一种用于地应力测量的测向装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种用于地应力测量的测向装置，测向装置为三通道独立测量测向装置，包括第一测量通道、第二测量通道、第三测量通道、通道选择切换开关、供电电源和存储器；供电电源通过通道选择切换开关分别与第一测量通道、第二测量通道和第三测量通道连接；通道选择切换开关还与存储器连接；第一测量通道包括串联的地磁测量模块、第一信号调理电路和第一模数转换器；第二测量通道包括串联的倾角测量模块、第二信号调理电路和第二模数转换器；第三测量通道包括串联的旋转角测量模块、第三信号调理电路和第三模数转换器。可以同时在垂直孔，水平孔和斜孔中进行地应力测量的定向工作，具有应用范围广的优点。
【专利说明】—种用于地应力测量的测向装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于地应力测量【技术领域】，具体涉及一种用于地应力测量的测向装置。
【背景技术】
[0002]随着我国采矿、隧道、水利水电、地热能开发和核废料处置等工程的持续增加，岩爆、巷道变形、高边坡失稳等一系列问题愈加突出，因此，开展地应力测量，探知地壳应力状态具有重要现实意义，可为地球动力学研究、断裂活动性研究和地质灾害预警研究提供重要的科学依据。
[0003]水压致裂法是70年代发展起来的一种地应力测量方法，该方法是国际岩石力学学会试验方法委员会颁布的确定岩石应力所推荐的方法之一，是目前国际上能较好地直接进行深孔应力测量的先进方法。
[0004]在传统的水压致裂地应力测量中，压裂裂缝的测量较多地使用带有定向器的印模器。印模器为外表面包裹一层可塑性橡皮或类似材料的设备，将印模器连同加压管路一起送入井下压裂段部位，然后将印模器加压膨胀，以便使水压致裂产生的钻孔壁上所有压裂裂隙均印在印模器上，此印痕可保持足够时间，以便将印模器提至井上后可记录下来。另夕卜，由于印模器底部安装有定向器，通过定向器记录的数据确定压裂裂缝的方位。
[0005]具体的，在进行垂直孔测量时，印模器底部安装的定向器为电子罗盘，通过电子罗盘测量压裂裂隙的地磁方向角；在进行水平孔测量时，印模器底部安装的定向器为图像采集设备，运用机械重锤和使用图像采集设备定时拍照显影的方法获取裂隙与水平面的夹角；在进行斜孔测量时，通过多种仪器综合使用判断裂隙的方位角，俯仰角和滚转角。
[0006]由此可见，使用传统的定向器确定压裂裂缝的方位时，需要根据孔的方向选取不同的测量仪器，具有通用性低和操作繁琐的问题；尤其当测量环境为含铁类矿藏或者大型构建干扰时，电子罗盘等定向器会失效，从而导致测量失败。
实用新型内容
[0007]针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种用于地应力测量的测向装置，用以解决上述问题。
[0008]本实用新型采用的技术方案如下:
[0009]本实用新型提供一种用于地应力测量的测向装置，该测向装置为三通道独立测量测向装置，包括第一测量通道、第二测量通道、第三测量通道、通道选择切换开关、供电电源和存储器；所述供电电源通过所述通道选择切换开关分别与所述第一测量通道、所述第二测量通道和所述第三测量通道连接；所述通道选择切换开关还与所述存储器连接；
[0010]其中，所述第一测量通道包括串联的地磁测量模块、第一信号调理电路和第一模数转换器；
[0011]所述第二测量通道包括串联的倾角测量模块、第二信号调理电路和第二模数转换器；
[0012]所述第三测量通道包括串联的旋转角测量模块、第三信号调理电路和第三模数转换器。
[0013]优选的，所述地磁测量模块包括互相垂直的X向地磁传感器、Y向地磁传感器和Z向地磁传感器；
[0014]所述倾角测量模块包括互相垂直的X向加速度传感器、Y向加速度传感器和Z向加速度传感器；
[0015]所述旋转角测量模块包括互相垂直的X向陀螺仪、Y向陀螺仪和Z向陀螺仪。
[0016]优选的，所述地磁传感器为磁阻传感器或磁通门传感器。
[0017]优选的，所述陀螺仪为角速度传感器。
[0018]优选的，所述通道选择切换开关包括第一开关、第二开关和第三开关；所述第一开关安装在所述第一测量通道到所述供电电源之间的供电线路上；所述第二开关安装在所述第二测量通道到所述供电电源之间的供电线路上；所述第三开关安装在所述第三测量通道到所述供电电源之间的供电线路上。
