圍巖采動破壞范圍分段測試方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于礦山頂底板巖體破壞范圍測定技術領域，具體涉及圍巖采動破壞范圍分段測試方法。
【背景技術】
[0002]礦山頂底板巖體破壞范圍的測量是標志煤巖賦存狀態的重要參數。在研究礦井防治水時，它是一個關鍵性的基礎參數，因此，研究采動圍巖中的導水通道的形成，就有必要掌握巖層移動規律和確定頂底板巖體破壞范圍。通常采用數值模擬、經驗公式預計、現場實測等手段。
[0003]然而，由于現場條件復雜，在一定程度上，數值模擬不能很好的反映現場情況，經驗公式預計的盲目性較大，隨著采深加大，經驗公式適用性越來越差。首先，由于現有的觀測設備中同時工作的管道數量過多，尤其在推進過程中，容易出現鉆孔內管道纏繞問題，其次，在實際觀測過程中，封堵壓力一般取2.5MPa，鉆孔觀測水壓一般取0.1MPa，鉆孔內觀測水源壓力不可過大，否則，會對鉆孔孔壁內原有裂隙形成擴張作用。在同一外界水源下，如何讓一體化觀測設備中封堵水源與觀測水源在各自壓力下同時工作，最后，由于鉆孔長度大致在50-70m，測試現場經常運用單段注水觀測儀，每次推進測量長度(約lm)，推進次數過多使得人工工作量大大增加，進而可能影響測量精確性。現有技術未能同時解決上述三個問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種圍巖采動破壞分段測試方法，該測試方法可以同時實現一次封堵多段測量、封堵測漏一體化及封堵高壓水源向觀測低壓水源的壓力轉換。
[0005]其技術解決方案包括:
[0006]—種圍巖采動破壞分段測試方法，其所采用的測試系統包括封堵系統、導向系統、供給推進系統和壓力轉換系統；
[0007]所述封堵系統包括第一封堵單元、第二封堵單元和第三封堵單元，其中，第一封堵單元位于圍巖鉆孔的最內側，第三封堵單元位于最外側，第二封堵單元設置有多個，每個封堵單元均包括漏水管及連接在漏水管兩端的管狀接頭，相鄰的封堵單元之間設置有連通管；
[0008]所述壓力轉換系統包括水壓轉換器和卡槽管接頭，所述水壓轉換器包括活塞和基體兩部分，所述活塞左端面面積大于右端面面積，所述活塞內設置有相互連通的導水孔，所述導向系統包括導向錐；
[0009]所述測試方法包括以下步驟:
[0010]a打鉆孔，在煤巖巷道中向頂板或底板巖體中先后施工規定角度的多個鉆孔，孔深30_70m 不等；
[0011]b安裝觀測系統，將導向錐安裝在第一封堵單元頭部的管狀接頭上，然后將連通管的兩端分別連接在相鄰封堵單元的管狀接頭上，依次安裝第一封堵單元、第二封堵單元和第三封堵單元，在每個封堵單元兩個管狀接頭之間的漏水管外圍安裝封堵膠囊，水壓轉換器通過卡槽管接頭連接在第一封堵單元和第三封堵單元的管狀接頭上，將活塞內位于右端的導水孔通過小孔與卡槽管接頭相連通，將位于左端的導水孔由基體密封，將供給推進系統與連通管接通；
[0012]c封閉鉆孔，待其到達初始位置后，用注水操作臺向觀測系統內注入水源至其達到預定初始水壓，起脹封堵膠囊密封鉆孔；
[0013]d測定流水矢量參數，包括以下子步驟:
[0014]設置由第三封堵單元向第一封堵單元方向中每段分別為第1測段、第2測段、第3測段..第η測段，將對應的每個測段的壓力轉換器開啟壓力分別設定為nu = 2.5MPa，m2 =2.6MPa ,m3 = 2.7MPa...m1...mn(其中，mi<m2<m3...<nu...<mn)，取觀測水壓Pi外為
