CN117686407A - 集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置及方法，具体涉及导水裂隙带探测技术领域，探测装置包括钻杆及弹性储水囊；钻杆两侧分别为头部区域和尾部区域；钻杆内部具有供水通道，钻杆侧壁设有第一通道，第一通道内设有第一阀门；头部区域的钻杆设有第二通道，第二通道与弹性储水囊之间的供水通道内设有第一流量计及第二阀门；钻杆的头部区域和尾部区域之间设有回水管路，回水管路穿过弹性储水囊内并将钻杆头部区域外部及尾部区域外部连通；回水管路内设有第二流量计。本发明提供的集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置及方法，可以在钻孔的同时完成导水裂隙带的探测，进而可以降低工人劳动强度。

Description

集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置及方法

技术领域

本发明属于导水裂隙带探测技术领域，特别涉及一种集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置及方法。

背景技术

煤矿开采过程中随着煤炭的采出上覆岩层向自由空间内运动，顶板上方发育一定范围的裂隙，当煤层上方具有富含水层时，裂隙范围是否连通含水层决定了工作面的安全性。因此，探明煤层上方裂隙发育范围对保证煤炭安全高效开采具有重要的意义。

公开号为CN1062974A的中国专利公开了一种钻孔分段注水、充气测漏技术，其公开了双端堵水器和采用双端堵水器向钻孔中注水、通过钻孔漏水情况确定导水裂隙带发育情况的方法。双端堵水器结构是，在连接管两端分别安装有充水胶囊和气门芯原理式的胶皮环单向阀，双端堵水器连接有胶管，用杆件顶入钻孔中，胶管下端连接在注水观测装置上。该装置通过向两端胶囊内的封堵段注水，通过观察注水压力及单位时间内水流量变化确定裂隙的发育状态。

该方法的缺点是：双端堵水器测量时需先将钻孔完成，后将测量装置由钻杆送到测试位置测试，该过程需要将钻杆装卸两次，极大地增加了工人的劳动量。

因此，本发明提供一种针对上述现有技术不足的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置及方法，解决现有技术存在的探测过程需要将钻杆装卸两次，极大地增加了工人的劳动量的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

在本发明实施例第一方面提供一种集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置，包括钻杆及位于所述钻杆中部外周的弹性储水囊；所述钻杆被所述弹性储水囊覆盖的区域为封堵区域，所述封堵区域两侧分别为头部区域和尾部区域；

所述钻杆内部具有沿轴向设置的供水通道，所述头部区域末端设有钻头，所述尾部区域末端用于连接钻机；所述钻杆侧壁设有将所述弹性储水囊内部及所述供水通道连通的第一通道，所述第一通道内设有第一阀门；所述头部区域的钻杆设有将所述供水通道及钻杆外部连通的第二通道，所述第二通道与所述弹性储水囊之间的供水通道内设有第一流量计及第二阀门；所述钻杆的头部区域和尾部区域之间设有回水管路，所述回水管路穿过所述弹性储水囊内并将所述钻杆头部区域外部及尾部区域外部连通；所述回水管路内设有第二流量计。

在本发明可选的一个实施方式中，所述回水管路内设有第一溢流阀。

在本发明可选的一个实施方式中，所述回水管路呈U形，包括相互垂直连接的第一管、第二管和第三管；所述第一管和第三管分别位于所述头部区域和尾部区域的钻杆侧壁内，所述第二管位于所述供水通道内；和/或所述第一通道中部连接第三通道，所述第三通道的末端与所述尾部区域外部连通，所述第三通道内设有第二溢流阀。

在本发明可选的一个实施方式中，所述钻杆外侧设有钻杆控制器，与所述第一流量计、第二流量计、第一阀门、第二阀门连接。

在本发明可选的一个实施方式中，所述钻杆控制器与外部控制装置连接。

在本发明可选的一个实施方式中，所述弹性储水囊为橡胶材质；和/或所述尾部区域的钻杆末端与转接钻杆的一端通过螺纹连接，所述转接钻杆的另一端与所述钻机连接；和/或所述第一阀门和所述第二阀门为电磁阀。

在本发明实施例第二方面提供一种集成自动探测功能的导水裂隙带探测方法，采用上述第一方面中任一项所述的集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置，所述探测方法包括下列步骤：

