4和测试杆7上端的轴向贯通孔17连接；
该过程中，试验压力不需要任何水泵进行注水控制水压，只需在测试杆7内注入水后观察压力测量仪3的压力值的变化即可确定试验水压。
步骤六：启动油泵2向中间连接机构13中的环形无杆腔中注油，使两个柱塞顶头13.1完全向上下两侧伸出，进而压缩胶囊体A11.5和胶囊体B12.5，使上部封孔胶囊11和下部封孔胶囊12膨胀并紧贴围岩，然后将注水箱4内部的水注入测试杆7的轴向贯通孔17中，在测试杆7内注满水后，进入测试杆7中的水通过两个空心套筒13.6的外端排出并进入封孔段中，该过程中，观察压力测量仪3的压力值的变化情况；
步骤七：在测试杆7内的水位不断下降的过程中，通过观察压力测量仪3压力值的变化来直接测量出测试杆7内部水压达到压水试验测试所需的试验压力时的设计位置o20,压水试验测试所需的试验压力分别为0.3/0.6/1.0MPa，对应测试杆7内部水位面达到设计位置o20到水位面的距离分别为30/60/100m,然后以该位置为界向上取L的距离为位置a18，向下取L的距离为位置b19,其中，L根据现场多次试验获得，其最佳长度为10m；再以位置a18到位置b19的距离为流量计算的压水试验段，然后再记录测试杆7内水位从位置a18降到位置b19所用的流失时间；
其中，测试杆7内部水压达到试验压力时的位置a18、位置b19取长度L的距离源于现场多次实验验证与数据分析获得，所得最优长度L的最佳长度为10m，同一个压水试验段重复测试过程不少于三次，最后取其平均值。
步骤八：在一段压水试验段实验结束后，对上部封孔胶囊11和下部封孔胶囊12进行泄压，然后再将测试杆7向上提取设定距离并对下一段压水试验段重复步骤六和七，待全部压水试验段测试完毕后，拆掉信号线10和长油管B5，并将测试组装从钻孔内全部提出；
步骤九：根据测试杆7轴向贯通孔17的内径、测试杆7内水位面到压力传感器9的高度、水位面深度、压力传感器9到地面的深度、位置a18及位置b19到测试位置的距离和流失时间，根据公式(2)计算出设定试验压力下的压入流量Q；
式中：R表示测试杆半径，单位m；h-(h2-h1)表示测试杆内水压等于试验压力时测试杆内水位到钻孔水位面的高度，单位m；h表示测试杆内水位面到压力传感器9的高度，由压力传感器9监测得到，单位m；h2表示压力传感器到地面的深度，单位m；L0表示位置a18、位置b19到测试位置的距离，取最优长度10m；t表示测试杆7内水流流过测试杆7内水压等于试验压力位置上下各10m长度所用时间，单位s。
其中，测试杆7的下放和提升过程通过设置在钻孔上方的钻机1进行操作。
本方法中，通过使中间连接机构的两个柱塞顶头分别作用于上、下部封孔胶囊，且使两个柱塞顶头通过弹簧A、B分别与上、下部封孔胶囊中的可滑动刚性导向套连接，能在加压的过程中通过两个柱塞顶头向外伸出的方式来压缩两个封孔胶囊，进而实现胀紧的作用，能在泄压的过程中通过弹簧A、B的带动使上、下部封孔胶囊能够快速复位，避免了出现卡死的情况，还能极大的缩小封孔胶囊的恢复时间，这样，通过油压作用于两个柱塞顶头，即可方便的实现封孔胶囊的膨胀和收缩，大大缩短了打压和泄压时间，提高了试验效率；通过传感器转接头将压力传感器与测试杆进行连接并随测试杆同步下放，并使压力传感器的上端始终位于水位面以下，这样，在向测试杆内注水后，可直接测得压力传感器所在位置的测试杆内部水压值，再根据该水压值与轴向贯通孔内原水位的差值，进而便于确定出水压等于试验压力时的设计位置，然后以该位置为界限，再向上、向下取一定长度，并结合测试杆内径与水位流失的时间便可方便的计算出该试验压力下的压入流量。该方法易于施工、操作步骤简单、操作过程安全可靠、且能节约测试成本，并能使数据的测量结果更精准，具有较好的推广价值和实用性，适用于煤矿、铁矿、水利、地质勘察、隧道、边坡等需要压水的测试领域，尤其适用于深孔的压水试验测试。
