[发明专利]长钻孔中可回收式直流电法电极安装装置及分段监测方法

说明书

本发明公开了一种长钻孔中可回收式直流电法电极安装装置及分段监测方法，该装置包括推送管、载极模块和多芯电缆，载极模块包括单路管、膨胀胶囊、电极板、弹性扶正器，多芯电缆设置在单路管内，利用双芯导线连接电极板与多芯电缆，向管内充气使胶囊膨胀，使之与孔壁实现良好耦合。监测时，根据钻孔长度确定分段数和监测段数以及电极距离，利用多个载极模块与推送管一一连接，配合钻机向孔内连续推进，将电极推送到目的测点位置，将多芯电缆连接电法主机，向管内充气，开启电法仪，进行该目标段测点的数据采集；然后卸除管内气压，将装置推送至下一段测点位置，整合每段测点数据，实现长钻孔全孔段的电法监测。本装置操作简单，可重复利用。

技术领域

本发明涉及一种直流电法一体化电极电缆安装装置及直流电法监测方法，具体涉及一种长钻孔中可回收式直流电法电极安装装置及分段监测方法，属于工程地球物理探勘技术领域。

背景技术

近年来，随着煤矿定向钻进技术和装备的快速发展，远距离长钻孔在我国煤矿井下含水构造和瓦斯异常区监测以及突水、冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害防治方面得到了广泛应用。煤矿井下长钻孔最大距离已经达到2000米以上，现在矿井长距离钻孔成孔长度仍在不断增加，为矿井远距离超前探水探瓦斯等提供了重要技术途径。

虽然煤矿井中远距离长钻孔定向钻进技术得到了极大的发展，利用远距离长钻孔钻探方法的探水探瓦斯结果可靠性也比较高，但是长钻孔单孔施工周期长、费用高；受时间成本、经济成本和工程量等的影响，长钻孔不可能完全连续覆盖监测区域，只能在监测区域内选择有限的点布置钻孔；若长钻孔布设过多，会造成很大的资源浪费；若长钻孔布设过少，则推断前方地质异常区将存在很大的局限性。基于长钻孔的钻探结果只能反映钻孔单点的地质异常情况，不能有效反映钻孔外的地质异常。

直流电法是一种应用广泛的地球物理监测技术，在煤矿含水构造和瓦斯异常区监测中得到了较好应用。如果可以将直流电法物探技术与长距离钻探技术相结合，以长距离钻孔为直流电法电极的布置空间，利用钻孔中直流电法技术扩大钻孔的有效监测范围，精准确定孔旁未知的含/导水带和含瓦斯异常区等地质异常构造，就能实现长钻孔的一孔多用，扩展长钻孔探测监测的控制范围，极大提高长钻孔的综合利用价值，为煤矿安全高效开采提供有效的保障。

目前直流电法测试装置通常布置在井下巷道空间中，例如在井下巷道布置一条电极测线或者在两条临近巷道布置两条电极测线。由于受直流电法测试装置特别是电极电缆布置的限制，很难将直流电法电极直接布置在长钻孔中。首先电极在进入钻孔的移动中容易发生卡堵，电极本身就很难送入钻孔特别是长钻孔中；其次电极进入钻孔指定位置后，如果不加处理，电极很难与孔壁之间形成良好的耦合接触，导致供电与采集信号不良甚至采集不到信号。近年来，人们开始尝试将电极布设在钻孔中，例如采用将电极电缆(柔性线缆)、注浆软管捆绑在PVC管上，采用人力将捆绑在一起的PVC管、电极电缆和注浆软管推进钻孔中，电极进入到钻孔设计位置后，必须将整个钻孔用水泥砂浆注实，从而保证电极与孔壁的良好接触。该类方法受电极数量限制和人工推送难度大等影响很难适用于长钻孔中的直流电法监测，当钻孔长度超过100米时，只依靠人力很难将电极推送到钻孔中；此外，该类方法在电极进入钻孔指定位置后要进行注浆，电极电缆只能一次性使用，造成电极电缆损耗量大，灵活性差；而且耗费大量人力物力财力的钻孔在注浆后也不能再做它用，不能一孔多用，钻孔的使用效率低。

近年来，国内外学者开展了孔中电极安装以及孔中直流电法监测的研究，例如中国专利CN2015861914U公开了一种井地直流电法用的孔中供电电极，该装置可通过电磁铁通电使导电页板克服支撑弹簧的弹力而收回，从而实现电极在钻井中升降移动；但是该装置结构复杂，而且需要通电才能使电磁铁工作，一方面反复使用可能造成弹簧受损，从而不能使电极与井壁良好接触，更重要的是该装置不能应用于煤矿井下对防爆要求高的特殊作业环境中；此外该装置在进行长距离监测时，电磁铁的存在会使装置质量增加，不便于人工进行操作。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种长钻孔中可回收式直流电法电极安装装置，能在钻孔中实现电极与孔壁的良好耦合，并且电极的得到重复利用，定位推送。