步骤A.将所述钻杆头部区域末端连接所述钻头，尾部区域末端连接所述钻机，向所述供水通道内通水，保持所述第一阀门关闭，所述第二阀门开启，开启所述钻机并钻取到需要探测的位置，停止钻进；

步骤B.通过钻孔外的外部控制装置控制钻杆上的钻杆控制器，使所述钻杆控制器关闭所述第二阀门，开启所述第一阀门，通过所述第一通道向所述弹性储水囊充水使其向外扩张并封闭所述钻孔；

步骤C.通过所述钻孔外的外部控制装置控制所述钻杆控制器，使所述钻杆控制器开启所述第二阀门，关闭所述第一阀门，通过所述第二通道向所述头部区域与所述钻孔之间的空间蓄水；蓄满水后通过所述回水管路流出到所述尾部区域；

步骤D.记录单位时间内的第一流量计、第二流量计的流量数据，得到第一流量值和第二流量值；

步骤E.停止向所述供水通道内供水，通过所述钻孔外的外部控制装置控制所述钻杆控制器，使所述钻杆控制器开启第一阀门，待所述弹性储水囊紧贴所述钻杆后关闭所述第一阀门，继续钻进到下一探测位置。

在本发明可选的一个实施方式中，在所述步骤A中，通过计算导水裂隙带的最大发育高度，确定钻孔的最大长度；和/或在所述步骤B中，通过所述第一通道向所述弹性储水囊充水至与所述第一通道连接的第三通道内的第二溢流阀开启并反馈信号；和/或在所述步骤C中，所述回水管路内的第一溢流阀开启并反馈信号后执行所述步骤D。

在本发明可选的一个实施方式中，在所述步骤D中，基于所述第一流量值和所述第二流量值的比值判断所述需要探测的位置是否含有裂隙，在所述需要探测的位置获取裂隙的发育程度，所述裂隙的发育程度/>的计算公式如下所示：

，

式中：为钻孔探测断面的裂隙发育程度，q1为第二流量值，q2为第一流量值，k为压力修正系数；

当时，表示钻孔探测断面的裂隙几乎不发育，判断钻孔探测位置处在完整段；

当时，表示钻孔探测断面的裂隙发育程度较缓慢，判断钻孔探测位置存在裂隙，但裂隙发育程度不严重；

当时，表示钻孔探测断面的裂隙发育程度较严重，判断钻孔探测位置接近导水裂隙带发育范围；

当时，表示钻孔探测断面的裂隙发育程度严重，判断钻孔探测位置处在导水裂隙带发育范围。

在本发明可选的一个实施方式中，所述压力修正系数k取值为1。

与现有技术相比，本发明实施例的优点和有益效果在于：

本发明实施例提供的一种集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置及方法，其在钻杆上集成自动探测装置，在钻孔的同时可以完成导水裂隙带的探测，极大地降低了工人的劳动强度与探测时间。此外，通过控制探测位置的静水压力，可以准确的对导水裂隙带的观测结果进行判断，提高了导水裂隙带观测结果的准确性，降低了因为传统双端堵水器导致导水裂隙带观测结果存在的不确定性的局限性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明实施例提供的一种集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置的使用状态示意图；

图3为本发明实施例提供的一种集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置在使用时的钻孔设定方向示意图；

图4为本发明实施例提供的一种集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置在使用时预计水流量示意图。

附图标记说明如下：

1、钻杆；10、供水通道；11、第一通道；12、第二通道；13、第三通道；2、弹性储水囊；3、钻头；4、钻机；51、第一阀门；52、第二阀门；61、第一流量计；62、第二流量计；7、回水管路；71、第一管；72、第二管；73、第三管；81、第一溢流阀；82、第二溢流阀；9、钻杆控制器；91、外部控制装置；101、煤层；102、岩层；103、曲线。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本发明的描述中，“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分，“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明实施例在第一方面提供一种集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置，参阅图1和图2，图1为本发明实施例提供的一种集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置的结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置的使用状态示意图，所述装置包括钻杆1及位于该钻杆1中部外周的弹性储水囊2，该弹性储水囊2的材质优选为橡胶材质，在使用时，钻杆1连同弹性储水囊2位于钻孔内，弹性储水囊2内部能够被充水膨胀，进而将该部分的钻孔封堵。该钻杆1被该弹性储水囊2覆盖的区域为封堵区域，该钻杆1位于该封堵区域两侧的区域分别为头部区域和尾部区域，该头部区域的长度优选为1m，该头部区域的长度仅为示例性说明，不以此为限，仅以实际需求为准。