0.1MPa；
[0015]向測試系統內注水，封堵膠囊內壓力Pi內增加，當Pi內稍大于2.5MPa時停止注水，并保持此時水壓1-2分鐘不變，此時只有第1測段水壓轉換器開啟，并向對應鉆孔內充水，當鉆孔內水壓到達0.1MPa，水壓轉換器關閉；當鉆孔裂隙滲漏，致使鉆孔內水壓小于0.1MPa，則繼續充水，此時讀取并計算此時間段內平均漏失量L1;
[0016]繼續增加水壓至稍大于2.6MPa，此時為第1、2測段水壓轉換器開啟并同時工作，讀取并計算此時間段內平均漏失量L2，得到第2測段的平均漏失量為L2 — L1;
[0017]依次類推第3段平均漏失量L3— L2 — U，直到第η測段，隨著段數η的增加，
[0018]e回撤壓力水源，使封堵膠囊處于卸壓狀態，然后利用供給推進系統移動觀測系統至下一觀測區域，重復步驟c、d，依次對鉆孔進行測量。
[0019]作為本發明的一個優選方案，在活塞的右端設置有凸臺，所述凸臺用于對活塞中的彈簧進行限位，所述活塞用以控制左端的導水孔與圍巖中的鉆孔保持連通或關閉。
[0020]作為本發明的另一個優選方案，所述管狀接頭上設置有垂直向上和垂直向下的凸起部，所述封堵膠囊纏繞在兩個凸起部的漏水管外圍。
[0021]優選的，距凸起部一定距離的位于漏水管一側的管狀接頭上設置有凹槽，所述凹槽通過與固定件配合將所述封堵膠囊固定。
[0022]優選的，每段漏水管上均布設有兩個漏水孔。
[0023]優選的，所述活塞左端面與右端面的面積之比為10?25:1。
[0024]優選的，所述連通管與管狀接頭為螺紋連接。
[0025]當活塞滿足Pi外Si外+kx< Pi內Si內時，左端導水孔與圍巖中的鉆孔連通，其中，Pi外為
0.1MPa，P柄為2.5MPa，Si外為左端活塞面面積，S納為右端活塞面面積，k為彈簧中彈性系數，x為壓縮量，i為探測單元的個數。
[0026]優選的，所述供給推進系統包括注水操作臺、回水壓力表、電子記錄器、鉆機和鉆桿，所述注水操作臺向所述連通管內提供高壓水源，所述電子記錄器安裝在注水操作臺上，所述回水壓力表用于對回水管中的回水壓力進行校正檢測。
[0027]優選的，所述第二封堵單元設置有兩個。
[0028]本發明所帶來的有益技術效果:
[0029]本發明測試方法實現了觀測系統的封堵測漏一體化，減少了鉆孔內同時工作的管道數量，解決了推進過程中鉆孔內多管道相互纏繞問題，提高了礦山頂底板巖體破壞范圍測量過程的穩定性。
[0030]本發明測試方法實現了一體化過程中封堵水源向觀測水源壓力轉換，解決了觀測過程中封堵水源與觀測水源在各自壓力下工作問題，避免了觀測水源壓力過高對鉆孔裂隙的破壞作用，提高了礦山頂底板巖體破壞范圍測量過程的精確性。
[0031]本發明測試方法實現了觀測系統的一次封堵多段測量，增加了每次推進測量長度，提高了測量效率，為礦山頂底板巖體破壞范圍測量過程的高效性、穩定性和精確性奠定基礎。
【附圖說明】
[0032]下面結合附圖對本發明做進一步說明:
[0033]圖1為本發明圍巖采動破壞范圍分段測試系統的結構示意圖；
[0034]圖2為本發明測試系統中測試探頭的整體示意圖；
[0035]圖3為本發明測試系統中第三封堵單元的結構示意圖；
[0036]圖4為本發明測試系統中第二封堵單元的結構示意圖；
[0037]圖5為本發明測試系統中第一封堵單元的結構示意圖；
[0038]圖6、7、8、9、10、11為壓力轉換系統中部分結構示意圖；
[0039]圖12為分段壓力轉換系統中水壓轉換器狀態示意圖；
