[发明专利]分级降压式钻孔裂隙探测系统

摘要

本发明属于岩体采动破坏范围测定技术领域，一种分级降压式钻孔裂隙探测系统，包括测试探头、钻机、钻杆和控制操作台。测试探头包括封堵器和分压总成，分压总成通过连通管与尾部封堵器连接，包括初级转换器和二级转换器，二级转换器套在初级转换器外端，二者呈螺纹连接，封堵器包括漏水管、系列接头及橡胶囊，橡胶囊包绕在漏水管外端，并与漏水管之间形成封堵空腔，其两端由紧固圈固定。漏水管上设置有漏水孔，外界水源通过漏水孔进入所述封堵空腔，起胀橡胶囊，与钻孔形成注水空腔。该测试装置简化原有操作系统，避免钻孔绕线问题，利用同一外界实现封堵和观测过程，并保证二者在各自的压力下工作，使压力转换更为灵敏和稳定。

主权项

1.一种分级降压式钻孔裂隙探测系统，其特征在于，所述的分级降压式钻孔裂隙探测系统包括测试探头、钻机(14)、钻杆(12)和控制操作台(36)；所述的测试探头包括封堵器和分压总成(47)；封堵器包括前部封堵器(34)和尾部封堵器(35)；分压总成(47)通过连通管(28)与尾部封堵器(35)连接，包括初级转换器(6)和二级转换器(37)，二级转换器(37)套在初级转换器(6)外端，二者呈螺纹连接；所述的封堵器包括漏水管(3)、接头及橡胶囊(5)，橡胶囊包绕在漏水管(3)外端，并与漏水管(3)之间形成封堵空腔(30)，其两端由紧固圈(24)固定；漏水管(3)上设置有漏水孔(25)，外界水源通过漏水管(3)中的漏水孔(25)进入封堵空腔(30)，起胀橡胶囊(5)，与钻孔(31)形成注水空腔(29)；所述的钻机(14)通过钻杆(12)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(12)为空心杆，其内部可输送外界高压水源，钻杆(12)与测试探头之间呈螺纹连接，可拆卸；所述的控制操作台(36)通过高压软管(13)与钻杆(12)连接，负责向测试探头提供指定压力的外界水源，并检测压力流量；外界水源通过前部封堵器(34)、尾部封堵器(35)中漏水孔(25)进入封堵空腔(30)，起胀对应橡胶囊(5)与钻孔(31)之间形成注水空腔(29)；所述的分压总成(47)左右两端分别与连通管(28)、接头二(4)呈螺纹连接，将连通管(28)中的高压水源依次经初级转换器(6)、二级转换器(37)分级转换至低压水源输送至注水空腔(29)内；所述的初级转换器(6)开有中心通孔(32)和四个周边通孔(33)，四个周边通孔(33)对称分布于中心通孔(32)周围；中心通孔(32)为阶梯通口，左端孔径小于右端孔径，周边通孔(33)侧壁开有侧漏孔(20)；所述的周边通孔(33)内依次安装有转换体(10)、内弹簧(9)和调节螺丝(8)，周边通孔(33)左侧内壁设置螺纹，与调节螺丝(8)相配合，使调节螺丝(8)在周边通孔(33)一定范围内旋转压缩内弹簧(9)，控制转换体(10)的开启压力；所述的调节螺丝(8)侧壁开有六角通孔(21)，便于旋转调节螺丝(8)且使反馈水压作用于转换体(10)左端面；所述的转换体(10)呈不等直径圆柱体，其左端面直径大于右端面直径，在不等直径圆柱过渡处即为密封锥面(26)，其与周边通孔(33)内壁的密封锥面(26)相吻合，密封锥面(26)呈30°角；所述的转换体(10)内开有一“L”形一号通水孔(23)，在靠近转换体(10)左端面的圆柱形外表面开有一环形水槽(22)，一号通水孔(23)与环形水槽(22)相连通，在外界水源推动下，转换体(10)向左移动时，使环形水槽(22)与侧漏孔(20)相连通；所述的二级转换器(37)包括外环基体(38)、内环基体(39)、转换环(40)、外弹