[发明专利]干孔泄压阀及水压致裂地应力测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及岩体工程测试技术领域，具体而言，涉及一种干孔泄压阀及水压致裂地应力测试装置。

背景技术

地应力是存在于地层中的天然应力，它是造成矿山巷道及其它地下工程变形、破坏的根本作用力，因此，地应力的大小、方向直接影响到巷道围岩的稳定性，测量巷道原岩地应力，研究围岩的应力分布特征是进行巷道围岩稳定性分析，以及实现地下工程开挖设计科学化的必要前提。目前，国际上普遍采用的工程岩地应力模量测试方法可以归纳为：表面应力解除法、表面应力恢复法、套孔应力解除法、水压致裂法等。其中，表面应力解除法、套孔应力解除法对岩体质量要求高，需使用岩石力学参数参与计算；表面应力解除法、表面应力恢复法、套孔应力解除法测量深度有限、周期长，且需要单独打测试钻孔；水压致裂法测量深度深；资料整理时不需要岩石弹性参数参与计算，可以避免因岩石弹性参数取值不准引起的误差；岩壁受力范围较广(钻孔承压段程度可达1-2米)，可以避免“点”应力状态的局限性和地质条件不均匀性的影响；操作简单，测试周期短。综上，水压致裂法在水利水电、矿山、交通等方面得到了广泛应用。

水压致裂法通常采用单管(密封满足试验要求的钻杆)进行测试，首先通过钻杆对可膨胀的封隔器胶囊加压，两封隔器中间的钻孔形成试验段；推动封隔器上端的转换阀与试验段连通(此时封隔器胶囊为封闭状态)，就可以正式开展测试：在试验段中泵入液体，施压直到孔壁破裂，并记录压力随时间的变化；根据压裂过程曲线的压力特征值计算地应力。测试完成后，提升钻杆，推动转换阀，使钻杆与封隔器胶囊连通，卸掉封隔器胶囊中的压力，使其恢复原状后，再将封隔器提升到下一测试段。

水压致裂法地应力测试的钻孔所在部位的地质条件千变万化，测试钻孔条件也各不相同，测试钻孔的地下水位差别很大，有些钻孔孔口喷水、有些钻孔全孔无水。若钻孔岩体完整、渗漏少，通过人工注水，可以注满；若钻孔岩体完整性差，渗漏大，人工注水无法注满。对于无法注满水的钻孔，其水压致裂法地应力测试难度显著增加，甚至失败，原因是：水压致裂法的封隔器胶囊的自扩张的压力小于0.5MPa，若内外水头差大于50m，封隔器胶囊膨胀，封隔器胶囊与测试钻孔壁摩阻力增加，提升困难，甚至无法提升，还可能造成安全事故。国内在水位低或干孔的水压致裂法地应力测试中，对工作后的封隔器无法有效提升的问题，常采用如下解决方法：

1、在转换阀上端加泄压阀，测试完成后，在钻杆中丢钢珠球，钢珠球堵泄压阀孔口，通过钻杆加压推动泄压阀阀芯下移，阀芯下移到位后，封隔器胶囊与测试孔连通泄压；胶囊恢复原状后，需提升全部钻杆至地面，以取出泄压阀中的钢珠球，将泄压阀阀芯恢复原位，才能再将测试设备放置到下一测试部位。

2、双管加压，具体是用一根高压管对胶囊加压(气压)，另一根高压管对测试段加压(水压)，这种双管加压主要问题有：测试设备复杂、压力传感器要放置到封隔器上端(减小压力误差)。

因此，需要一种能在干孔条件下、有效将封隔器内的压力卸掉，且结构简单、操作方便的装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种干孔泄压阀，其结构简单，操作方便，能有效将封隔器内的压力卸掉。

本发明的另一目的在于提供一种水压致裂地应力测试装置，其能够在深钻孔、干孔条件下进行水压致裂法地应力测试试验，测试稳定。

本发明的实施例是这样实现的：

一种干孔泄压阀，其包括阀体和阀芯，阀体具有沿其轴线布置、且贯通的阀腔，阀芯具有沿其轴线布置的通孔，阀芯由阀体的插入端插入阀腔内，且一端由插入端伸出，阀芯与阀体之间存在间隙，阀体远离插入端的端部开设有多个用于连通阀腔和阀体外的泄压孔，阀芯位于泄压孔和插入端的部分设置有可封堵阀腔的阻挡部，阀体的插入端设置有用于限制阀芯移动伸出阀体长度的限位螺母，阀芯位于阻挡部和限位螺母之间的部分套设有承重弹簧。

在本发明较佳的实施例中，上述阀体具有沿轴线布置、且相互连通的第一阀腔和第二阀腔，第一阀腔的直径小于第一阀腔的直径，泄压孔位于与第一阀腔对应的阀体上，阻挡部位于第二阀腔内，且阻挡部可移动覆盖于第一阀腔与第二阀腔的连通处。

在本发明较佳的实施例中，上述阀芯包括连接成一体的第一阀芯和第二阀芯，第一阀芯的直径小于第二阀芯的直径，阻挡部设置于第二阀芯与第一阀芯的连接处，当阻挡部覆盖于第一阀腔与第二阀腔的连通处，第一阀芯位于第一阀腔内，第二阀芯位于第二阀腔内，且伸出插入端。