对于浅孔且地层裂隙发育较大、水量流失大的地况，传统的方法需配合大流量的水泵，大流量的水泵体积大、重量大、投资高、搬运不方便、且误差大；本方法解决了传统压水试验对于深孔试验使用大型水泵控制试验压力的问题，减少了工人劳动强度，节省了工序时间。本方法对于漏失量较大的隔离段，无需提供额外压力，只需不间断向测试杆内注水，然后通过观察压力测量仪的读数确定出测试杆内水压等于试验压力时的设计位置，便可方便的计算出压入流量即可。本发明实验数据精准可靠，解决了浅孔且地层裂隙发育较大、水量流失大的地况现场测试的难题，其投资小、测试数据可靠、测试过程时间短。同时，本发明解决了传统压水试验方法无法测定水位与孔口间距、无法确定测试杆内部实际水压而导致实验结果出现误差的技术问题，省掉了采用大型水泵控制试验压力的关键环节。
Claims (10)
1.一种压水试验系统，包括上部钻杆(7.1)、下部钻杆(7.2)、上部封孔胶囊(11)和下部封孔胶囊(12)，其特征在于，还包括中间连接机构(13)、传感器转接头(8)、压力传感器(9)、油泵(2)、压力测量仪(3)和注水箱(4)；
所述传感器转接头(8)由中间钻杆(8.1)和转接构件(8.2)组成；
所述上部钻杆(7.1)、中间钻杆(8.1)和下部钻杆(7.2)的外径均相同，并均于轴心处开设有尺寸相同的轴向贯通孔(17)；上部钻杆(7.1)、中间钻杆(8.1)和下部钻杆(7.2)由上到下同轴心的设置，并两两相固定连接形成测试杆(7)；
所述转接构件(8.2)呈L型，其由位于底部的水平段和位于上部的竖直段组成，其中心开设有延伸到水平段端部和竖直段端部的L形通孔，且水平段的端部与中间钻杆(8.1)的杆身垂直的固定连接；所述中间钻杆(8.1)的杆身上开设有连通L形通孔和其轴向贯通孔(17)的径向连通孔；
所述上部封孔胶囊(11)、中间连接机构(13)和下部封孔胶囊(12)由上到下同轴心的设置在测试杆(7)的下方；
所述上部封孔胶囊(11)包括位于中心的刚性水管A(11.1)、刚性油管A(11.2)、胶囊体A(11.5)、刚性导向套A(11.3)、刚性导向套B(11.8)和多个连接环A(11.6)；所述刚性水管A(11.1)上端固定连接有测试杆接头(11.9)，并通过测试杆接头(11.9)固定连接在测试杆(7)的下端，刚性水管A(11.1)的下端外侧设置有外螺纹结构A(11.4)；所述刚性油管A(11.2)同轴心的设置在刚性水管A(11.1)的中心，其下端的管壁通过径向分布的多根连杆A(11.7)与刚性水管A(11.1)下端的内侧壁固定连接，其上端弯折后由刚性水管A(11.1)上端的管壁穿出，并与刚性水管A(11.1)固定连接；所述胶囊体A(11.5)的中心设置有环形通孔A，并通过环形通孔A套设在刚性水管A(11.1)中部的外侧；所述刚性导向套A(11.3)固定套装在刚性水管A(11.1)上部的外侧，且其下端和胶囊体A(11.5)的上端固定连接；所述刚性导向套B(11.8)滑动的套设在刚性水管A(11.1)下部的外侧，且其上端和胶囊体A(11.5)的下端固定连接；多个连接环A(11.6)环向均匀的固定连接在刚性导向套B(11.8)的下端面；
