[发明专利]钻孔裂隙渗透性分段调压型观测方法

摘要

本发明属于岩体采动裂隙渗透性定技术领域，公开了一种钻孔裂隙渗透性分段调压型观测方法，所用的装置包括封堵测试系统、推进系统、供给控制系统。封堵测试系统包括封堵器、连通管和转换器，封堵器与钻孔形成注水空腔，转换器位于前部封堵器和中部封堵器尾部，其内部设置有内环、弹簧、十字丝套、集水槽和分水孔，内环有一通水孔，与集水槽相连通，将外接水源通过分水孔输送至注水空腔，对钻孔裂隙的渗透性进行探测。该装置可利用同一水源实现封堵和观测过程在各自压力下工作，减少了钻孔内管道为一根，避免了钻杆绕线问题，提高了观测过程的稳定性，可根据需要调节观测水压，同可以实现一次推进多段测定过程，提高观测效率。

主权项

1.一种钻孔裂隙渗透性分段调压型观测方法，其特征在于，所用的钻孔裂隙渗透性分段调压型观测装置包括封堵测试系统、推进系统和供给控制系统；所述的封堵测试系统系统包括封堵器、连通管(25)和转换器(6)，封堵器包括前部封堵器(30)、中部封堵器(31)和尾部封堵器(32)；前部封堵器(30)、中部封堵器(31)和尾部封堵器(32)与钻孔(28)分别形成一号注水空腔(26)和二号注水空腔(29)，转换器(6)位于前部封堵器(30)和中部封堵器(31)尾部，其内部设置有内环(9)、弹簧(8)、十字丝套(10)、集水槽(34)和分水孔(35)，内环(9)设有通水孔(37)，与集水槽(34)相连通，将外接水源通过分水孔(35)输送至一号注水空腔(26)和二号注水空腔(29)，对钻孔(28)裂隙的渗透性进行探测；所述的推进系统包括钻机(14)和钻杆(12)，钻机(14)通过钻杆(12)与封堵测试系统相连接，用以接长和推进封堵测试系统至指定区域；钻杆(12)为空心杆，其内部可输送外界高压水源，钻杆(12)与封堵测试系统之间呈螺纹连接，可拆卸；所述的供给控制系统包括控制操作台(33)，控制操作台(33)通过高压软管(13)与钻杆(12)连接，包括放水开关(15)、流量表(16)、机械压力表(17)、总控开关(18)和电子压力表(19)，控制操作台(33)负责提供预定压力水源、卸压放水并检测和记录压力、流量；外界水源通过前部封堵器(30)、中部封堵器(31)和尾部封堵器(32)中漏水孔(22)进入封堵空腔(27)，起胀对应橡胶囊(5)分别与钻孔(28)之间形成一号注水空腔(26)和二号注水空腔(29)；所述的转换器(6)数量为2个，整体呈圆柱状，中间设有圆形孔，其左右两端分别与连通管(25)、接头二(4)螺纹连接；所述的转换器(6)内部设置有四个侧漏孔(20)、四个分水孔(35)和一个内凹的集水槽(34)，集水槽(34)位于分水孔(35)右侧，与分水孔(35)相连通；分水孔(35)外壁设置有凸台(36)和十字丝套(10)，凸台(36)起限位作用，十字丝套(10)与分水孔(35)外壁呈螺纹连接，在其上旋转；所述的内环(9)呈圆柱环形状，左端面大于右端面，其外部在左右端面连接处设置有30°密封锥面，起密封作用，其内部对应设置有4个“L型”通水孔(37)，与侧漏孔(20)对应相通；所述的内环(9)沿着内部左右滑动，初始状态下，由于弹簧(8)的作用，内环(9)处于右端，通水孔(37)被密封，当外界水源通过侧漏孔(20)作用于内环(9)右端面，内环(9)向左移动，至内环(9)左端面与凸台(36)接触时，此时，通水孔(37)恰与集水槽(34)相连接，将外界水源通过分水孔(35)排至注水空腔内；所述的弹簧(8)位于内环(9)和十字丝套(10)之间，通过调节十字丝套(10)改变弹簧(8)的张紧程度，进而控制内环(9)的开启压力；十字丝套(10)设置有四个长方