该钻杆1内部具有沿轴向设置的供水通道10，供水通道10连接水源，例如，可以通过该钻杆1尾部区域末端的旋转接头连接供水管。该头部区域末端设有钻头3，用于钻进形成钻孔，该尾部区域末端用于连接钻机4，用于使钻杆1转动并钻进。优选地，该钻头3的直径大于该钻杆1的直径。该钻杆1侧壁设有将该弹性储水囊2内部及该供水通道10连通的第一通道11，通过第一通道11及该供水通道10，可以向弹性储水囊2中供水使其膨胀，或者使已经膨胀的弹性储水囊2内的水回流使其缩小。该第一通道11内设有第一阀门51，例如，第一阀门可以为电磁阀，通过第一阀门51可以控制第一通道11的通断。优选地，该第一通道11沿该钻杆1的径向设置。该头部区域的钻杆1设有将该供水通道10及钻杆1外部连通的第二通道12，通过该第二通道12及该供水通道10，可以向该钻杆1的头部区域外部供水，以进行导水裂隙带探测。在本发明实施例中，该第二通道12位于该钻杆1侧壁上且沿该钻杆1径向设置。在本发明可选的一实施例中，该第二通道12由该钻杆端头与该钻头3内的孔洞形成，使供水通道10内的水从钻杆1端头与该钻头3内的孔洞流出。该第二通道12与该弹性储水囊2之间的供水通道10内设有第一流量计61，以测量供水通道10向该第二通道12供水的流量数据，以及第二阀门52，以控制该供水通道10的通断。该钻杆1的头部区域和尾部区域之间设有回水管路7，该回水管路7穿过该弹性储水囊2内并在该弹性储水囊2膨胀封闭钻孔时，将该钻杆1头部区域外部及尾部区域外部连通，供测试的水流出。为了测量回流的水的流量，该回水管路7内设有第二流量计62。

本发明实施例提供的集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置在使用时，钻杆1安装好钻头3，并连接在钻机4上，该第一阀门51关闭，该第二阀门52开启，钻进到需要探测的位置后，停止钻进，形成钻孔。此时开启该第一阀门51，关闭该第二阀门52，通过钻杆1内供水通道10及第一通道11向弹性储水囊2中充水使其膨胀，将钻孔封堵，并在弹性储水囊2与钻孔最内端之间形成封闭空间（该钻杆的头部区域与钻孔内壁之间的环形空间）；接着关闭该第一阀门51，开启该第二阀门52，通过供水通道10及第二通道12向该封闭空间内供水，直至该封闭空间内的水从该回水管路7流至该钻杆1的尾部区域。在此过程中，通过第一流量计61、第二流量计62的流量数据，即可判断被测试位置导水裂隙带的情况。

因此，本发明实施例提供的集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置在使用时，无需像现有技术中那样先用钻杆把钻孔打好，然后再用钻杆把测量装置送入进行测量，本发明实施例提供的集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置在使用时，整个探测过程只需将钻杆安装好即可钻进形成钻孔，在钻进到需要探测的位置时无需拆卸钻杆即可同时进行导水裂隙带的探测，因此，极大地降低了工人的劳动强度与测试时间。

另外，现有技术中一般使用胶管向水囊中注水，钻杆在钻孔内运动时胶管不可避免与钻孔壁摩擦，易发生胶管磨坏、挤断等现象，导致无法继续探测。而本发明实施例提供的集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置，通过钻杆1内部的供水通道10及第一通道11向弹性储水囊2供水，不会产生现有技术中胶管磨坏、挤断等现象，提高了导水裂隙带探测装置的使用寿命和探测工程的完整性。

