一种钻孔注水试验系统的制作方法

1.本发明属于钻孔注水检测技术领域，涉及钻孔注水装置，具体为一种钻孔注水试验系统。


背景技术：

2.开采引起覆岩移动变形破坏形成的导水裂隙，可能使位于开采影响范围对应地表沟谷内的溪流或洪流等地表水和侏罗系老空水溃入井下，存在河流及老空复合水体的威胁，不但严重危及矿井安全生产，而且严重损害矿区生态环境，在多煤层大采高开采条件下，这种危害表现的更为突出。为了保证石炭系煤层在侏罗纪老空水、地表水复合水底下的安全，需要研究双系煤层开采条件下导水裂隙带发育规律，而钻孔注水试验是该项研究中的重要试验部分，研究一种钻孔注水试验仪器对导水裂隙带发育规律的研究具有重大意义。


技术实现要素：

3.本发明旨在解决缺少一种用于研究导水裂隙带发育规律的钻孔注水试验仪器的技术问题，提供了一种钻孔注水试验系统。
4.本发明解决其技术问题采用的技术手段是：一种钻孔注水试验系统，包括注气部分、注水部分、提升部分和双端堵水器，双端堵水器包括由钢管连接的两个封孔气囊，钢管的底部密封，靠上的封孔气囊设有用于分别连接注气部分、注水部分和提升部分的接头，封孔气囊通过钢管与水隔离，两个气囊由注气管连通，两个气囊之间的钢管上留有数个出水孔。封孔气囊通过钢管实现气水分离，而且两个封孔气囊由通过钢管连接，两个封孔气囊高度固定后，充气膨胀，将钻孔段上下封堵，两个封孔气囊之间的钻孔被隔离，水顺着钢管从两个封孔气囊之间的钢管的出水孔上流出，之后就可以进行注水试验。
5.优选的，两个气囊之间的钢管长度为50~80cm。这可以根据钻孔的孔径以及试验要求来设定。
6.优选的，注气部分包括由耐压注气管依次相连的高压空气压缩机、截止阀、气压表和卸压阀，与卸压阀出口相连的耐压注气管连接至双端堵水器用于注气的接头。该高压空气压缩机是一种移动担架式高压供气装置，结构紧凑、体积小、重量轻、维护简单，使用汽油驱动，适用于野外没有电力的情况下使用，通过气压表能实时观察气压大小，卸压阀能够及时卸压。
7.优选的，耐压注气管为钢丝网增强软管，耐压注气管每100m为一段，相邻耐压注气管之间使用金属接头相连。耐压注气管的最大承受压力为15mpa，承压效果好。
8.优选的，注水部分包括蓄水池、存水桶和电子流量计，蓄水池中设有潜水泵，潜水泵的出水口连接至存水桶，存水桶的出水口设置有放水阀，流量计连接至与放水阀相连的注水管路上，注水管路的末端连接至双端堵水器的钢管顶端。通过潜水泵将蓄水池中的水抽取到水桶中，水桶底部安装放水阀，当需要放水时，打开放水阀，控制方便。
9.优选的，注水管路内径为2.5cm，最大承受压力为6mpa，每50m为一段，相邻注水管路之间使用金属接头连接。这样的注水管满足试验要求。
10.优选的，提升部分包括用于支撑在钻孔正上方的提升支架和由发电机驱动的卷扬机，提升支架上设置有多个转向滑轮，卷扬机上连接绕设有承重钢索，承重钢索绕过转向滑轮与双端堵水器用于承重的接头相连。承重钢索绕过转向滑轮给双端堵水器一个提升力，防止双端堵水器充水后被水的重力压落，卷扬机拉力强，满足试验要求。
11.优选的，承重钢索每5m留设一个长度标记。这是为了准确得给双端堵水器定位，以完成不同高度的试验。
12.优选的，封孔气囊自然状态下直径为75mm且长为40cm、直径为105mm且长70cm或直径为105mm且长为50cm。封孔气囊的大小根据钻孔孔径的大小选择。
13.优选的，两个气囊之间的钢管长度为70cm。这是根据试验要求设定的。
14.本发明的有益效果是：本发明所述的钻孔注水试验系统结构简单，操作方便，封孔效果好，而且能够完成分阶段注水试验，能够为研究双系煤层开采条件下导水裂隙带发育规律提供有用的数据，而且检测效果高。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本发明所述一种钻孔注水试验系统的整体结构示意图。
17.图2为本发明所述双端堵水器的结构示意图。
18.图3为本发明所述双端堵水器在充气注水后的示意图。
19.图中：1、双端堵水器；2、钢管；3、封孔气囊；4、接头；5、出水孔；6、高压空气压缩机；7、截止阀；8、气压表；9、卸压阀；10、耐压注气管；11、蓄水池；12、存水桶；13、电子流量计；14、潜水泵；15、放水阀；16、注水管路；17、提升支架；18、发电机；19、卷扬机；20、转向滑轮；21、承重钢索。
具体实施方式
20.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.一种钻孔注水试验系统，如图1和图2所示，包括注气部分、注水部分、提升部分和双端堵水器1，双端堵水器1包括由钢管2连接的两个封孔气囊3，封孔气囊3自然状态下直径