形的挡板且周边中空，不仅便于利用外部工具进行旋转调节，而且便于注水空腔内部水源通过，反馈作用于内环(9)左端面；所述的连通管(25)为密封空心管，数量为1根；所述的转换器(6)工作原理：(1)当内环(9)满足P_左S_环左+kx≤P_右S_环右时，则内环(9)向左移动，通水孔(37)与集水槽(34)连通，水源通过分水孔(35)向注水空腔进行注水观测；(2)当内环(9)满足P_左S_环左+kx≥P_右S_环右时，则内环(9)向右移动，通水孔(37)被管壁封闭，停止向注水空腔供水；其中，P_左为注水空腔侧低压观测水源压力，为0.2～0.5MPa；P_右为连通管(25)所提供的高压水源压力，为0.8～2MPa，S_环左为内环(9)左端面过水面积，S_环右为内环(9)右端面过水面积，k为弹簧(8)的弹性系数，x为压缩量；所述的放水开关(15)负责推进测试结束后将封堵空腔(27)内压力水释放，使橡胶囊(5)与钻孔(28)脱离接触，便于钻机(14)推进封堵测试系统；总控开关(15)负责外界水源的停供，流量表(16)负责检测外界水源向封堵测试系统输入实时水量，机械压力表(17)与电子压力表(19)的示数相互对比检验，若大致相当，则表明压力有效；具体步骤如下：(1)施工钻孔(28)：按照预先设计的施工要求，利用钻机(14)在待测岩体(24)区域施工不同方位和倾角a的钻孔3～5个，钻孔(28)直径为89mm，长度为70m左右，并清理钻孔(28)内的碎屑；(2)安装设备：安装导向锥、前部封堵器(30)、尾部封堵器(32)、转换器(6)、连通管(25)，并依次连接钻机(14)、钻杆(12)、高压软管(13)及控制操作台(33)，然后利用钻机(14)将封堵测试系统移送至钻孔(28)的初始位置；(3)密封检验：首先关闭控制操作台(33)的放水开关(15)，打开总控开关(18)，向封堵测试系统提供检测水压，对橡胶囊(5)进行封堵密封性检验，若无明显漏水现象，则进行下一步操作，否则返回步骤(2)操作，检查各部件间的连接及安装情况，直至合格为止；(4)进行压水观测：密封检验合格后，进行压水试验，使封堵测试系统处于初始位置，重新关闭控制操作台(33)上的放水开关(15)并打开总控开关(18)，向封堵测试系统提供高压水源，经连通管(25)、漏水管(3)进入封堵空腔(27)，起胀前部封堵器(30)、中部封堵器(31)和尾部封堵器(32)的橡胶囊(5)，分别与钻孔(28)形成一号注水空腔(26)和二号注水空腔(29)，调节外界水源压力逐渐升高至1.5MPa，此时仅一号注水空腔(26)压力的转换器(6)开启，向一号注水空腔(26)内注水，待流量表示数稳定后，记录此时稳定时流量表的示数Q_i1，继续升高外界水源压力至1.7MPa，使一号注水空腔(26)和二号注水空腔(29)的转换器(6)同时开启，向二号注水空腔(29)内注水，待流量表示数稳定后，记录稳定时流量表的示数Q_i2，则二号注水空腔(29)的流量为Q_i2‑Q_i1，并记录对应探测距离L_i1和L_i2；(5)卸压推进：关闭总控开关(18)，打开放水开关(15)，释放封堵空腔(27)压力，待橡胶囊(5)与钻孔(28)脱离接触后，关闭放水开关(15)，取另一钻杆(12)接长封堵测试系统，利用钻机(14)推进封堵测试系统至下一探测区域，重复步骤(4)操作，直至测完钻孔长度为止；(6)计算分析：根据钻孔(28)长度及对应观测孔段漏水量，分别绘制不同钻孔内流量分布图，分析钻孔长度范围内不同位置的裂隙发育特征和渗透特性，进一步结合不同方位的钻孔倾角a和累计连续漏水段长度L_n1+L_n2(n＝1+2+....+i)，计算得到不同空间范围岩体的破坏范围。