当进行单位时间内封闭空间水流量测试时，封闭空间的压力大小对水流量的大小起到决定性的作用，为了合理确定并稳定封堵段的静水压力，降低水流量测试的误差，在本发明优选的一实施例中，该回水管路7内设有第一溢流阀81。第一溢流阀81的作用是当封闭空间内的水压达到预定值的时候，水从第一溢流阀81中流出并使封闭空间内的水压保持在预定值。通过第一溢流阀81可以确定并稳定封堵段的静水压力，排除封闭空间内的压力波动带来的干扰，降低水流量测试的误差。上述预定值以实际需求为准，本发明实施例并不对此进行限制。

在本发明优选的一实施例中，该第一通道11中部连接第三通道13，该第三通道13的末端与该尾部区域外部连通，该第三通道13内设有第二溢流阀82。通过第二溢流阀82可以保证弹性储水囊2中的水压超过预定值时，水从第二溢流阀82中流出并使弹性储水囊2中的水压保持在预定值，通过设置第二溢流阀82的开启压力，使弹性储水囊2可以膨胀至封闭钻孔，同时避免弹性储水囊2内水压超过其承受压力而破坏。

在本发明可选的一实施例中，该回水管路7可以位于钻杆1外部，例如，该回水管路可以为直管，穿过该弹性储水囊2，将钻杆1的头部区域外部（封闭空间）与尾部区域外部连通，使水从封闭空间内流出并通过第二流量计62测试其流量。在本发明优选的一实施例中，为了防止钻杆1转动磨损回水管路7，该回水管路7呈U形，包括相互垂直连接的第一管71、第二管72和第三管73。该第一管71和第三管73分别位于该头部区域和尾部区域的钻杆1侧壁内，该第二管72位于该供水通道10内，从该钻杆1内部穿过该弹性储水囊2。

在本发明可选的一实施例中，该钻杆1外侧设有钻杆控制器9，与该第一流量计61、第二流量计62、第一阀门51、第二阀门52连接。优选地，该钻杆控制器9固定设于钻杆1外侧的凹槽内，防止钻杆1转动时磨损钻杆控制器。进一步优选地，该钻杆控制器9与外部控制装置91连接，可以通过无线或者有线的方式连接，使操作人员在钻杆1外部对钻杆控制器9进行控制。当采用有线方式连接时，线缆可以通过该供水通道10连接钻杆控制器9，防止钻杆1转动时磨损线缆。

在本发明可选的一实施例中，该钻杆控制器9可以为具有防爆、防水外壳的普通市购电路板与防爆电池的组合结构，焊接在钻杆外部凹槽内，利用防水导线与钻杆中所有阀门、流量计连接在一起，可以控制阀门的开启与获得流量计的流量数据。该外部控制装置91可以为有防爆、防水外壳的普通市购电路板与防爆电池的组合结构，通过磁性金属与钻杆尾部区域端部连接在一起，利用钻杆为信号传输媒介，通过单根导线传输协议与钻杆控制器连接，可以远程控制钻杆控制器并获得钻杆控制器采集的数据。

当钻孔深度过大，钻杆无法到达时，在本发明可选的一实施例中，该尾部区域的钻杆1末端与转接钻杆（图未示意）的一端通过螺纹连接，该转接钻杆的另一端与该钻机连接，以对钻杆1进行加长，使其在钻孔深度过大时，也能完成导水裂隙带的探测。

本发明实施例在第二方面提供一种集成自动探测功能的导水裂隙带探测方法，采用上述的集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置，该探测方法包括下列步骤：

步骤A.将该钻杆1头部区域末端连接该钻头3，尾部区域末端连接该钻机4，向该供水通道10内通水，保持该第一阀门51关闭，该第二阀门52开启，开启该钻机4，向煤层101上方的岩层102（煤层101和岩层102可参阅图2）钻进并钻取到需要探测的位置，停止钻进；在本步骤中，钻进前将外部控制装置91与钻杆1相连，测试外部控制装置91与钻杆控制器9信号的连通性，并通水测试第一阀门51、第二阀门52、第一流量计61、第二流量计62是否正常工作；

步骤B.通过该钻孔外的外部控制装置91控制该钻杆控制器9，使该钻杆控制器9关闭该第二阀门52，开启该第一阀门51，通过该第一通道11向该弹性储水囊2充水使其向外扩张并封闭该钻孔；