为75mm且长为40cm、直径为105mm且长70cm或直径为105mm且长为50cm。封孔气囊3的大小根据钻孔孔径的大小选择；两个气囊之间的钢管2长度为50~80cm，钢管2的底部密封，靠上的封孔气囊3设有用于分别连接注气部分、注水部分和提升部分的接头4，封孔气囊3通过钢管2与水隔离，两个气囊由注气管连通，两个气囊之间的钢管2上留有数个出水孔5；注气部分包括由耐压注气管10依次相连的高压空气压缩机6、截止阀7、气压表8和卸压阀9，与卸压阀9出口相连的耐压注气管10连接至双端堵水器1的注气接头4，耐压注气管10为钢丝网增强软管，耐压注气管10每100m为一段，相邻耐压注气管10之间使用金属接头4相连；注水部分包括蓄水池11、存水桶12和电子流量计13，蓄水池11中设有潜水泵14，潜水泵14的出水口连接至存水桶12，存水桶12的直径为55cm、高为1m，存水桶12的出水口设置有放水阀15，流量计连接至与放水阀15相连的注水管路16上，注水管路16的末端连接至双端堵水器1的钢管2顶端；注水管路16内径为2.5cm，最大承受压力为6mpa，每50m为一段，相邻注水管路16之间使用金属接头4连接；提升部分包括用于支撑在钻孔正上方的提升支架17和由发电机18驱动的卷扬机19，提升支架17上设置有多个转向滑轮20，卷扬机19上连接绕设有承重钢索21，承重钢索21绕过转向滑轮20与双端堵水器1的承重接头4相连；承重钢索21每5m留设一个长度标记；封孔气囊3通过钢管2实现气水分离，而且两个封孔气囊3由通过钢管2连接，两个封孔气囊3高度固定后，充气膨胀，将钻孔段上下封堵，如图3所示，两个封孔气囊3之间的钻孔被隔离，水顺着钢管2从两个封孔气囊3之间的钢管2的出水孔5上流出，之后就可以进行注水试验。
23.具体实施例中，根据钻孔电视的分析结果，确定使用注水试验观测埋深310~400m段的孔段，每5m观测一次，即观测埋深310m、埋深315m、埋深320m、埋深325m、埋深330m、埋深335m、埋深340m、埋深345m、埋深350m、埋深355m、埋深360m、埋深365m、埋深370m、埋深375m、埋深380m、埋深385m、埋深390m、埋深395m、埋深400m共计19个点；通过本发明所述一种钻孔注水试验系统进行试验的观测过程如下：
①
装提升部分：将卷扬机19连接到发电机18，发电机18中加入柴油；组装支架并将支架移动到钻孔正上方，将承重钢索21缠绕到滑轮上；将承重钢索21连接到双端堵水器1上；发电机18采用柴油驱动，输出为三相电，供卷扬机19使用，承重钢索21长500m，每5m留设一个长度标记；
②
组装注水部分：关闭放水阀15，用潜水泵14把水从蓄水池11中抽取到水桶；将电子流量计13连接到2个水桶；将7段注水管（350m）连接成一段，一端连接电子流量计13，另一端连接双端堵水器1；电子流量计13为江苏中钰仪表有限公司生产的l-magw801型电子流量计13，该电子流量计13每15s更新一次数据，单位为m3/h，注水管内径2.5cm，最大承受压力6mpa，两段之间使用金属接头4连接；
③
组装注气部分：将4段注气管（400m）连接成一段，一端连接到双端堵水器1，另一端连接卸压阀9、气压表8、截止阀7，再连接高压空气压缩机6；高压空气压缩机6中加入汽油；具体实施例中，高压空气压缩机6使用上海勇霸机电技术有限公司生产的ygb100型高压空气压缩机6，该高压空气压缩机6是一种移动担架式高压供气装置，结构紧凑、体积小、重量轻、维护简单，使用汽油驱动，适用于野外没有电力的情况下使用；该高压空气压缩机6排气量0.1m3/min，一级压力0.5mpa、二级压力3.8mpa、三级压力20mpa，功率3kw，重量60kg；气
压表8量程10mpa，精度0.5mpa；耐压注气管10为钢丝网增强软管，最大承受压力15mpa，每100m制作成1段，共5段，两段之间使用金属接头4连接；
④
将双端堵水器1放置到钻孔孔口，发动发电机18：
⑤
使用卷扬机19将双端堵水器1缓缓下放；下放过程中使用胶带每隔2m缠绕一圈，将注水管、注气管、承重钢索21固定到一起；下放过程中每到注水管或注气管的金属接头4处使用u形钢丝绳卡头将注水管、注气管、承重钢索21固定到一起；观察承重钢索21上的长度标签，直到将双端堵水器1下放到指定位置，用卷扬机19将承重钢索21固定在此位置：
⑥
打开放水阀15，当水流量达到稳定后启动空气压缩机，当气压表8示数达到5mpa时开始记录流量计示数，此过程大概需要15~20min，流量计每15s更新一次示数，记录5min，共记录20个数据。此过程中注意观察水桶中水量，若水量不足及时使用潜水泵14从蓄水池11抽水补充；
⑦
关闭放水阀15，打开卸压阀9，将注气管中高压气体完全释放；
⑧
重复
⑤⑥⑦
这3步，直到测完所有目标点；在此过程中在埋深350m处增加1根注水管；
⑨
使用卷扬机19将双端堵水器1提升到地面；
⑩
拆解整理仪器，结束观测。
24.通过上述注水试验，能够记录各点的流量数据，进而得到每个注水点处的平均流量、最大流量、最小流量、流量的极差，还能得到各点处流量变化情况折线图，直观了解流量变化情况；还能计算试段压力值，进行透水率变化规律分析，根据注水试验数据计算出不同埋深层位的透水率，依据注水流量的变化来判定导水裂缝带上限，得出导水裂缝带发育高度。
25.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。