專利名稱：井下導高觀測儀及其觀測方法
技術領域：
本發明涉及一種采礦工程和巖體工程測試技術，尤其涉及一種井下采場 覆巖導高觀測的裝置及方法。
技術背景煤層開采后頂板覆巖要受到相應的破壞，這種破壞對于水體下采煤或者 承壓水上下采煤的影響特別嚴重，因為頂板覆巖的裂隙帶如果波及到水源 時，煤礦就會發生水體潰入。導水裂隙帶的高度可以根據理論公式計算得 出，但是由于巖層參數的求取非常復雜以及計算公式的誤差，公式推導的導 水裂隙帶高度會有很大誤差。因此，煤礦井下導水裂隙帶的現場觀測為一種 最為可靠的方法，同時可以驗證公式計算的正確性。傳統的方法是地面鉆孔沖洗液消耗量觀測法，即從地面向采空區打鉆， 根據鉆進過程中鉆孔循環沖洗液消耗量的變化情況來判斷導水裂隙帶的高 度。這種方法工程量大，工藝復雜，觀測結果的準確性和可靠性也不高，而 且特別受環境影響嚴重，當地表有水體時，在水體中打鉆孔觀測極為困難。已有的井下仰斜鉆孔雙端堵水器導高觀測專利技術，它是在采空區周圍 適當位置，向采場上覆巖層打仰斜鉆孔穿透導水裂隙帶，使用雙端堵水器， 在鉆孔內封堵分隔出一段巖層，實現對采場覆巖每一層位巖層分段注水探 測，觀測其導水性能，最終找出導水裂隙帶上限。但是由于其每次只能分隔 出一段巖層，然后觀測注水漏失量(注水量)，每次都要經過雙端堵水器推移、起脹、注水調壓和測試一個完整的工作過程；注水壓力和膠嚢起脹壓力 需要人工手動控制；且堵水器內起脹管路采用內連接方式，儀器結構復雜， 觀測工作效率較低。 發明內容本發明的目的是提供一種結構簡單、使用方便、觀測效率高的井下導高 觀測儀及其觀測方法。本發明的目的是通過以下技術方案實現的本發明的井下導高觀測儀，包括堵水器，所述的堵水器有多個，且多個 堵水器通過注水管路串聯在一起，相鄰兩個堵水器之間的注水管路上設有注 水口 ，所述注水管路的一端連接有注水控制臺；所述多個堵水器之間通過外連接管路相互連通并與起脹管路連接，所述 起脹管路的一端連接有起脹控制臺。所述的堵水器內設有金屬骨架，所述金屬骨架上設有通氣腔和通水腔， 所述注水管路通過通水腔將多個堵水器串聯在一起；所述通氣腔通過外連接接頭與所述外連接管路連接，且所述通氣腔與堵 水器的內腔相通。所述的堵水器包括外層保護膠嚢和內層封堵膠嚢，所述外層保護膠嚢和 內層封堵膠嚢的兩端分別套在金屬骨架上，并且通過封閉環將外層保護膠嚢 和內層封堵膠嚢緊密壓在金屬骨架上，實現密封。所述的注水控制臺包括注水控制裝置，所述注水控制裝置可根據注水管 路內的實際壓力與設定壓力的差值控制注水流量。所述的起脹控制臺設有壓力控制裝置，所述的壓力控制裝置可根據設定 的壓力控制起脹管路內的起脹壓力。還包括自動控制裝置，所述自動控制裝置可根據設定值自動控制注水流 量和/或起脹壓力。所述注水口"i殳有電動閥門，用于控制注水口的打開或關閉。本發明的應用上述的井下導高觀測儀進行井下覆巖導高觀測的方法，包 括步驟A、 在需要觀測的覆巖上打鉆孔；B、 將串聯在一起的多個堵水器推入鉆孔中的預定位置；C、 通過起脹控制臺設定起脹壓力，并向起脹管路內通入氣體，使多個 堵水器膨脹并達到設定的壓力，將所述鉆孔封堵為多段；D、 通過注水控制臺設定注水壓力，并向注水管路注水，打開需觀測位 置上的注水管路上的注水口 ，根據注水管路內的實際壓力與設定壓力的差值調節注水流量；E、 待注水壓力達到設定壓力并穩定后，記錄注入該段巖層中注水量；F、 根據所測得的各段巖層的注水量，分析覆巖內部裂隙的發育狀況。 