覆岩两带高度测试装置及其使用方法与流程

本发明涉及煤矿开采，尤其涉及一种覆岩两带高度测试装置及其使用方法。

背景技术：

1、煤层开采后上覆岩层中形成的垮落带、裂隙带和弯曲下沉带，简称为“上三带”，垮落带高度的确定是合理设计顶板高抽巷的布置层位和高抽钻孔的终孔层位的前提，并直接决定了工作面矿压显现强度；裂隙带高度是矿井顶板水害防治的关键参数。

2、当前煤矿主要采用的覆岩“三带”测试方法包括井下仰孔测漏法、微震监测、电法测试等，其中，井下仰孔测漏法原理简单，应用成熟，测试精度较高，其原理是覆岩“三带”的破坏程度与其透水性存在显著差异性，即垮落带水的漏失量大，裂隙带水的漏失量次之，弯曲下沉带水的漏失量很低。而在相关技术领域中，仰孔测漏方法所需要的测试设备和工艺流程繁琐复杂、效率低。

技术实现思路

1、本发明提供一种覆岩两带高度测试装置及及其使用方法，用以解决现有技术中井下仰孔测漏法所需要的测试设备和工艺流程繁琐复杂、效率低的缺陷，实现了测试设备及测试程序的简化，提高测试效率的同时保证测试精度。

2、本发明提供一种覆岩两带高度测试装置，包括：

3、封隔器，所述封隔器包括至少两个膨胀胶囊和至少一个定压开启阀，所述膨胀胶囊间隔设置于钻孔内，所述定压开启阀设于相邻的两个所述膨胀胶囊之间，且相邻的两个所述膨胀胶囊之间通过定压开启阀相串联连通，其中，所述膨胀胶囊的膨胀压力小于所述定压开启阀的开启压力；以及

4、探测注水系统，所述探测注水系统包括低压进水管路、监测控制组件和高压送水管路，所述监测控制组件设于所述低压进水管路上，所述高压送水管路一端与所述封隔器连接，另一端与所述低压进水管路连接，所述监测控制组件用于检测和控制所述探测注水系统的流量和压力。

5、根据本发明提供的一种覆岩两带高度测试装置，所述覆岩两带高度测试装置包括第一膨胀胶囊和第二膨胀胶囊，所述第一膨胀胶囊和所述第二膨胀胶囊朝向相对的一端延伸有第一凸出段和第二凸出段，所述定压开启阀活动连接于所述第一凸出段和所述第二凸出段之间。

6、根据本发明提供的一种覆岩两带高度测试装置，所述高压送水管路为高压密封钻杆，所述第一膨胀胶囊背离所述第二膨胀胶囊的一端设有密封接口，所述高压密封钻杆通过所述密封接口与所述封隔器连通。

7、根据本发明提供的一种覆岩两带高度测试装置，所述封隔器还包括螺丝扣，所述螺丝扣连接于所述第一凸出段和所述第二凸出段之间，所述螺丝扣用于调节所述定压开启阀的开启阀值。

8、根据本发明提供的一种覆岩两带高度测试装置，所述探测注水系统还包括水变段，所述水变段连接于所述高压密封钻杆和所述低压进水管路之间。

9、根据本发明提供的一种覆岩两带高度测试装置，所述监测控制组件包括第一球形阀门、第二球形阀门、流量计和压力表，所述第一球形阀门设于所述高压密封钻杆的进水端，所述第一球形阀门用于控制所述高压密封钻杆的进水流量；所述第二球形阀门设于所述低压进水管路的进水端，所述第二球形阀门用于控制所述低压进水管路的进水流量，所述流量计和所述压力表分别用于检测所述探测注水系统的流量和水压。

10、本发明还提供一种覆岩两带高度测试装置的使用方法，包括如下步骤：

11、s10：在岩层中开设钻孔；

12、s20：根据开设的钻孔和封隔器的长度确定分段距离，由孔口向孔底顺序依次分段开展测试；

13、s30：将预先装配的覆岩两带高度测试装置安装在钻孔的指定位置，开启第二球形阀门，当水压缓慢升至第一膨胀胶囊和第二膨胀胶囊的起胀压力后，完成对孔段的封堵；继续保持注水，使压力达到定压开启阀开启值；随着继续测试，为克服静水压力，垂高每增加10m，定压开启阀开启值相应增加0.1mpa；

14、s40：根据压力表和流量计的测量数值，待测试孔段内的水充满且流量稳定后，调节第二球形阀门，使封隔器出水压力保持在定压开启阀开启值；用秒表计时，每隔3min记录相应的水流量和总注水量，单次共记录3～5组数据；

15、s50：打开封隔器的泄压阀，第一膨胀胶囊和第二膨胀胶囊卸压收缩，将覆岩两带高度测试装置移动至钻孔的下一段并重复s20至s40步骤直至压裂完成。

16、根据本发明提供的一种覆岩两带高度测试装置的使用方法，在进行分段测试前还包括调节封隔器的出水压力，其中，所述调节封隔器的出水压力包括如下步骤：

17、s100：将内径为80mm的两个铁套筒分别套至第一膨胀胶囊和第二膨胀胶囊处；

18、s200：打开第一球形阀门，使水流进入封隔器，控制进水量和观测压力表，当第一膨胀胶囊和第二膨胀胶囊紧密充满各个铁套筒时，关闭第一球形阀门，记录下压力表的压力阀值；