所述中间连接机构(13)包括刚性壳体(13.5)、两个柱塞顶头(13.1)、刚性连通管(13.3)、刚性油管B(13.7)和两个空心套管(13.6)；所述刚性壳体(13.5)为筒形结构，刚性壳体(13.5)的上端内侧固定连接有上环形限位板(13.9)，刚性壳体(13.5)的下端内侧固定连接有下环形限位板(13.10)，上环形限位板(13.9)的上端面环向均匀的固定连接有多个连接环B(13.14)，多个连接环B(13.14)与多个连接环A(11.6)一一对应的设置，且连接环B(13.14)与连接环A(11.6)之间均通过弹簧A(14)连接，下环形限位板(13.10)的下端面环向均匀的固定连接有多个连接环C(13.15)；两个柱塞顶头(13.1)轴心处均开设有轴向通孔，且上下对称的设置在刚性壳体(13.5)内腔的上部和下部，且其外圆面分别与上环形限位板(13.9)和下环形限位板(13.10)的内圆面滑动密封配合；两个柱塞顶头(13.1)相靠近的一端外侧均固定连接有环形凸台A(13.11)，且两个环形凸台A(13.11)的外圆面与刚性壳体(13.5)的内侧壁滑动密封配合；所述刚性连通管(13.3)的外径与刚性水管A(11.1)的外径相同，且插装于两个柱塞顶头(13.1)的轴向通孔中，且与轴向通孔之间滑动密封配合；且其上端内侧和下端内侧分别设置有内螺纹结构A(13.16)和内螺纹结构B(13.8)，且其上端通过内螺纹结构A(13.16)与外螺纹结构A(11.4)的螺纹配合套装在刚性水管A(11.1)下端的外侧；在刚性壳体(13.5)、刚性连通管(13.3)和两个环形凸台A(13.11)之间围合成环形无杆腔；在刚性壳体(13.5)的上部、上侧的柱塞顶头(13.1)、上侧的环形凸台A(13.11)和上环形限位板(13.9)之间围合形成上环形有杆腔，在刚性壳体(13.5)的上部固定连接有与上环形有杆腔相连通的上进出油管路(13.12)；在刚性壳体(13.5)的下部、下侧的柱塞顶头(13.1)、下侧的环形凸台A(13.11)和下环形限位板(13.10)之间围合形成下环形有杆腔，在刚性壳体(13.5)的下部固定连接有与下环形有杆腔相连通的下进出油管路(13.13)；所述刚性油管B(13.7)同轴心的设置在刚性连通管(13.3)的中心，且其上端通过多根连杆B(13.2)与刚性连通管(13.3)上端的内侧壁固定连接，且上端与刚性油管A(11.2)下端轴心的固定连接，其下端弯折后由刚性连通管(13.3)的中部穿出进入环形无杆腔中，并与刚性连通管(13.3)固定连接；两个空心套管(13.6)均径向的设置在环形无杆腔中，且其里端分别固定连接在刚性连通管(13.3)中部相对两侧的侧壁上，且通过开设在刚性连通管(13.3)中部相对两侧的两个径向孔A与刚性连通管(13.3)的内腔连通；两个空心套管(13.6)的外端分别固定插装在刚性壳体(13.5)中部相对两侧的两个径向孔B中，并与径向孔B之间密封配合；上进出油管路(13.12)和下进出油管路(13.13)各通过一根长油管A与设置在地面上的油箱连通；
所述下部封孔胶囊(12)包括位于中心的刚性水管B(12.1)、胶囊体B(12.5)、刚性导向套C(12.3)、刚性导向套D(12.6)和多个连接环D(12.2)；所述刚性水管B(12.1)的外径与刚性水管A(11.1)的外径相同，且上端外侧设置有外螺纹结构B(12.7)，并通过外螺纹结构B(12.7)和内螺纹结构B(13.8)的配合固定插装于刚性连通管(13.3)下端的内侧；刚性水管B(12.1)的下端封闭；所述胶囊体B(12.5)的中心设置有环形通孔B，并通过环形通孔B套设在刚性水管B(12.1)中部的外侧；所述刚性导向套C(12.3)滑动的套设在刚性水管B(12.1)上部的外侧，且其下端和胶囊体B(12.5)的上端固定连接，所述刚性导向套D(12.6)固定套装在刚性水管B(12.1)下部的外侧，且其上端和胶囊体B(12.5)的下端固定连接；多个连接环D(12.2)环向均匀的固定连接在刚性导向套C(12.3)的上端面，且与多个连接环C(13.15)一一相对应的设置，且连接环D(12.2)和连接环C(13.15)之间均通过弹簧B(15)连接；
