CN201757686U - 一种水压致裂测量地应力装置 - Google Patents

一种水压致裂测量地应力装置 Download PDF

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Abstract

一种水压致裂测量地应力装置,包括内高压膨胀胶囊和外高压膨胀胶囊,外高压膨胀胶囊中设有固定在其内并向内穿过外高压膨胀胶囊至内高压膨胀胶囊外壁的钢管,内外高压膨胀胶囊之间的钢管段上开有数个注压孔,并缠绕有螺旋状细铜管,外高压膨胀胶囊的外部设有液压快速接头,液压快速接头上连有向外高压膨胀胶囊和向测量段L提供压力的高压管路,向测量段L提供压力的高压管路上并联有与数据记录仪相连的压力传感器和流量传感器,数据记录仪与计算机相连接;两个高压管路分别与泵站相连接。注入水压力至高压膨胀胶管,高压膨胀胶管迅速膨胀,直至与孔壁形成密封状态,然后向测量段L注入高压水致裂,即可监测水压力及流量数据。

Description

一种水压致裂测量地应力装置
技术领域
本实用新型涉及测量地应力装置,尤其是一种基于膨胀胶管密封的水压致裂测量地应力装置。
背景技术
地应力是存在于地层中的天然应力,它是引起采矿工程变形和破坏的根本作用力。对矿山设计来讲,只有掌握了具体工程区域的地应力条件,才能合理确定矿山总体布置,选取适当的采矿方法,确定巷道和采场的最佳断面形状、断面尺寸、开挖步骤、支护形式、支护结构参数、支护时间等,在保证围岩稳定和开采安全的前提下,最大限度地增加矿山产量,提高生产效率,从而实现采矿工程的优化。测量地应力的方法主要包括应力解除法和水压致裂法等,这两种方法都有很多不足,其中应力解除法测试地应力很难保证岩芯的完整,常常会使测试失败,传统的水压致裂测地应力的方法主要的问题的就是密封效果不好,从而影响测量结果的准确性,不利于煤矿的安全生产。
发明内容
本实用新型的目的是针对已有技术中存在的问题,提供一种工艺简单,操作方便,安全可靠,能较准确的水压致裂测量地应力装置。
为实现上述目的,本实用新型的水压致裂测量地应力装置,包括数据记录仪,计算机,还包括间隔设在岩体钻孔中的内高压膨胀胶囊和外高压膨胀胶囊,外高压膨胀胶囊中设有固定在其内并向内穿过外高压膨胀胶囊经测量段L直至内高压膨胀胶囊外壁的钢管,外高压膨胀胶囊与内高压膨胀胶囊之间的钢管段上开有数个注压孔,并缠绕有连通外高压膨胀胶囊与内高压膨胀胶囊腔体中的螺旋状细铜管,外高压膨胀胶囊的外部设有与其内腔通孔和钢管相通的液压快速接头,液压快速接头上连有向外高压膨胀胶囊提供压力的高压管路和向测量段L提供压力的高压管路,向测量段L提供压力的高压管路上并联有与数据记录仪相连的压力传感器和流量传感器,数据记录仪经导线与计算机相连接;两个高压管路分别与泵站相连接。
所述的内高压膨胀胶囊由内高压膨胀胶管、设在内高压膨胀胶管外端的内高压膨胀胶管堵头和设在内高压膨胀胶管前端的过压保护装置构成;所述的内高压膨胀胶管堵头、过压保护装置与内压膨胀胶管的连接处均为锯齿状密封槽的形式连接;所述的过压保护装置由内通孔堵头,与内通孔堵头螺纹相连的弹性阀构成;所述的外高压膨胀胶囊由外高压膨胀胶管、设在外高压膨胀胶管外端的外高压膨胀胶管堵头和设在外高压膨胀胶管内端的滑动装置构成;所述的外高压膨胀胶管堵头、滑动装置与外高压膨胀胶管的连接处均为锯齿状密封槽的形式连接;所述的滑动装置包括套在钢管上的外径大于内径的阶梯内孔钢套,钢套上设有与螺旋状细铜管相连的通孔,钢套的孔内设有封孔套和固定封孔套的空心螺栓;所述的封孔套外径与钢套之间、封孔套内径与钢管之间均设有密封圈;所述的两个高压管路上分别设有截止阀。
有益效果:本实用新型是基于形成密封区段水压致裂测地应力的装置,可有效的密封测量段,减小了由于密封不好而产生的测量数据不够准确的不足,利于准确的测量地应力,尤其对于地质条件复杂,需要多地点、多次测量地应力的条件,本发明具有工艺简单,施工方便,易操作,安全可靠等特点,并具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本实用新型的水压致裂测地应力装置的结构示意图。