19、s300：打开第一球形阀门，继续向封隔器内注水，当封隔器发生出水，保持压力稳定1min，记录下出水压力值，关闭第一球形阀门；

20、s400：当测得的定压开启阀的出水压力与井下供水管路压力、钻孔垂高不相匹配时，通过控制螺丝扣松紧，调节定压开启阀至合适值。

21、根据本发明提供的一种覆岩两带高度测试装置的使用方法，在进行分段测试前还包括封隔器的密封性实验，所述封隔器的密封性实验包括如下步骤：

22、s1：启动钻机将封隔器缓慢推送至钻孔孔口段，以封隔器与高压密封钻杆的接口处正对孔口为准；

23、s2：打开第二球形阀门，注视压力表，调节第二球形阀门的开度，使压力值达到第一膨胀胶囊和第二膨胀胶囊的起胀压力值，使得第一膨胀胶囊和第二膨胀胶囊紧密封堵钻孔；关闭第一球形阀门，保持10min，观察压力表的压力值，若压力值稳定且钻孔内无水流或滴水，则密封良好；

24、s3：继续开启第二球形阀门，注视压力表，使压力值升至安全阀调定压力，注意此时水流量的变化，关闭第一球形阀门，保持10min，观察压力表的压力值，若压力值稳定且钻孔内无水流或滴水，则密封良好；

25、s4：密封性试验完毕后，打开封隔器的泄压阀，准备开始测试。

26、本发明提供的一种改进型覆岩两带高度测试装置包括封隔器和探测注水系统，所述封隔器包括至少两个膨胀胶囊和至少一个定压开启阀，所述膨胀胶囊间隔设置于钻孔内，所述定压开启阀设于相邻的两个所述膨胀胶囊之间，且相邻的两个所述膨胀胶囊之间通过定压开启阀相串联连通，其中，所述膨胀胶囊的膨胀压力小于所述定压开启阀的开启压力；所述探测注水系统包括低压进水管路、监测控制组件和高压送水管路，所述监测控制组件设于所述低压进水管路上，所述高压送水管路一端与所述封隔器连接，另一端与所述低压进水管路连接，所述监测控制组件用于检测和控制所述探测注水系统的流量和压力。本申请通过封隔器设置成多个个膨胀胶囊定压开启阀的连接设置，取消专门的注水管路和稳压泵，而是利用井下供水管路的自然水压，探测注水系统则用于测量和控制水流的流量和压力，简便有效测试覆岩两带发育高度，简化了测试装备和工艺流程，提高测试效率。

技术特征：

1.一种覆岩两带高度测试装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的覆岩两带高度测试装置，其特征在于，所述覆岩两带高度测试装置包括第一膨胀胶囊和第二膨胀胶囊，所述第一膨胀胶囊和所述第二膨胀胶囊朝向相对的一端延伸有第一凸出段和第二凸出段，所述定压开启阀活动连接于所述第一凸出段和所述第二凸出段之间。

3.根据权利要求2所述的覆岩两带高度测试装置，其特征在于，所述高压送水管路为高压密封钻杆，所述第一膨胀胶囊背离所述第二膨胀胶囊的一端设有密封接口，所述高压密封钻杆通过所述密封接口与所述封隔器连通。

4.根据权利要求3所述的覆岩两带高度测试装置，其特征在于，所述封隔器还包括螺丝扣，所述螺丝扣连接于所述第一凸出段和所述第二凸出段之间，所述螺丝扣用于调节所述定压开启阀的开启阀值。

5.根据权利要求3或4中任意一项所述的覆岩两带高度测试装置，其特征在于，所述探测注水系统还包括水变段，所述水变段连接于所述高压密封钻杆和所述低压进水管路之间。

6.根据权利要求5所述的覆岩两带高度测试装置，其特征在于，所述监测控制组件包括第一球形阀门、第二球形阀门、流量计和压力表，所述第一球形阀门设于所述高压密封钻杆的进水端，所述第一球形阀门用于控制所述高压密封钻杆的进水流量；所述第二球形阀门设于所述低压进水管路的进水端，所述第二球形阀门用于控制所述低压进水管路的进水流量，所述流量计和所述压力表分别用于检测所述探测注水系统的流量和水压。

7.一种覆岩两带高度测试装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7的覆岩两带高度测试装置的使用方法，其特征在于，在进行分段测试前还包括调节封隔器的出水压力，其中，所述调节封隔器的出水压力包括如下步骤：

9.根据权利要求7的覆岩两带高度测试装置的使用方法，其特征在于，在进行分段测试前还包括封隔器的密封性实验，所述封隔器的密封性实验包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及煤矿开采技术领域，提供一种覆岩两带高度测试装置及其使用方法，其中，覆岩两带高度测试装置包括封隔器和探测注水系统，封隔器包括至少两个膨胀胶囊和至少一个定压开启阀，膨胀胶囊间隔设置于钻孔内，定压开启阀设于相邻的两个膨胀胶囊之间，且相邻的两个膨胀胶囊之间通过定压开启阀相串联连通，膨胀胶囊的膨胀压力小于定压开启阀的开启压力；探测注水系统包括低压进水管路、监测控制组件和高压送水管路，监测控制组件设于低压进水管路上，高压送水管路的一端与封隔器连接，另一端与低压进水管路连接，监测控制组件用于检测和控制探测注水系统的流量和压力。本申请实现了测试设备及测试程序的简化，提高测试效率的同时保证测试精度。

技术研发人员：李鹏,李正杰,梁士昌,张震,王宾昌,黄志增,袁峰,刘前进,白建飞,高晓进,魏伟
受保护的技术使用者：中煤陕西榆林能源化工有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15