[发明专利]一种压水试验系统及方法

说明书

一种压水试验系统及方法，系统：上部钻杆、中间钻杆和下部钻杆连接成测试杆，压力传感器通过转接构件与中间钻杆连接；上、下部封孔胶囊通过中间连接机构进行连接，并通过中间连接机构的伸缩进行压缩和复位控制；油泵通过管路与中间连接机构连接，用于控制其伸缩动作；注水箱与测试杆内腔连通。方法：布置设备；连接传感器转接头和压力传感器；开始试验，记录下放深度；开始测量；通过加压使中间连接机构伸出并挤压封孔胶囊；利用封孔胶囊固定探测杆的位置，观察压力变化值；记录试验段水位流失时间；进行不同位置测试段的测试；计算试压压力下的压入流量。该系统和方法能保证封孔胶囊的快速回缩复位，可有效降低设备的折损对测量结果产生的影响。

技术领域

本发明属于压水测试技术领域，具体是一种压水试验系统及方法。

背景技术

煤田开发对经济发展具有着重要意义，而严峻的矿山水害形式一直严重影响着煤矿的安全生产，从而制约了经济稳步健康的发展。现阶段，许多煤田水文地质条件十分复杂，煤层开采过程中受到多种水体的威胁，而在所有水害事故的突水形式中，特别突出是煤层底板水害，其严重威胁着煤矿的生产安全。因此，深入开展带压开采采煤工作面底板破坏突水成灾机理及预警系统研究、有效遏制矿井突水事故的发生、保障煤矿安全生产，是目前煤炭工业迫切需要解决的问题，对进一步提高大水矿区生产效果和资源回收率具有重要意义，也能为以后同类型的煤层安全高效开采提供更加科学可靠的参考依据。

经过多年的底板采动现场实践观测，开采煤层底板也像上覆岩层一样从煤层底面到含水层顶面可分为“下三带”，即底板导水破坏带、完整岩层带、承压水导升带。“下三带”理论比较符合煤层底板破坏、突水规律，在生产实践中得到了较为广泛的应用，由此可见，底板导水破坏带的现场实地观测具有重要意义。为了查明底板变形破坏规律，现今采用的研究方法可采用理论研究、数值模拟研究及实验研究等，虽然这些方法在认识底板岩层移动变形规律方面起到了很重要的作用，但在工程实践中，利用实测数据信息来推断底板岩层移动变形破坏规律无疑是最直接、最可靠的方法。

目前现场实地观测的方法有：钻孔声波测试法、底板钻孔位移计法、钻孔窥视测试法、钻孔应力计法、钻孔放注水法等。其中：钻孔声波测试法，是观测采动前后岩体的采动裂隙发育规律及采动裂隙深度；底板钻孔位移计法，是在钻孔中设置位移观测基点以观测采动前后底板的位移变化规律；钻孔窥视测试法，用于观测工作面回采期间的底板岩体裂隙宏观改变；钻孔应力计法，是通过采集底板岩层力学性质变化，获得底板岩层应力应变数据，分析底板破坏情况；钻孔放注水法，是在采前向煤层底板打一定深度的斜孔，每天观测单位时间向外的流水量，不向外流水时，每天观测单位时间向里的注水量，通过采动过程中不同深度钻孔单位时间放注水量的变化和水文地质条件的综合分析，就可以知道采动影响引起的煤层底板破坏深度。以上几种方法中，钻孔放注水法是获取岩体渗透性指标的常用方法。它主要是通过人工抬高水头，向孔内注入清水，测定岩土体渗透系数的一种原位测试方法。根据地层渗透系数的大小，可以判定岩土体的透水级别，从而为工程的防渗处理方案提供地质依据。钻孔放注水法的成果直接影响对工程岩土体渗透性状况的评价。因此，钻孔放注水法的可靠性是非常重要的，但在传统钻孔放注水法的实际操作过程中时常存在以下难题：

(1)对于深孔来说，由于测试距离较大，气(水)压注入和排出胶囊的速度较慢，严重影响测试效率；另外，胶囊自动收缩时会与岩体产生较大摩擦力，根据气(水)压表的数值通常很难判断胶囊是否收缩完毕，往往待气(水)压表归零时还要再等上半个小时以上的时间才能正常提钻。若没控制好胶囊收缩时间，会导致提钻过程中胶囊卡在钻孔内，强行提出后，会导致整套胶囊的报废，极大的增加了测试成本；如果未将胶囊强行提出折断在钻孔内，会导致钻孔的报废，从而还需要重新补打钻孔，不仅费时费力费资，更有可能错过最佳观测时间。