[发明专利]一种用于覆岩裂隙探测的钻测一体化系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿井下覆岩裂隙发育规律探测领域，尤其涉及一种用于覆岩裂隙探测的钻测一体化系统及方法。

背景技术

煤矿井下开采引起周围岩体的应力场、变形场等重新分布，导致上覆岩层出现不同程度的破坏。其中，岩层采动破断裂隙是煤矿突水的通道，采动裂隙演化规律是判断矿井突水发生条件、进行矿井突水预测和制订矿井水害防治对策的重要理论基础。

现有技术中，专利一种覆岩导水裂隙带监测系统及其探测钻进方法(申请号201110457012.3，)与煤层采空区裂隙带注水观测系统(申请号201020248915.1)公开了一种双端堵水观测系统，该系统主要包括探杆、控制装置和推进装置；探管由两个封堵胶囊、注水管路、封堵管路、连接管等构成；控制装置包括注水控制装置和封堵控制装置，由压力表、流量表、开关等构成；推进装置由钻机、钻杆构成。该系统在使用过程中，注水管路和封堵管路均连接在探杆上，随探杆和钻杆一块进入钻孔内，在井下恶劣的条件下，管路很容易与钻孔壁和钻杆之间产生摩擦、挤压，破坏管路的密封性，甚至使管路断裂；受管路连接等的影响，探测深度不能太大，否则连接处容易断裂，而且封孔胶囊起涨压力不能太大，否则胶囊不能膨胀，经常发生因胶囊膨胀不到位而使测量结果错误的现象；为了提高封孔的可靠性，有时会将封孔压力调的较大，从而减小封孔胶囊寿命，甚至发生破裂，严重影响导水裂隙带的正常观测及观测结果的准确性。

现有技术中，专利一种电控式单回路堵水覆岩裂隙探测仪(申请号：201220663940.5)与一种电控式单回路堵水覆岩裂隙探测方法(申请号：201210517637.9)公开了一种覆岩裂隙检测系统与方法，该覆岩裂隙检测系统主要包括探管、注水控制装置和推进装置；探管由水流调节装置、两个封孔胶囊、连接杆、连接块等构成；注水控制装置由压力表、流量表、开关等构成；推进装置由钻机、钻杆构成。该系统封堵和注水采用同一回路，取消了封堵管路，并直接通过钻杆注水，从而避免了封堵管路、注水管路与钻孔壁和钻杆摩擦、挤压而发生破裂，造成不能有效堵孔和注水，简化了探测系统，极大提高了堵水可靠性，而且探测深度不受限制；自动检测封孔胶囊内的压力，达到预设值时及时切断水源，消除了人工操作的误差，既能保证有效堵孔，又对封孔胶囊起到保护作用，在现场应用中获得了较好的效果。

然而，现有技术在使用过程中均需要提前开挖钻孔，钻孔长时间放置会产生新的裂隙，导致一定的测量误差；特别是当上覆岩层较软或较破碎时，甚至会出现塌孔，导致后续探测工作无法进行；另外，探测过程中是否完成封孔以及封孔的可靠性无法人为验证。

发明内容

本发明的目的是针对现有的覆岩裂隙探测存在的开挖钻孔与覆岩裂隙探测不能同时进行，钻孔长时间放置会产生新的裂隙，导致一定的测量误差甚至产生塌孔，以及探测过程中是否完成封孔以及封孔的可靠性无法人为验证等问题，提出了一种用于覆岩裂隙探测的钻测一体化系统及方法。

本发明采用如下技术方案：

一种用于覆岩裂隙探测的钻测一体化系统，包括探管、钻进装置和控制装置；

所述探管杆体上套有封孔胶囊，探管上端设有外螺纹，下端设有内螺纹，所述封孔胶囊两端分别通过位于探管的上凸台和下凸台固定，所述上凸台与下凸台的横截面为梯形，下凸台下部的探管杆体上开有凹槽；所述封孔胶囊内部设有电动三通球阀，所述电动三通球阀包括执行器、电磁线圈、上通口和侧通口，所述执行器可以在上通口与侧通口之间旋转。

所述钻进装置包括钻机、多个钻杆和钻头，所述钻头通过螺纹与所述探管上端连接，位于前端的钻杆通过螺纹与所述探管下端连接，各钻杆之间通过螺纹连接，钻杆杆体均开有一凹槽，钻杆与探管及钻杆间紧密连接时，探管下部的凹槽与钻杆凹槽均在同一条直线上。

所述控制装置包括水流调节装置和注水操作台，所述水流调节装置包括24V直流电源、电缆线和三通球阀开关，所述24V直流电源、三通球阀开关和所述探管内电动三通球阀的电磁线圈通过电缆线连接构成回路，所述注水操作台包括连接管、进水阀、压力表、流量表、放水阀、支架和水管，所述钻杆及探管内部均具有水流通道，上通口和侧通口与水流通道相连通，所述水管与所述钻杆的水流通道相连，所述钻头上开有出水口，出水口与水流通道相连通。

一种用于覆岩裂隙探测的钻测一体化方法，使用上述的一种用于覆岩裂隙探测的钻测一体化系统，包括以下步骤：