由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明所述的井下導高觀測儀及其觀測方法，由于包括多個堵水器，且多個堵水器通過注水管路串聯在一 起，相鄰兩個堵水器之間的注水管路上設有注水口，注水管路的一端連接有 注水控制臺；多個堵水器之間通過外連接管路相互連通并與起脹管路連接， 起脹管路的一端連接有起脹控制臺。使用時，首先在需要觀測的覆巖上鉆 孔；然后將串聯在一起的多個堵水器推入鉆孔中的預定位置；再向起脹管路 內通入氣體，將一段鉆孔封堵為多段；而后通過注水管路注水，并依次開啟 相鄰兩個堵水器之間注水管路上的注水口，記錄該段巖層的注水量(漏失 量)，根據巖層的注水量(漏失量)，分析該段巖層的裂隙發育狀況。該發 明結構簡單、使用方便，可以實現多段同時封堵，分段注水測漏，觀測效率 高，測量結果更加可靠。尤其適用于對井下覆巖裂隙滲透性觀測，也適用于 對其它場合的巖層進行觀測。


圖1為本發明的井下導高觀測儀應用狀態示意圖； 圖2為多個堵水器串聯的結構示意圖； 圖3為堵水器的結構示意圖； 圖4為圖3的A-A剖面示意圖。
具體實施方式
本發明井下導高觀測儀較佳的具體實施方式
如圖1所示，包括堵水器1， 所述的堵水器1有多個，且多個堵水器通過注水管路4串聯在一起，所述注水 管路4的一端連接有注水控制臺12。如圖2所示，相鄰兩個堵水1器之間的注水管路4上i殳有注水口13，注水 口13上裝有自動控制閥門(圖中未示出)，可以是電動閥門，也可以是其它 的自動控制閥門。所述多個堵水器1之間還通過外連接管路2相互連通并與起脹管路3連 接，所述起脹管路3的一端連接著起脹控制臺8，另一端連通著堵水器的起脹 膠嚢。起脹控制臺8設有壓力控制裝置，所述的壓力控制裝置可根據設定的壓力控制起脹管路3內的起脹壓力。起脹控制臺8還設有安全閥5、壓力表6、氣流過濾器7和泄放閥11等。 注水控制臺12設有注水控制裝置，所述注水控制裝置可根據注水管路4內的實際壓力與設定壓力的差值控制注水流量。注水控制臺12還"i殳有水壓計9、可控流量閥10和泄;改閥11等。本發明的具體實施方式
中還包括自動控制裝置，可根據設定值自動控制注水流量及起脹壓力。本發明井下導高觀測儀具體的使用方式是這樣的，將多個堵水器通過注水管路4串聯連接，注水管路4另一端與注水控制臺12連接形成注水系統，多個串聯堵水器1通過外連接管路2、起脹管路3與起脹控制臺8連接構成起脹封堵系統。首先將串聯在一起的多個堵水器1送入到鉆孔中的預定位置。準備工作 完成，可以進行測量纟喿作。打開起脹控制臺8上的氣源閥門(圖中未示出)，高壓氣源便會形成通 路，在此之前調整安全閥5，使起脹壓力達到設定值，這樣多個串聯堵水器1 的膠嚢會在設定的安全氣壓作用下同時起脹，而且多個堵水器1之間由于通 過外連接管路2相通，所以多個串聯堵水器1就將該段鉆孔一次封堵分隔成多 個小段。待堵水器1的膠嚢膨脹封孔之后，打開注水控制臺12上的水源閥門(圖 中未示出)，高壓水源便會形成通路。通過調節可控流量間10的額定值設定 注水壓力，此時注水控制臺12上的水壓計9顯示注水管路4內的壓力，當水壓計9顯示壓力與設定注水壓力相比較小時，自動控制裝置會自動控制可控流量閥10的流量加大，以加大流量來達到設定的注水壓力，反之，可控流量閥 10會自動減小流量，以減小流量達到額定注水壓力，從而達到自動控制注水 壓力的目的。