图2是本实用新型的膨胀胶管缩短的滑动装置结构示意图。
图1中:1-钻孔,2-外高压膨胀胶囊,3-内高压膨胀胶管,4-钢管,5-滑动装置,6-内高压膨胀胶管堵头,7-螺旋状细铜管,8-注压孔,9-过压保护装置,10-液压快速接头,11、12-高压管路,13-压力传感器,14-流量传感器,15-截止阀,16-泵站,17-数据记录仪,18-计算机,19-外高压膨胀胶管堵头,20-内通孔堵头,21-弹性阀,22-空心螺栓,23-密封圈,24-钢套,25-封孔套。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施作进一步描述:
本实用新型的水压致裂测量地应力装置,主要由内高压膨胀胶囊、外高压膨胀胶囊、钢管4、螺旋状细铜管7、压力传感器13、流量传感器14、数据记录仪17,计算机18构成。内高压膨胀胶囊由内高压膨胀胶管3、设在内高压膨胀胶管3外端的内高压膨胀胶管堵头6和设在内高压膨胀胶管3前端的过压保护装置9构成,过压保护装置9由内通孔堵头20,与内通孔堵头20螺纹相连的弹性阀21构成,内高压膨胀胶管堵头6、过压保护装置9与内压膨胀胶管3的连接处均为锯齿状密封槽的形式连接;外高压膨胀胶囊由外高压膨胀胶管2、设在外高压膨胀胶管2外端的外高压膨胀胶管堵头19和设在外高压膨胀胶管2内端的滑动装置5构成,滑动装置5包括套在钢管4上的外径大于内径的阶梯内孔钢套24,钢套24上设有与螺旋状细铜管7相连的通孔,钢套24的孔内设有封孔套25和固定封孔套25的空心螺栓22,封孔套25外径与钢套24之间、封孔套25内径与钢管4之间均设有密封圈23;外高压膨胀胶管堵头19、滑动装置5与外高压膨胀胶管2的连接处均为锯齿状密封槽的形式连接。内高压膨胀胶囊和外高压膨胀胶囊间隔测量段L设在岩体钻孔1中,测量段L约为500mm,外高压膨胀胶囊中设有固定在其内并向内穿过外高压膨胀胶囊经测量段L直至内高压膨胀胶囊外壁的钢管4,外高压膨胀胶囊与内高压膨胀胶囊之间的钢管段上开有数个注压孔8,并缠绕有连通外高压膨胀胶囊与内高压膨胀胶囊腔体中的螺旋状细铜管7,外高压膨胀胶囊2的外部设有与其内腔通孔和钢管4相通的液压快速接头10,液压快速接头10上连有向外高压膨胀胶囊2提供压力的高压管路11和向测量段L提供压力的高压管路12,向测量段L提供压力的高压管路12上并联有与数据记录仪17相连的压力传感器13和流量传感器14,数据记录仪17经导线与计算机18相连接;两个高压管路11、12分别与泵站16相连接共上分别设有截止阀15。
工作时,根据巷道围岩应力分布情况,用钻孔机向岩体打一个直径为100mm、深为3000mm的钻孔,将内高压膨胀胶囊和外高压膨胀胶囊间隔测量段L送至岩体钻孔1预设位置,用液压快速接头10接通液压泵站16,向内外高压膨胀胶管2、3内注入约2MPa~6MPa的水压力,内外端高压膨胀胶管3迅速膨胀,直至与孔壁形成密封状态,测量段L螺旋状细铜管7能满足其伸缩量,如果水压力过大,内高压膨胀胶管3末端有过压保护装置9,以避免内高压膨胀胶管3毁坏及破坏岩壁,内外两高压膨胀胶管之间用缠绕于钢管4上的螺旋状细铜管7连通,螺旋状细铜管7能够伸缩。由高压胶管12通过钢管4再通过多个注压孔8向中间测量段L岩石内缓慢增大地注入水压力,直至孔壁岩石致裂,此时压力下降,迅速关泵,压力传感器13及流量传感器14便记录下了压力及流量数据。打开泵继续向测量段L加压,使裂缝重张,压力下降,迅速关泵,数据记录仪17便记录下了压力及流量变化情况,循环重复进行4~5次。再将与高压管路15连接的液压快速接头10拆开,外高压膨胀胶管体2内的水自动卸掉,由于橡胶的高弹性和增强层角度的复原能力的作用而恢复原状,便可以回收该装置,最后通过数据记录仪17获得的数据传输给计算机18进行处理,从而得出地应力的分布状态,以指导安全生产。