所述压力传感器(9)固定安装于L形通孔的竖直段中，并与测试杆(7)的轴向贯通孔(17)连通；
所述油泵(2)通过长油管B(5)与上部封孔胶囊(11)中刚性油管A(11.2)的上端贯通的连接；
所述压力测量仪(3)与压力传感器(9)的信号线(10)连接；
所述注水箱(4)的出水端通过注水管(6)与测试杆(7)上端的轴向贯通孔(17)连接。
2.根据权利要求1所述的一种压水试验系统，其特征在于，所述刚性连通管(13.3)在两个径向孔A的外侧固定连接有两个短接头(13.4)，两个短接头(13.4)均为筒状结构，其外侧内腔均开设有内螺纹结构D，其里端内腔均通过径向孔A与刚性连通管(13.3)的内腔连通；两个空心套管(13.6)的里端均开设有外螺纹结构D，且通过外螺纹结构D和内螺纹结构D的螺纹配合插装于两个短接头(13.4)中。
3.根据权利要求2所述的一种压水试验系统，其特征在于，所述刚性壳体(13.5)在两个径向孔B的部分对应设置有向内侧凹陷的两个容纳凹槽(13.17)；
两个空心套管(13.6)的外端在两个容纳凹槽(13.17)的外侧对应固定连接有两个环形凸台B(13.18)；
两个环形凸台B(13.18)和两个容纳凹槽(13.17)之间对应的设置有两个防水密封圈(16)。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种压水试验系统，其特征在于，所述中间钻杆(8.1)杆身的中部开设有与转接构件(8.2)水平段的端部相适配的定位凹槽，且转接构件(8.2)水平段的端部焊接于所述定位凹槽中。
5.根据权利要求4所述的一种压水试验系统，其特征在于，所述L形通孔的上端开设有内螺纹结构C，所述压力传感器(9)的连接端设置有与所述内螺纹结构C相适配的外螺纹结构C，且通过外螺纹结构C和内螺纹结构C的配合固定连接于转接构件(8.2)的L形通孔中。
6.根据权利要求5所述的一种压水试验系统，其特征在于，所述上部钻杆(7.1)的下端设置有倒锥台形凸台一，并于倒锥台形凸台一的外部设置有外螺纹结构一，所述中间钻杆(8.1)的上端开设有倒锥台形凹槽一，并于倒锥台形凹槽一内部设置有内螺纹结构一，上部钻杆(7.1)和中间钻杆(8.1)之间通过外螺纹结构一和内螺纹结构一的螺纹配合固定连接在一起；所中间钻杆(8.1)的下端设置有倒锥台形凸台二，并于倒锥台形凸台二外部设置有外螺纹结构二，所述下部钻杆(7.2)的上端开设有倒锥台形凹槽二，并于倒锥台形凹槽二的内部设置有内螺纹结构二，中间钻杆(8.1)和下部钻杆(7.2)之间通过外螺纹结构二和内螺纹结构二的螺纹配合固定连接在一起。
7.根据权利要求4所述的一种压水试验系统，其特征在于，所述上部钻杆(7.1)由多段尺寸相同的单体钻杆依次连接组成，所述下部钻杆(7.2)由多段尺寸相同的单体钻杆依次连接组成。
8.一种压水试验方法，包括如权利要求1至7任一项所述的压水试验系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将油泵(2)、压力测量仪(3)、注水箱(4)和油箱摆放在地面上的相应位置，并将长油管B(5)的出油端与上部封孔胶囊(11)中刚性油管A(11.2)的上端贯通的连接，将信号线(10)的一端与压力传感器(9)连接；
步骤二：将加工好的中间钻杆(8.1)与转接构件(8.2)焊接在一起组成传感器转接头(8)，再将压力传感器(9)通过螺纹配合连接在转接构件(8.2)上的L形通孔中，并把信号线(10)与压力测量仪(3)进行连接且进行测试，待压力传感器(9)与传感器转接头(8)的连接处无漏水且能正常工作后，执行步骤三；
