[发明专利]变压可调式岩体裂隙渗透性的观测方法

摘要

本发明属于岩体渗透性测定技术领域，公开了变压可调式岩体裂隙渗透性的观测方法，所用装置的连接关系如下：转换器螺纹连接于前部封堵器尾部，其内部包含内环、弹簧和十字丝套，通过调节十字丝套改变弹簧的压缩程度，进而控制内环的开启压力；前部封堵器、尾部封堵器起胀后，与钻孔形成注水空腔，外部高压水通过转换器进入所述注水空腔内对钻孔裂隙渗透性进行探测。该测试装置简化了外部操作系统和操作步骤，减少钻孔内管道为一根，避免了钻杆绕线问题，提高了测量过程的稳定性，利用同一水源下实现了封堵过程和测量过程在各自压力下工作，实现了转换器可变压调节，以适应不同的工作环境和开启压力需求。

主权项

1.一种变压可调式岩体裂隙渗透性的观测方法，其特征在于，该观测方法所用的装置包括封堵器、转换器(6)、连通管(25)、钻机(11)、钻杆(9)和控制操作台(32)；所述的封堵器进一步包括前部封堵器(30)和尾部封堵器(31)；所述的转换器(6)螺纹连接于前部封堵器(30)尾部，其内部包含内环(34)、弹簧(22)和十字丝套(29)，通过调节十字丝套(29)的位置，改变弹簧(22)的压缩程度，进而控制内环(34)的开启压力；外界水源经过漏水管(3)中的漏水孔(33)注入封堵空腔(27)起胀橡胶囊(5)，前部封堵器(30)和尾部封堵器(31)起胀后，与钻孔(28)形成注水空腔(26)，外部高压水通过转换器(6)进入注水空腔(26)内对钻孔(28)裂隙渗透性进行探测；所述的钻机(11)通过钻杆(9)与测试探头相连接，用以接长和推进测试探头至指定区域，钻杆(9)为空心杆，其内部可输送外界高压水源，钻杆(9)与测试探头之间呈螺纹连接，可拆卸；所述的控制操作台(32)通过高压软管(10)与钻杆(9)连接，包括放水开关(12)、流量表(13)、机械压力表(14)、总控开关(15)和电子压力表(16)，控制操作台(32)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)、尾部封堵器(31)中漏水孔(33)进入封堵空腔(27)，起胀对应橡胶囊(5)与钻孔(28)之间形成注水空腔(26)；所述的转换器(6)数量为一个，整体呈圆柱状，中间开有阶梯通孔，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、中间圆形孔周围对称设置四个侧漏孔(35)、四个分水孔(19)和一个内凹的集水槽(18)，集水槽(18)位于分水孔(19)右侧，与分水孔(19)相连通；分水孔(19)外壁设置凸台(20)和十字丝套(29)，凸台(20)起限位作用，十字丝套(29)与分水孔(19)外壁呈螺纹连接，在其上旋转；所述的内环(34)呈圆柱环形状，左端面大于右端面，其套装于阶梯通孔外；内环(34)外壁形成与转换器(6)内壁相配合的30°密封锥面(23)，起密封作用，其内部对应设置有4个“L型”通水孔(17)，与侧漏孔(35)对应相通，侧漏孔(35)与阶梯通孔相通；所述的内环(34)沿着内部左右滑动，初始状态下，由于弹簧(22)的作用，内环(34)处于右端，通水孔(17)被密封，当外界水源通过侧漏孔(35)作用于内环(34)右端面，内环(34)向左移动，至内环(34)左端面与凸台(20)接触时，此时，通水孔(17)恰与集水槽(18)相连通，将外界水源通过分水孔(19)排至注水空腔(26)内；所述的弹簧(22)位于内环(34)和十字丝套(29)之间，通过调节十字丝套(29)改变弹簧(22)的张紧程度，进而控制内环(34)的开启压力；十字丝套(29)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(26)内部水源通过，反馈作用于内环(34)左端面；所述的转换器(6)工作原理：(1)当内环(34)满足P_左S_环左+kx≤P_右S_环右时，则内环(34)向左移动，通水孔(17)与集水槽(18)连通，水源通过分水孔(19)向注水空腔(26)进行注水观测；(2)当内环(34)满足P_左S_环左+kx≥P_右S_环右时，则内环(34)向右移动，通水孔(17)被管壁封闭，停止向注水空腔(26)供水；其中，P_左为注水空腔(26)侧低压观测水源压力，为0.2～0.5MPa左右；P_右为连通管(25)所提供的高压水源压力，为0.8～1MPa左右，S_环左为内环(34)左端面过水面积，S_环右为内环(34)右端面过水面积，k为弹簧(22)的弹性系数，x为压缩量；所述的放水开关(12)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(11)推进测试探头；总控开关(15)负责外界水源的停供，流量表(13)负责检测外界水源向测试探头输入实时水量，机械压力表(14)与电子压力表(16)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(11)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(31)、转换器(6)、连通管(25)，并依次连接钻机(11)、钻杆(9)、高压软管(10)及控制操作台(32)，然后利用钻机(11)将测试探头移送至钻孔(11)的初始位置；(3)密封检验：首先关闭控制操作台(32)的放水开关(12)，打开总控开关(15)，向测试探头提供检测水压，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，然后重新进行步骤(3)操作，直至合格为止；(4)进行压水观测：密封检验合格后，进行压水试验检测钻孔(28)孔段渗透性，使测试探头处于初始位置，重新关闭放水开关(12)并打开总控开关(15)，向测试探头提供高压水源，经连通管(25)、漏水管(3)进入封堵空腔(27)，起胀前部封堵器(30)和尾部封堵器(31)的橡胶囊(5)，与钻孔(28)形成注水空腔(26)，调节外界水源压力逐渐升高至1.5MPa，高压水源经转换器(6)转换至低压探测水源后，输送至注水空腔(26)内，待流量表示数稳定后，记录此时稳定时流量表的示数Q_i并记录探测距离L_i；(5)卸压推进：关闭总控开关(15)，打开放水开关(12)，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(12，取另一钻杆(9)接长测试探头，利用钻机(11)推进测试探头至下一探测区域，重复步骤(4)操作，直至测完钻孔(28)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(28)内流量分布图，分析钻孔(28)长度范围内不同位置的渗透特性和裂隙发育特征，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_n(n＝1+2+....+i)，计算得到不同空间范围岩体的破坏范围。