[0040]圖中，1、巖體，2、鉆孔，3、封堵膠囊，4、連通管，5、水壓轉換器，6、管狀接頭一，7、漏水管，8、卡槽管接頭，9、管狀接頭三，10、高壓軟管，11、鉆桿，12、鉆機，13、注水操作臺，14、導向錐，15、管狀接頭二，16、活塞，17、導水孔，18、彈簧，19、凸臺，20、基體，21、小孔，22、第一封堵單元，23、第二封堵單元，24、第三封堵單元。
【具體實施方式】
[0041 ]下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細說明。
[0042]本發明圍巖采動破壞范圍分段測試系統，如圖1所示，主要包括封堵系統、導向系統、供給推進系統、壓力轉換系統和觀測系統，其中，供給推進系統包括注水操作臺13、回水壓力表、電子記錄器、鉆機12和鉆桿11，鉆機通過高壓軟管10與注水操作臺連接，注水操作臺的作用是通過高壓軟管向連通管4內提供高壓水源，電子記錄器安裝注水操作臺上，作用是記錄電子流量計的流水量參數，回水壓力表用于對回水管中的回水壓力進行校正檢測，所述注水操作臺13包括流量表、壓力表，分別用于觀測注水流量和注水壓力，鉆機12負責推進一體化觀測系統至相應的觀測區域，對于供給推進系統和觀測系統的工作運行方法借鑒現有技術即可實現。
[0043]導向系統結合圖2所示，主要包括安裝在圍巖最內側的導向錐14，與管狀接頭三9呈螺紋連接，本發明優選將導向錐設計為錐狀，便于鉆孔2內出現凹凸不平臺階狀時，起到導向作用。
[0044]封堵系統詳見圖1至圖5所示，包括第一封堵單元22、第二封堵單元23、第三封堵單元24和連通管4，連通管4連接相鄰的封堵單元，其中，第一封堵單元22和第三封堵單元24分別位于圍巖鉆孔的最內側和最外側，第二封堵單元23優選設置有兩個，每個封堵單元均包括漏水管7及連接在漏水管兩端的管狀接頭，管狀接頭分別是管狀接頭一 6、管狀接頭二 15和管狀接頭三9，連通管4的兩端分別連接在相鄰封堵單元的管狀接頭上以將相鄰的封堵單元連接在一起。
[0045]相鄰的封堵單元的具體結構與連接方式如:第二封堵單元23包括管狀接頭一6、管狀接頭二15、漏水管7和封堵膠囊3;第一封堵單元22包括管狀接頭二15、漏水管7、管狀接頭三9和封堵膠囊3，連通管4為一密封管道，管狀接頭一6上設置有凸狀結構及凹槽，其中，凸狀結構可以為垂直向上和垂直向下的凸起部，或與該結構類似的其它凸起部，凸起部的作用是擋住封堵膠囊3，以防滑落，凹槽的作用是可通過固定構件將封堵膠囊3固定其上。封堵膠囊3包繞在兩個管狀接頭一 6的凹槽狀結構上，通過與漏水管7配合形成起脹封堵膠囊3的空間。
[0046]第一封堵單元中部件的連接關系與上述第二封堵單元大體相同，第一封堵單元中漏水管7左右兩端與管狀接頭二 15、管狀接頭三9也是螺紋連接，管狀接頭二 15、管狀接頭三9外部設置凹槽狀結構，可通過固定構件固定封堵膠囊3，封堵膠囊3包繞在管狀接頭二 15、管狀接頭三9外部設置凹槽狀結構上，通過與漏水管7配合形成起脹封堵膠囊3的空間。
[0047]本發明優選連通管4與其連接的管狀接頭也是螺紋連接。
[0048]上述壓力轉換系統詳見圖6至圖12所示，包括水壓轉換器5和卡槽管接頭8，卡槽管接頭8左端與連通管4螺紋連接，右端與管狀接頭二 15螺紋連接，卡槽管接頭8左端面外側區域與4個水壓轉換器5呈螺紋連接，水壓轉換器5分活塞16和基體20兩部分，活塞16呈左右兩端不等大的圓柱體，左端較大的圓柱體活塞面面積為Sm，接觸水壓為Ρι?，右端較