由于本發明是一次性多段分隔封堵，依次多點測漏，在多個串聯堵水器 1之間的各段注水管路4中的注水口 13安設電動控制閥門，通過多芯電纜線連 到鉆孔外，對每個電動控制閥門進行單獨控制，從而達到分段控制、分段觀 測的目的。觀測時，設定起脹壓力和注水壓力，并且自動控制調節；通過電 動開關將待測段注水管的電動控制閥門打開，通過注水口 13向該段覆巖內注 水，當注水壓力達到設定值并且保持穩定后，通過可控流量閥10讀出水量漏 失量；然后保持堵水器1膨脹不變，關閉此段注水管路4的電動控制閥，將另 一個待測段注水管路4的電動控制閥打開，重新設定注水壓力，當水壓計9顯 示壓力達到設定注水壓力并且保持穩定后，通過可控流量閥10讀出水量漏失 量。同樣的方法將其它段測量完畢后，打開起脹控制臺8上的泄放閥11,堵 水器1氣壓降低后自動收縮。而后，將多個串聯堵水器推移到下一個待測位 置，移動過程中，注水控制臺12上的泄放閥11則不必打開，保留注水管路4 中的水，以節約時間和用水，待全部測量完畢后再將水》文掉。本發明具體實施例的堵水器1，如圖3、圖4所示，堵水器1的內部設有金 屬骨架16，金屬骨架16是金屬柱狀雙腔體，包括通氣腔21和通水腔22,通氣 腔21外通過外連接接頭15與外連接管路2或起脹管路3連接，通氣腔21內與堵 水器1的膠嚢內腔連接；注水管路4通過通水腔22將多個堵水器串聯連接。堵 水器1的膨脹部分由外層保護膠嚢19和內層封堵膠嚢20兩層構成，膠嚢均為 特制的高強度和高韌性橡膠制品，結構簡單，起脹封堵效果佳，膠嚢尺寸與 堵水器1的金屬骨架16是相互配合的，達到通用的目的。外層保護膠嚢19和 內層封堵膠嚢20套在金屬骨架16上，通過封閉環18將膠嚢緊密壓在金屬骨架 16,封閉至密封狀態。堵水器1的兩端的金屬骨架16上分別連接有保護擋塊17,所述保護擋塊 17的外徑大于堵水器1自然狀態下的外徑，當膠嚢收縮向上推進時，保護擋塊17保護外層保護膠嚢19免受磨損。本發明應用上述井下導高觀測儀觀測井下覆巖內部裂隙的方法，可以實 現一次多段分隔封堵，依次分段注水測漏。可以縮短測量時間，提高觀測效 率，測量結果可靠性高。具體包括步驟步驟1、在需觀測的覆巖上打鉆孔；步驟2、將串聯在一起的多個堵水器推入鉆孔中的預定位置；步驟3、通過起脹控制臺設定起脹壓力，并向起脹管路內通入壓氣，使多個堵水器膨脹并達到設定的壓力，將待測定的一段鉆孔封堵為多個小段； 步驟4、通過注水控制臺設定注水壓力，并向注水管3各注水，打開需觀測位置上的注水管路上的注水口 ，根據注水管路內的實際壓力與設定壓力的差值調節注水流量；步驟5、待注水壓力達到設定壓力并穩定后，記錄水的漏失量；步驟6、根據觀測獲得的鉆孔各位置巖層漏失量，分析覆巖內部裂隙發育狀況。實例有一鉆孔測試段總長30米，原來一次測量長度為1米，則需要將 堵水器移位30次，每次堵水器移位及鉆桿充水需8分，每小段測試需2分鐘， 每米測試共需用時10分，30米測試段共總需用時300分。本發明堵水器移位 一次可測試3小段，即測試鉆孔長度3米，則只需要將堵水器移位10次；每次 堵水器移位及鉆桿充水需8分，每小段測試需2分鐘，3小段測試共需3x2-6 分鐘，堵水器移位一次和測試3米共需用時8 + 6= 14分，30米長鉆孔測試則 共總需用時140分。可見，由于節省了堵水器移位及鉆桿充水時間，可提高 測量效率。