步骤C.通过该钻孔外的外部控制装置91控制该钻杆控制器9，使该钻杆控制器9开启该第二阀门52，关闭该第一阀门51，通过该第二通道12向该头部区域与该钻孔之间的封闭空间蓄水；蓄满水后通过该回水管路7流出到该尾部区域；

步骤D.记录单位时间内的第一流量计61、第二流量计62的流量数据，得到第一流量值和第二流量值；

步骤E.停止向该供水通道10内供水，通过钻孔外的外部控制装置91控制该钻杆控制器9，使该钻杆控制器9开启第一阀门51，弹性储水囊2内的水在弹性力的挤压作用下流出，待该弹性储水囊2紧贴该钻杆后关闭该第一阀门51，继续钻进到下一测试位置。

本发明可选的一实施例利用钻孔外控制装置通过钻杆作为信号传输媒介控制钻杆控制器，钻杆钻进到待探测位置后无需拆卸钻杆即可原地进行探测，利用钻杆控制器控制钻杆中第一、第二阀门的开闭及获取第一、第二流量计的数据，即可快速准确获得单位长度钻孔中单位时间的水流失量，进而明确特定位置处裂隙的发育程度。与现有方法相比，本发明实施例极大地简化了操作步骤，降低了工人劳动强度。

在本发明可选的一实施例中，在步骤A中，首先计算导水裂隙带的最大发育高度，确定钻孔的最大长度，可以根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中的公式，计算工作面采场上覆岩层导水裂隙带高度，然后根据三角函数得到已知角度的钻孔最大长度。

在本发明可选的一实施例中，在步骤B中，通过该第一通道11向该弹性储水囊2充水，直至与该第一通道11连接的第三通道13内的第二溢流阀82开启并反馈信号，以保持弹性储水囊2中的水压为达到合适的预定值。

在本发明可选的一实施例中，在步骤C中，该回水管路7内的第一溢流阀81开启并反馈信号后执行该步骤D。第一溢流阀81的作用是当封闭空间内的水压达到预定值的时候，水从第一溢流阀81中流出并使封闭空间内的水压保持在预定值。通过第一溢流阀81可以确定并稳定封堵段的静水压力，排除封闭空间内的压力波动带来的干扰，降低水流量测试的误差。在步骤D中，封闭空间水压突破第一溢流阀81的限制，第二流量计62开始计数，第一流量计61同步开始计数，单位时间内第一流量计61与第二流量计62流量的差值即为单位时间内封闭空间内的水流失量，记录此数据作为第一流量值和第二流量值。

在本发明可选的一实施例中，在步骤D中，基于所述第一流量值和所述第二流量值的比值判断所述需要探测的位置是否含有裂隙，在所述需要探测的位置获取裂隙的发育程度，所述裂隙的发育程度/>的计算公式如下所示：

，

式中：为钻孔探测断面的裂隙发育程度，q1为第二流量值，q2为第一流量值，k为压力修正系数。

当时，表示钻孔探测断面的裂隙几乎不发育，判断钻孔探测位置处在完整段；

当时，表示钻孔探测断面的裂隙发育程度较缓慢，判断钻孔探测位置存在裂隙，但裂隙发育程度不严重；

当时，表示钻孔探测断面的裂隙发育程度较严重，判断钻孔探测位置接近导水裂隙带发育范围；

当时，表示钻孔探测断面的裂隙发育程度严重，判断钻孔探测位置处在导水裂隙带发育范围。

在本发明可选的一实施例中，所述压力修正系数k可以取值为1。

在本发明可选的一实施例中，所述压力修正系数k，还可以由伯努利方程确定：

，

式中，p为封堵段的水压，可以取第一溢流阀的开启压力，ρ为水密度，v为水流向裂隙带的流速，g为重力加速度，h为探测处的水流高度。

参阅图3，图3为本发明实施例提供的一种集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置在使用时的钻孔设定方向示意图，图3显示钻杆1钻进的方向（箭头方向）与水平方向的夹角为45-60度，此角度经过多次验证，可以有效保护煤柱。