簧(45)和十字丝套(46)，外环基体(38)右端内壁设置有螺纹，套在初级转换器(6)右端的外壁上，与初级转换器(6)之间形成中继腔(48)；侧漏孔(20)、六角通孔(21)与中继腔(48)相连通；所述的内环基体(39)呈圆柱环状，其内壁设置有螺纹，包绕在连通管(28)外壁，外壁设置有四个凸台，以限制转换环(40)的向左最大移动范围；内环基体(39)管壁内设置有集水槽(42)、分水孔(43)，分水孔(43)数量为4个，分别与集水槽(42)垂直相通，将集水槽(42)中的水分流排出；所述的转换环(40)位于外环基体(38)与内环基体(39)中间，沿内环基体(39)表面左右滑动；所述的转换环(40)内对应开有四个“L”形二号通水孔(41)，当转换环(40)向左移动，二号通水孔(41)与集水槽(42)相连通，将中继腔(48)内的高压水源输送至集水槽(42)内，此时转换环(40)左端面恰与凸台(44)接触；转换环(40)左端面较右端面直径大，中间连接部位设置密封锥面(26)；所述的外弹簧(45)位于转换环(40)和十字丝套(46)之间，其直径与转换环(40)左端面直径相等；所述的十字丝套(46)呈“十字形”，中间部位呈圆形，内壁设置螺纹，与内环基体(39)相配合，利用外部工具使十字丝套(46)在其上旋转，改变外弹簧(45)压缩程度以控制转换环的开启压力；所述的初级转换器(6)工作原理：(1)当转换体(10)满足P_中S_体左+k_内x≤P_右S_体右时，则转换体(10)向左移动，环形水槽(22)与侧漏孔(20)连通，向中继腔(48)内供水，实现初级降压；(2)当转换体(10)满足P_中S_体左+k_内x≥P_右S_体右时，则转换体(10)向右移动，环形水槽(22)被周边通孔(33)内壁封闭，停止向中继腔(48)内供水；(3)若P_右过大，为防止P_右极端水压通过分压总成(47)对注水空腔(29)部分的钻孔内壁造成破坏，则在外界水源作用下，转换体(10)向左移动，直至环形水槽(22)移动到侧漏孔(20)的左端，与周边通孔(33)内壁形成再次封闭作用；其中，P_中为中继腔(48)水源压力，为0.8～1MPa；P_右为连通管(28)内供给水源压力，为1.5MPa，S_体左为转换体(10)左端面面积，S_体右为转换体(10)右端面面积，k_内为内弹簧(9)的弹性系数，x为压缩量；所述的二级转换器(37)工作原理：(1)当转换环(40)满足P_左S_环左+k_外x≤P_中S_环右时，则转换环(40)向左移动，二号通水孔(41)与集水槽(42)连通，通过分水孔(43)向注水空腔(29)进行注水观测，实现二级降压；(2)当转换环(40)满足P_左S_环左+k_外x≥P_中S_环右时，则转换环(40)向右移动，二号通水孔(41)被内环基体(39)外壁封闭，停止向注水空腔(29)供水；其中，P_左为注水空腔(29)观测水源压力，为0.2～0.5MPa；P_中为中继腔(48)水源压力，为0.8～1MPa，S_环左为转换环(40)左端面过水面积，S_环右为转换环(40)右端面过水面积，k_外为外弹簧(45)的弹性系数，x为压缩量；所述的控制操作台(36)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)，放水开关(15)负责推进测试结束后将测试探头内压力水释放，使橡胶囊(5)与钻孔(31)脱离接触，便于钻机(14)推进测试探头；总控开关(18)负责外界水源的停供，流量表(16)负责检测外界水源向测试探头输入实时水量，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。