另外，與以往的測試方法相比，該發明實現了氣壓和水壓自動調 節，提高了儀器自動化程度和儀器性能的可靠性，以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可 輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1. 一種井下導高觀測儀，包括堵水器，其特征在于，所述的堵水器有多個，且多個堵水器通過注水管路串聯在一起，相鄰兩個堵水器之間的注水管路上設有注水口，所述注水管路的一端連接有注水控制臺；所述多個堵水器之間通過外連接管路相互連通并與起脹管路連接，所述起脹管路的一端連接有起脹控制臺。
2、 根據權利要求1所述的井下導高觀測儀，其特征在于，所述的堵水器 內設有金屬骨架，所述金屬骨架上設有通氣腔和通水腔，所述注水管路通過 通水腔將多個堵水器串聯在一起；所述通氣腔通過外連接接頭與所述外連接管路連接，且所述通氣腔與堵 水器的內腔相通。
3、 根據權利要求2所述的井下導高觀測儀，其特征在于，所述的堵水器 包括外層保護膠嚢和內層封堵膠嚢，所述外層保護膠嚢和內層封堵膠嚢的兩 端分別套在金屬骨架上，并且通過封閉環將外層保護膠嚢和內層封堵膠嚢緊 密壓在金屬骨架上，實現密封。
4、 根據權利要求1所述的井下導高觀測儀，其特征在于，所述的注水控 制臺包括注水控制裝置，所述注水控制裝置可根據注水管路內的實際壓力與 設定壓力的差值控制注水流量。
5、 根據權利要求1所述的井下導高觀測儀，其特征在于，所述的起脹控 制臺設有壓力控制裝置，所述的壓力控制裝置可根據設定的壓力控制起脹管 路內的起脹壓力。
6、 根據權利要求4或5所述的井下導高觀測儀，其特征在于，還包括自 動控制裝置，所述自動控制裝置可根據設定值自動控制注水流量和/或起脹壓 力。
7、 根據權利要求1所述的井下導高觀測儀，其特征在于，所述注水口設 有電動閥門，用于控制注水口的打開或關閉。
8、 一種應用權利要求1至7所述的井下導高觀測儀進行井下覆巖導高觀測的方法，其特征在于，包括步驟A、 在需要觀測的覆巖上打鉆孔；B、 將串聯在一起的多個堵水器推入鉆孔中的預定位置；C、 通過起脹控制臺設定起脹壓力，并向起脹管路內通入氣體，使多個 堵水器膨脹并達到設定的壓力，將所述鉆孔封堵為多段；D、 通過注水控制臺i殳定注水壓力，并向注水管^^注水，打開需M^測位 置上的注水管路上的注水口 ，根據注水管路內的實際壓力與設定壓力的差值 調節注水流量；E、 待注水壓力達到設定壓力并穩定后，記錄注入該段巖層中注水量；F、 根據所測得的各段巖層的注水量，分析覆巖內部裂隙的發育狀況。
全文摘要
本發明公開了一種井下導高觀測儀及其觀測方法，包括多個串聯在一起的堵水器，相鄰兩個堵水器之間的注水管路上設有注水口，注水管路的一端連接有注水控制臺；多個堵水器之間通過外連接管路相互連通并連接有起脹管路。使用時，首先在需要觀測的覆巖中打鉆孔；然后將串聯在一起的多個堵水器推入鉆孔中的預定位置；向起脹管路內通入氣體，則將一段鉆孔封堵為幾段；再向注水管路中注水，同時依次開啟相鄰兩個堵水器之間注水管路上的注水口，向該段鉆孔所在巖層注水。最后根據各段巖層的注水滲流量，分析覆巖內部裂隙發育狀況。該發明結構簡單、使用方便，可以實現同時封堵，分段注水，多段測漏，提高觀測效率，而且測量結果可靠度高。
文檔編號E21B49/00GK101245701SQ200710099679
公開日2008年8月20日 申請日期2007年5月28日 優先權日2007年5月28日
發明者高延法 申請人:中國礦業大學(北京)