小孔徑水壓致裂地應力測試裝置的製作方法
2024-04-11 19:53:05
專利名稱：小孔徑水壓致裂地應力測試裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種地應力測試裝置，具體地是一種小孔徑水壓致裂法測試在巷道或硐室的原巖應力的裝置。
技術背景以往採用的測原巖應力的方法包括有應力解除法、井壁崩落法、井下微地震波法等。用應力解除法測試原巖應力，測孔深必須超出15米，在此深度孔內貼有應變片，再鑽一個更大的同心孔將貼片解壓進行測定。實際上操作十分困難，尤其是在煤礦、巷道周圍巖石為水成巖，用應力解除法測試原巖應力，很難保持巖芯完整，往往造成測試失敗。而用其他測試方法，其設備大多適用於野外作業，很難在巷道或硐室測試原巖應力和巖性。
發明目的本實用新型目的在於提供一種可在巷道或硐室環境下，在有可燃性氣體環境中，用水壓致裂法進行小孔徑測試原巖地應力的裝置，並為巷道支護設計提供所需原巖的應力狀態和巖性數據。
本實用新型目的是這樣實現的一種小孔徑水壓致裂地應力測試裝置，包括有隔爆電機驅動的超高壓泵站，其特徵在於超高壓泵站的油管道與儲能器相連接，儲能器的另一端連接有五通管，在五通管上還連接有靜壓水進水管路、可攜式數據採集分析裝置、壓力表和高壓供水管路，高壓供水管路的注水管伸進到壓裂段內；同時在原巖孔內壓裂段的上、下位置處設置有封隔器，封隔器通過軟管與高壓手動泵站相連接。
儲能器內設置有活塞，活塞將儲能器分為油腔和水腔，所述的進油管與超高壓泵站的油管連接，所述的出水管與五通管的水管相連接。
高壓供水管路包括有一個注水管，水管外套有安裝卡口；所述的安裝卡口與一個螺栓安裝接口相連接，所述的卡口與接口之間設置有密封圈。
在高壓供水管路中設置有液壓提升裝置，它包括有注射槍，裝有液壓油的液壓缸，活塞杆，限位卡塊，加載-卸載兩用閥。
注水管上還設置有卡塊和託盤限位塊。
本實用新型可在巷道或硐室環境下，在有可燃性氣體環境中用水壓致裂法測試原巖地應力，測試設備投資低，操作簡單，並採用可攜式數據採集分析裝置，可在現場進行監視，測試結果分析快速，並為巷道支護設計提供所需原巖的應力狀態和巖性數據。
圖1為本實用新型的結構示意圖。
圖2為儲能器的結構示意圖。
圖3為注水管的結構示意圖。
圖4為提升裝置的結構示意圖，圖中a初始位置，b伸出活塞杆，c收回活塞杆，d接長水管。
圖5為測試巖石壓裂條紋方位的示意圖。
圖6為定位器的外形結構圖。
其中1超高壓泵站，2儲能器，3靜壓水進水管路，4五通管，5壓力傳感器，6可攜式數據採集分析裝置、7高壓手動泵站，8高壓軟管，9高壓供水管路，10注水管，11封隔器，12巖石壓裂段，13託盤，14注射槍，15卡塊，16液壓缸，17活塞杆，18加-卸載兩用閥，19密封圈，20卡口，21出水管，22活塞，23進油管，24接頭，25加長管，26印模器，27定位器，28電池，29指南針，30定時器，31照相機。
實施例說明一種小孔徑水壓致裂地應力測試裝置，包括有隔爆電機驅動的超高壓泵站1，超高壓泵站1的管道與儲能器2相連接，儲能器2的一端連接有五通管4，在五通管4上還連接有靜壓水進水管路3、可攜式數據採集分析裝置6、壓力表和高壓供水管路9；同時，在原巖孔內壓裂段12的上、下位置處設置有封隔器11，封隔器11通過軟管8與高壓手動泵站7的管路相連接。
在儲能器2內設置有活塞22，活塞22將儲能器2分為油腔和水腔，所述的進油管23與超高壓泵站1的油管相連接，所述的出水管21與五通管4的水管相連接。活塞22的作用是將油、水隔離，傳遞壓力為40MPA的液壓，同時防止油、水兩種介質直接接觸，在高壓作用下乳化腐蝕泵體，保證泵正常運轉和高壓泵的壽命。
高壓供水管路9包括有一個注水管10，水管10的外套安裝有卡口20，所述的安裝卡口與一個螺栓安裝接口相連接；所述的卡口20與接頭24之間設置有密封圈19。