参阅图4，图4为本发明实施例提供的一种集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置在使用时预计水流量示意图，图4显示了沿导水裂隙带内钻孔方向（图中右边的箭头方向）所需的水流量（图中左边的箭头方向），其水流量变化如图中两个箭头方向之间的曲线103所示，在导水裂隙带外部，所需的水流量较小，在导水裂隙带内部，由于存在裂隙，会消耗水，因此所需的水流量较大。

本发明实施例提供的集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置及方法的优点如下：

第一，传统双端堵水器测试装置需要首先将钻孔完成，后将测试装置连接钻孔送到指定位置进行测量，整个过程需要将钻杆全部拆卸两次，极大地增加了工人的劳动强度与时间，同时在长时间的探测过程易造成钻孔的坍塌，导致探测失败。本发明实施例将探测***集成到钻杆上，在钻取钻孔的同时即可完成探测，节省了测量时间的同时减轻了工人的劳动强度。

第二，封闭段内的水压一致是保证测试准确性的重要条件，利用传统双端堵水器测试长、高钻孔时人工极难保证封闭段内的水压一致。本发明实施例提供的探测装置利用溢流阀来控制封闭段内的水压大小，在整个探测过程中可以保证探测时封闭段内的水压一致，保证了探测的准确性。

第三，弹性储水囊是否能够充水膨胀以封闭钻孔是保证探测成功与否的前提，传统双端堵水器在进行水囊充水时需要外接水管，并且只能人工凭经验判断橡胶囊是否膨胀至封闭钻孔；长距离探测时外接水管极易磨坏，或者水压过小水囊无法膨胀至封闭钻孔，水压过大致使水囊破裂。本发明实施例提供的探测装置利用电磁阀的协同工作省略了外接水管，同时设置了溢流阀保证了弹性储水囊内水的合理压力，使得弹性储水囊可以膨胀至合适程度，保证了弹性储水囊可以成功封闭钻孔，保证了探测的准确性。

第四，使用本发明实施例提供的所述探测装置探测时单位时间的水流失量完全由电子设备读取获得，避免了人工读数产生的误差，保证了探测过程中数据的可靠性。

第五，本发明实施例提供的所述探测装置可以与现有钻机、钻头配合使用，具有良好的适配性。

第六，本发明实施例提供的所述探测装置摒弃了传统双端堵水器测量导水裂隙带需要先完成钻孔，后将测试装置送入钻孔监测的冗杂性，以及人工确定测量参数及读取测量结果的不准确性，利用外部控制装置通过钻杆作为信号传输媒介控制钻杆控制器，利用钻杆控制器控制集成探测钻杆中阀门的开闭及获取流量计的数据，即可快速准确获得单位长度钻孔中单位时间的水流失量，进而明确特定探测位置处裂隙的发育程度。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置，其特征在于，包括钻杆（1）及位于所述钻杆（1）中部外周的弹性储水囊（2）；所述钻杆（1）被所述弹性储水囊（2）覆盖的区域为封堵区域，所述封堵区域两侧分别为头部区域和尾部区域；

所述钻杆（1）内部具有沿轴向设置的供水通道（10），所述头部区域末端设有钻头（3），所述尾部区域末端用于连接钻机（4）；所述钻杆（1）侧壁设有将所述弹性储水囊（2）内部及所述供水通道（10）连通的第一通道（11），所述第一通道（11）内设有第一阀门（51）；所述头部区域的钻杆（1）设有将所述供水通道（10）及钻杆外部连通的第二通道（12），所述第二通道（12）与所述弹性储水囊（2）之间的供水通道（10）内设有第一流量计（61）及第二阀门（52）；所述钻杆（1）的头部区域和尾部区域之间设有回水管路（7），所述回水管路（7）穿过所述弹性储水囊（2）内并将所述钻杆（1）头部区域外部及尾部区域外部连通；所述回水管路（7）内设有第二流量计（62）。

2.根据权利要求1所述的集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置，其特征在于，所述回水管路（7）内设有第一溢流阀（81）。