[0019]优选的，所述第一测量通道、所述第二测量通道、所述第三测量通道、所述通道选择切换开关、所述供电电源和所述存储器集成为一个测向电路板。
[0020]优选的，所述测向装置还包括铜管；所述测向电路板置于所述铜管的内壁，且与所述铜管固定连接；或者，所述测向电路板固定到保护架上，再将已固定有所述测向电路板的保护架固定到所述铜管内壁上。
[0021]本实用新型提供的用于地应力测量的测向装置，具有以下优点:
[0022](I)可以同时在垂直孔，水平孔和斜孔中进行地应力测量的定向工作，尤其适用于采用水压致裂法进行地应力测量的工作中，具有应用范围广的优点；
[0023](2)测向装置具有体积小巧，便于野外携带的优点；
[0024](3)测向装置内置三种可独立工作的测向装置，分别为地磁测量模块、倾角测量模块和旋转角测量模块，并且，各测量模块的测量结果可以互相复核，提高了测向的精度和装置的可靠性；
[0025](4)由于引入了旋转角测量模块，使得测向装置可以在有铁矿或者其它磁场干扰源的环境下可靠工作，提高了测向装置的环境适应性。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本实用新型提供的用于地应力测量的测向装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]以下结合附图对本实用新型进行详细说明:
[0028]如图1所示，本实用新型提供一种用于地应力测量的测向装置，可同时在垂直孔、水平孔和斜孔地应力测量中使用，该测向装置为三通道独立测量测向装置，包括第一测量通道、第二测量通道、第三测量通道、通道选择切换开关、供电电源和存储器；供电电源通过通道选择切换开关分别与第一测量通道、第二测量通道和第三测量通道连接；通道选择切换开关还与存储器连接；
[0029]其中，第一测量通道包括串联的地磁测量模块、第一信号调理电路和第一模数转换器；另外，根据实际应用需求，地磁测量模块可以为互相垂直的X向地磁传感器、Y向地磁传感器和Z向地磁传感器；其中，地磁传感器选用磁阻传感器或磁通门传感器；
[0030]第二测量通道包括串联的倾角测量模块、第二信号调理电路和第二模数转换器；倾角测量模块可以选用互相垂直的X向加速度传感器、Y向加速度传感器和Z向加速度传感器；
[0031]第三测量通道包括串联的旋转角测量模块、第三信号调理电路和第三模数转换器。旋转角测量模块可以选用互相垂直的X向三轴陀螺仪、Y向三轴陀螺仪和Z向三轴陀螺仪；三轴陀螺仪可以为角速度传感器；
[0032]通道选择切换开关用于控制当前被启用的测量通道。通道选择切换开关包括第一开关、第二开关和第三开关；第一开关安装在第一测量通道到供电电源之间的供电线路上；第二开关安装在第二测量通道到供电电源之间的供电线路上；第三开关安装在第三测量通道到供电电源之间的供电线路上。
[0033]存储器用于存储各测量通道的测量值；
[0034]本实用新型中，第一测量通道、第二测量通道、第三测量通道、通道选择切换开关、供电电源和存储器集成为一个测向电路板。然后，将测向电路板置于铜管的内壁，且与铜管固定连接；或者，也可以将测向电路板固定到保护架上，再将已固定有测向电路板的保护架固定到铜管内壁上。
[0035]本实用新型提供的上述测向装置的测向方法为:
[0036]SI，测量前，在地面组装得到上述的测向装置；
[0037]S2，对于SI的测向装置，当将测向电路板固定到铜管内壁上之后，在铜管的两端安装防水密封件；
[0038]S3，将S2得到的测向装置安装到印模器的底部，然后将安装有测向装置的印模器通过缆车或者钻杆送入井下压裂段部位，将印模器加压膨胀，保持一定时间的膨胀压力后，裂隙将在印模器上留下印痕，测向装置进行测向工作，具体为:
[0039]当进行垂直孔地应力测量时，启动第一测量通道，通过地磁测量模块记录不同时刻测向装置的轴线在水平面的投影的地磁方位角(Azimuth Angle)并存储到存储器中；
[0040]当进行水平孔地应力测量时，启动第二测量通道，通过倾角测量模块记录不同时刻测向装置沿自身轴线旋转的角度即滚转角(Roll Angle)，以及，记录不同时刻测向装置轴线与水平面的夹角即俯仰角(Pitch Angle);然后将滚转角和俯仰角存储到存储器中；