在高壓供水管路9中還設置有液壓提升裝置，液壓提升裝置是為了安裝封隔器11、印模器26、定向器27和注水管10設計的。提升裝置包括有注射槍14，液壓缸16，在液壓缸內設有活塞杆17，限位卡塊以及加載-卸載兩用閥18。
在注水管10上設置有卡塊15和託盤限位塊13，提升裝置必須有卡塊和託盤限位，以便拖住水管，便於安裝、拆卸水管。在注水管10上還設置有加長進水管24。圖4中的a、b、c、d表示提升裝置的使用狀態。
本實用新型適用於井下電壓的隔爆電機驅動的高壓電動泵1，可在含有可燃氣體環境中安全運行。在測試中，首先打開五通管4上的球型截至閥，在靜壓水壓力的推動下，儲能器2內的活塞22推動液壓油返回到泵體的油箱內，水充滿在儲能器2內，同時水通過注水管10充滿封隔器5之間的壓裂段12巖孔中，在壓裂段12巖孔充滿水後，關閉進入水口的球型截至閥；搬動手動泵7通過高壓軟管8給封隔器5加壓，使封隔器5的膠囊與巖壁密封，壓裂段12形成了密封的空間，使停留在壓裂段12內水在高壓密封作用下不外洩。
啟動隔爆電機驅動的超高壓泵站1的電動泵，向儲能器2注入高壓油，高壓油推動活塞22，又將儲存在儲能器2中的高壓水推入到巖孔的壓裂段12中，此時在五通管4上的安裝有壓力傳感器5和可攜式數據採集分析裝置6記錄上述數據，並通過不同的進水壓力值進行採集，即可對上述數據進行現場分析，測得巖石的地應力。煤礦、井下巷道一般高3-3.5米，受空間限制，用水壓致裂法進行原巖和巖性測試，只能用小鑽機打孔，小孔徑封隔器與印模器應能適應直徑為56毫米的鑽孔。本水壓致裂測試裝置必須小型化，該裝置可在有可燃氣體和在灰塵、潮溼惡劣的環境下工作。
在實施例中，本實用新型還可以進行確定巖石壓裂條紋的方位，在印模器265的上端裝有定位儀27，定位儀27由電池電源28、指南針29、定時器30和照相機31四個部分構成(詳見附圖5、6)。
權利要求1.一種小孔徑水壓致裂地應力測試裝置，包括有隔爆電機驅動的超高壓泵站，其特徵在於超高壓泵站的油管道與儲能器相連接，儲能器的另一端連接有五通管，在五通管上還連接有靜壓水進水管路、可攜式數據採集分析裝置、壓力表和高壓供水管路，高壓供水管路的注水管伸進到壓裂段內；在原巖孔內壓裂段上、下位置處設置有封隔器，封隔器通過軟管與高壓手動泵站相連接。
2.根據權利要求1所述的小孔徑水壓致裂地應力測試裝置，其特徵在於儲能器內設置有活塞，活塞將儲能器分為油腔和水腔，所述的進油管與超高壓泵站的油管連接，所述的出水管與五通管的水管相連接。
3.根據權利要求1所述的小孔徑水壓致裂地應力測試裝置，其特徵在於高壓供水管路包括有一個注水管，水管外套有安裝卡口；所述的卡口與一個螺栓安裝接口相連接，卡口與接口之間設置有密封圈。
4.根據權利要求3所述的小孔徑水壓致裂地應力測試裝置，其特徵在於在高壓供水管路中設置有液壓提升裝置，它包括有注射槍，裝有液壓油的液壓缸，活塞杆，限位卡塊，加載-卸載兩用閥。
5.根據權利要求3所述的小孔徑水壓致裂地應力測試裝置，其特徵在於注水管上還設置有卡塊和託盤限位塊。
專利摘要本實用新型涉及的是一種小孔徑水壓致裂法測試在巷道或硐室的原巖應力的裝置。它包括有超高壓泵站，超高壓泵站的油管與儲能器相連接，儲能器的水管連接有五通管，在五通管上連接有靜壓水進水管路和高壓供水管路，高壓供水管路的注水管伸進到壓裂段內；在原巖孔內壓裂段內設置有封隔器封閉壓裂段的注水。電動泵向儲能器注入高壓油推動活塞，將高壓水推入到巖孔的壓裂段中，通過五通管上的可攜式數據採集分析裝置測得巖石的地應力。該測試設備投資低，操作簡單，在現場進行監視，測試結果分析快速，可在巷道或硐室環境下，在有可燃性氣體環境中測試原巖地應力，並為巷道支護設計提供所需原巖的應力狀態和巖性數據。
文檔編號F15B3/00GK2643300SQ0325702
公開日2004年9月22日 申請日期2003年4月21日 優先權日2003年4月21日
發明者康紅普, 衣憲章, 李首濱 申請人:天地科技股份有限公司