3.根据权利要求1或2所述的集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置，其特征在于，所述回水管路（7）呈U形，包括相互垂直连接的第一管（71）、第二管（72）和第三管（73）；所述第一管（71）和第三管（73）分别位于所述头部区域和尾部区域的钻杆（1）侧壁内，所述第二管（72）位于所述供水通道（10）内；和/或所述第一通道（11）中部连接第三通道（13），所述第三通道（13）的末端与所述尾部区域外部连通，所述第三通道（13）内设有第二溢流阀（82）。

4.根据权利要求1或2所述的集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置，其特征在于，所述钻杆（1）外侧设有钻杆控制器（9），与所述第一流量计（61）、第二流量计（62）、第一阀门（51）、第二阀门（52）连接。

5.根据权利要求4所述的集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置，其特征在于，所述钻杆控制器（9）与外部控制装置（91）连接。

6.根据权利要求1或2所述的集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置，其特征在于，所述弹性储水囊（2）为橡胶材质；和/或所述尾部区域的钻杆（1）末端与转接钻杆的一端通过螺纹连接，所述转接钻杆的另一端与所述钻机（4）连接；和/或所述第一阀门（51）和所述第二阀门（52）为电磁阀。

7.一种集成自动探测功能的导水裂隙带探测方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的集成自动探测功能的导水裂隙带探测装置，所述探测方法包括下列步骤：

步骤A.将所述钻杆（1）头部区域末端连接所述钻头（3），尾部区域末端连接所述钻机（4），向所述供水通道（10）内通水，保持所述第一阀门（51）关闭，所述第二阀门（52）开启，开启所述钻机（4）并钻取到需要探测的位置，停止钻进；

步骤B.通过钻孔外的外部控制装置（91）控制钻杆（1）上的钻杆控制器（9），使所述钻杆控制器（9）关闭所述第二阀门（52），开启所述第一阀门（51），通过所述第一通道（11）向所述弹性储水囊（2）充水使其向外扩张并封闭所述钻孔；

步骤C.通过所述钻孔外的外部控制装置（91）控制所述钻杆控制器（9），使所述钻杆控制器（9）开启所述第二阀门（52），关闭所述第一阀门（51），通过所述第二通道（12）向所述头部区域与所述钻孔之间的空间蓄水，蓄满水后通过所述回水管路（7）流出到所述尾部区域；

步骤D.记录单位时间内的第一流量计（61）、第二流量计（62）的流量数据，得到第一流量值和第二流量值；

步骤E.停止向所述供水通道（10）内供水，通过所述钻孔外的外部控制装置（91）控制所述钻杆控制器（9），使所述钻杆控制器（9）开启第一阀门（51），待所述弹性储水囊（2）紧贴所述钻杆后关闭所述第一阀门（51），继续钻进到下一探测位置。

8.根据权利要求7所述的集成自动探测功能的导水裂隙带探测方法，其特征在于，在所述步骤A中，通过计算导水裂隙带的最大发育高度，确定钻孔的最大长度；和/或在所述步骤B中，通过所述第一通道（11）向所述弹性储水囊（2）充水至与所述第一通道（11）连接的第三通道（13）内的第二溢流阀（82）开启并反馈信号；和/或在所述步骤C中，所述回水管路（7）内的第一溢流阀（81）开启并反馈信号后执行所述步骤D。

9.根据权利要求7所述的集成自动探测功能的导水裂隙带探测方法，其特征在于，在所述步骤D中，基于所述第一流量值和所述第二流量值的比值判断所述需要探测的位置是否含有裂隙，在所述需要探测的位置获取裂隙的发育程度，所述裂隙的发育程度/>的计算公式如下所示：

，

式中：为钻孔探测断面的裂隙发育程度，q1为第二流量值，q2为第一流量值，k为压力修正系数；

当时，表示钻孔探测断面的裂隙几乎不发育，判断钻孔探测位置处在完整段；

当时，表示钻孔探测断面的裂隙发育程度较缓慢，判断钻孔探测位置存在裂隙，但裂隙发育程度不严重；

当时，表示钻孔探测断面的裂隙发育程度较严重，判断钻孔探测位置接近导水裂隙带发育范围；

当时，表示钻孔探测断面的裂隙发育程度严重，判断钻孔探测位置处在导水裂隙带发育范围。

10.根据权利要求9所述的集成自动探测功能的导水裂隙带探测方法，其特征在于，所述压力修正系数k取值为1。