步骤三：将上部封孔胶囊(11)和下部封孔胶囊(12)通过中间连接机构(13)进行固定连接，并通过弹簧A(14)连接连接环B(13.14)与连接环A(11.6)，通过弹簧B(15)连接连接环D(12.2)和连接环C(13.15)，从而组装成封孔组件；将组装好的封孔组件上端的测试杆接头(11.9)固定连接在下部钻杆(7.2)的下端，从而形成测试组件，并开始向预开挖的钻孔内下放；
步骤四：实时记录好下放深度，在下放过程中将传感器转接头(8)的下端固定连接在下部钻杆(7.2)的上端，再将上部钻杆(7.1)的下端固定连接在传感器转接头(8)的上端，从而形成测试杆(7)，然后将连接好的测试杆(7)继续下放，当测试组件下放到最深测试段时，确定传感器转接头(8)上连接的压力传感器(9)的上端是位于钻孔中水位的下方；
步骤五：下放完毕后，将长油管B(5)的进油端与油泵(2)的出油口连接，将信号线(10)的另一端与压力测量仪(3)的接入端连接，通过注水管(6)将注水箱(4)和测试杆(7)上端的轴向贯通孔(17)连接；
步骤六：启动油泵(2)向中间连接机构(13)中的环形无杆腔中注油，使两个柱塞顶头(13.1)完全向上下两侧伸出，进而压缩胶囊体A(11.5)和胶囊体B(12.5)，使上部封孔胶囊(11)和下部封孔胶囊(12)膨胀并紧贴围岩，然后将注水箱(4)内部的水注入测试杆(7)的轴向贯通孔(17)中，在测试杆(7)内注满水后，观察压力测量仪(3)的压力值的变化情况；
步骤七：在测试杆(7)内的水位不断下降的过程中，通过观察压力测量仪(3)压力值的变化来直接测量出测试杆(7)内部水压达到压水试验测试所需的试验压力时的设计位置o(20),压水试验测试所需的试验压力分别为0.3/0.6/1.0MPa，对应测试杆(7)内部水位面达到设计位置o(20)到水位面的距离分别为30/60/100m,然后以该位置为界向上取L的距离为位置a(18)，向下取L的距离为位置b(19),其中，L根据现场多次试验获得，其长度为10m；再以位置a(18)到位置b(19)的距离为流量计算的压水试验段，然后再记录测试杆(7)内水位从位置a(18)降到位置b(19)所用的流失时间；
步骤八：在一段压水试验段实验结束后，对上部封孔胶囊(11)和下部封孔胶囊(12)进行泄压，然后再将测试杆(7)向上提取设定距离并对下一段压水试验段重复步骤六和七，待全部压水试验段测试完毕后，拆掉信号线(10)和长油管B(5)，并将测试组件从钻孔内全部提出；
步骤九：根据测试杆(7)轴向贯通孔(17)的内径、测试杆(7)内水位面到压力传感器(9)的高度、水位面深度、压力传感器(9)到地面的深度、位置a(18)及位置b(19)到测试位置的距离和流失时间，计算出设定试验压力下的压入流量。
9.根据权利要求8所述一种压水试验方法，其特征在于，在步骤四中，在满足公式(1)时，压力传感器(9)的上端位于钻孔中水位的下方；
H-h3≥h1+1 (1)；
式中：H表示隔离段中心到地面的距离，单位m；h1表示水位面深度，单位m；h3表示测试杆(7)下放的深度，单位m。
10.根据权利要求9所述一种压水试验方法，其特征在于，在步骤九中，根据公式(2)计算出设定试验压力下的压入流量Q；
式中：R表示测试杆(7)半径，单位m；h-(h2-h1)表示测试杆(7)内水压等于试验压力时测试杆(7)内水位到钻孔水位面的高度，单位m；h表示测试杆(7)内水位面到压力传感器(9)的高度，由压力传感器(9)监测得到，单位m；h2表示压力传感器(9)到地面的深度，单位m；L0表示位置a(18)、位置b(19)到测试位置的距离，取长度10m；t表示测试杆(7)内水流流过测试杆(7)内水压等于试验压力位置上下各10m长度所用时间，单位s。
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