Claims (9)

1.一种水压致裂测量地应力装置,包括数据记录仪(17),计算机(18),其特征在于:还包括间隔设在岩体钻孔(1)中的内高压膨胀胶囊和外高压膨胀胶囊,外高压膨胀胶囊中设有固定在其内并向内穿过外高压膨胀胶囊经测量段L直至内高压膨胀胶囊外壁的钢管(4),外高压膨胀胶囊与内高压膨胀胶囊之间的钢管段上开有数个注压孔(8),并缠绕有连通外高压膨胀胶囊与内高压膨胀胶囊腔体中的螺旋状细铜管(7),外高压膨胀胶囊(2)的外部设有与其内腔通孔和钢管(4)相通的液压快速接头(10),液压快速接头(10)上连有向外高压膨胀胶囊(2)提供压力的高压管路(11)和向测量段L提供压力的高压管路(12),向测量段L提供压力的高压管路(12)上并联有与数据记录仪(17)相连的压力传感器(13)和流量传感器(14),数据记录仪(17)经导线与计算机(18)相连接;两个高压管路(11、12)分别与泵站(16)相连接。
2.根据权利要求1所述的水压致裂测量地应力装置,其特征在于:所述的内高压膨胀胶囊由内高压膨胀胶管(3)、设在内高压膨胀胶管(3)外端的内高压膨胀胶管堵头(6)和设在内高压膨胀胶管(3)前端的过压保护装置(9)构成。
3.根据权利要求2所述的水压致裂测量地应力装置,其特征在于:所述的内高压膨胀胶管堵头(6)、过压保护装置(9)与内压膨胀胶管(3)的连接处均为锯齿状密封槽的形式连接。
4.根据权利要求2或3所述的测量地应力的装置,其特征在于:所述的过压保护装置(9)由内通孔堵头(20),与内通孔堵头(20)螺纹相连的弹性阀(21)构成。
5.根据权利要求1所述的水压致裂测量地应力装置,其特征在于:所述的外高压膨胀胶囊由外高压膨胀胶管(2)、设在外高压膨胀胶管(2)外端的外高压膨胀胶管堵头(19)和设在外高压膨胀胶管(2)内端的滑动装置(5)构成。
6.根据权利要求5所述的水压致裂测量地应力装置,其特征在于:所述的外高压膨胀胶管堵头(19)、滑动装置(5)与外高压膨胀胶管(2)的连接处均为锯齿状密封槽的形式连接。
7.根据权利要求5或6所述的水压致裂测量地应力装置,其特征在于:所述的滑动装置(5)包括套在钢管(4)上的外径大于内径的阶梯内孔钢套(24),钢套(24)上设有与螺旋状细铜管(7)相连的通孔,钢套(24)的孔内设有封孔套(25)和固定封孔套(25)的空心螺栓(22)。
8.根据权利要求7所述的水压致裂测量地应力装置,其特征在于:所述的封孔套(25)外径与钢套(24)之间、封孔套(25)内径与钢管(4)之间均设有密封圈(23)。
9.根据权利要求1所述的水压致裂测量地应力装置,其特征在于:所述的两个高压管路(11、12)上分别设有截止阀(15)。 
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