[0041]当进行斜孔地应力测量时，联合启动第一测量通道和第二测量通道，使用地磁测量模块记录不同时刻的地磁方向角，以及，使用倾角测量模块记录不同时刻的滚转角和俯仰角，然后将地磁方向角、滚转角和俯仰角存储到存储器中；
[0042]S4，测量完成后，取出测向装置，从存储器中读取各测量通道所测量的数据，对水压致裂法产生的压裂裂缝进行定向。
[0043]在地应力测量过程中，尤其是采用水压致裂法测量深孔地应力时，已有的测量过程较繁琐，测向装置需要依靠缆车或者接续的钻杆进入深孔，不计测量时间，有时仅仅放入和取出设备的时间就需要几十个小时；由此可见，如果一次测量失败，将会导致巨大的时间和金钱损失。而本实用新型中，将地磁测量模块、倾角测量模块和旋转角测量模块集成到一个统一的测向装置中，使得测向装置可以适用于多种工况，提高了地应力测量工作中裂隙定向的工作效率和测量结果的准确性，解决了地应力测量中裂隙定向程序繁琐，设备落后的问题，具体具有以下优点:
[0044](I)可以同时在垂直孔，水平孔和斜孔中进行地应力测量的定向工作，尤其适用于采用水压致裂法进行地应力测量的工作中，具有应用范围广的优点；
[0045](2)测向装置具有体积小巧，便于野外携带的优点；
[0046](3)测向装置内置三种可独立工作的测向装置，分别为地磁测量模块、倾角测量模块和旋转角测量模块，并且，各测量模块的测量结果可以互相复核，提高了测向的精度和装置的可靠性；
[0047](4)由于引入了旋转角测量模块，使得测向装置可以在有铁矿或者其它磁场干扰源的环境下可靠工作，提高了测向装置的环境适应性。
[0048]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种用于地应力测量的测向装置，其特征在于，该测向装置为三通道独立测量测向装置，包括第一测量通道、第二测量通道、第三测量通道、通道选择切换开关、供电电源和存储器；所述供电电源通过所述通道选择切换开关分别与所述第一测量通道、所述第二测量通道和所述第三测量通道连接；所述通道选择切换开关还与所述存储器连接； 其中，所述第一测量通道包括串联的地磁测量模块、第一信号调理电路和第一模数转换器； 所述第二测量通道包括串联的倾角测量模块、第二信号调理电路和第二模数转换器； 所述第三测量通道包括串联的旋转角测量模块、第三信号调理电路和第三模数转换器。
2.根据权利要求1所述的用于地应力测量的测向装置，其特征在于，所述地磁测量模块包括互相垂直的X向地磁传感器、Y向地磁传感器和Z向地磁传感器； 所述倾角测量模块包括互相垂直的X向加速度传感器、Y向加速度传感器和Z向加速度传感器； 所述旋转角测量模块包括互相垂直的X向陀螺仪、Y向陀螺仪和Z向陀螺仪。
3.根据权利要求2所述的用于地应力测量的测向装置，其特征在于，所述地磁传感器为磁阻传感器或磁通门传感器。
4.根据权利要求2所述的用于地应力测量的测向装置，其特征在于，所述陀螺仪为角速度传感器。
5.根据权利要求1所述的用于地应力测量的测向装置，其特征在于，所述通道选择切换开关包括第一开关、第二开关和第三开关；所述第一开关安装在所述第一测量通道到所述供电电源之间的供电线路上；所述第二开关安装在所述第二测量通道到所述供电电源之间的供电线路上；所述第三开关安装在所述第三测量通道到所述供电电源之间的供电线路上。
6.根据权利要求1-5任一项所述的用于地应力测量的测向装置，其特征在于，所述第一测量通道、所述第二测量通道、所述第三测量通道、所述通道选择切换开关、所述供电电源和所述存储器集成为一个测向电路板。
7.根据权利要求6所述的用于地应力测量的测向装置，其特征在于，所述测向装置还包括铜管；所述测向电路板置于所述铜管的内壁，且与所述铜管固定连接；或者，所述测向电路板固定到保护架上，再将已固定有所述测向电路板的保护架固定到所述铜管内壁上。
【文档编号】G01C1/00GK203929058SQ201420340668
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】张策, 李兵, 侯砚和, 张志国, 郭啟良 申请人:中国地震局地壳应力研究所