[發明專利]干孔泄壓閥及水壓致裂地應力測試裝置

在審

• 申請號: 201710621308.1
• 申請日: 2017-07-27
• 公開（公告）號: CN107238458A
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 羅超文;李海波;李俊如;劉亞群;劉博;周青春;夏祥;余崇;鄧守春
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙)11371
• 代理人: 王闖

技術領域

本發明涉及巖體工程測試技術領域，具體而言，涉及一種干孔泄壓閥及水壓致裂地應力測試裝置。

背景技術

地應力是存在于地層中的天然應力，它是造成礦山巷道及其它地下工程變形、破壞的根本作用力，因此，地應力的大小、方向直接影響到巷道圍巖的穩定性，測量巷道原巖地應力，研究圍巖的應力分布特征是進行巷道圍巖穩定性分析，以及實現地下工程開挖設計科學化的必要前提。目前，國際上普遍采用的工程巖地應力模量測試方法可以歸納為：表面應力解除法、表面應力恢復法、套孔應力解除法、水壓致裂法等。其中，表面應力解除法、套孔應力解除法對巖體質量要求高，需使用巖石力學參數參與計算；表面應力解除法、表面應力恢復法、套孔應力解除法測量深度有限、周期長，且需要單獨打測試鉆孔；水壓致裂法測量深度深；資料整理時不需要巖石彈性參數參與計算，可以避免因巖石彈性參數取值不準引起的誤差；巖壁受力范圍較廣(鉆孔承壓段程度可達1-2米)，可以避免“點”應力狀態的局限性和地質條件不均勻性的影響；操作簡單，測試周期短。綜上，水壓致裂法在水利水電、礦山、交通等方面得到了廣泛應用。

水壓致裂法通常采用單管(密封滿足試驗要求的鉆桿)進行測試，首先通過鉆桿對可膨脹的封隔器膠囊加壓，兩封隔器中間的鉆孔形成試驗段；推動封隔器上端的轉換閥與試驗段連通(此時封隔器膠囊為封閉狀態)，就可以正式開展測試：在試驗段中泵入液體，施壓直到孔壁破裂，并記錄壓力隨時間的變化；根據壓裂過程曲線的壓力特征值計算地應力。測試完成后，提升鉆桿，推動轉換閥，使鉆桿與封隔器膠囊連通，卸掉封隔器膠囊中的壓力，使其恢復原狀后，再將封隔器提升到下一測試段。

水壓致裂法地應力測試的鉆孔所在部位的地質條件千變萬化，測試鉆孔條件也各不相同，測試鉆孔的地下水位差別很大，有些鉆孔孔口噴水、有些鉆孔全孔無水。若鉆孔巖體完整、滲漏少，通過人工注水，可以注滿；若鉆孔巖體完整性差，滲漏大，人工注水無法注滿。對于無法注滿水的鉆孔，其水壓致裂法地應力測試難度顯著增加，甚至失敗，原因是：水壓致裂法的封隔器膠囊的自擴張的壓力小于0.5MPa，若內外水頭差大于50m，封隔器膠囊膨脹，封隔器膠囊與測試鉆孔壁摩阻力增加，提升困難，甚至無法提升，還可能造成安全事故。國內在水位低或干孔的水壓致裂法地應力測試中，對工作后的封隔器無法有效提升的問題，常采用如下解決方法：

1、在轉換閥上端加泄壓閥，測試完成后，在鉆桿中丟鋼珠球，鋼珠球堵泄壓閥孔口，通過鉆桿加壓推動泄壓閥閥芯下移，閥芯下移到位后，封隔器膠囊與測試孔連通泄壓；膠囊恢復原狀后，需提升全部鉆桿至地面，以取出泄壓閥中的鋼珠球，將泄壓閥閥芯恢復原位，才能再將測試設備放置到下一測試部位。

2、雙管加壓，具體是用一根高壓管對膠囊加壓(氣壓)，另一根高壓管對測試段加壓(水壓)，這種雙管加壓主要問題有：測試設備復雜、壓力傳感器要放置到封隔器上端(減小壓力誤差)。

因此，需要一種能在干孔條件下、有效將封隔器內的壓力卸掉，且結構簡單、操作方便的裝置。

發明內容

本發明的目的在于提供一種干孔泄壓閥，其結構簡單，操作方便，能有效將封隔器內的壓力卸掉。

本發明的另一目的在于提供一種水壓致裂地應力測試裝置，其能夠在深鉆孔、干孔條件下進行水壓致裂法地應力測試試驗，測試穩定。

本發明的實施例是這樣實現的：

一種干孔泄壓閥，其包括閥體和閥芯，閥體具有沿其軸線布置、且貫通的閥腔，閥芯具有沿其軸線布置的通孔，閥芯由閥體的插入端插入閥腔內，且一端由插入端伸出，閥芯與閥體之間存在間隙，閥體遠離插入端的端部開設有多個用于連通閥腔和閥體外的泄壓孔，閥芯位于泄壓孔和插入端的部分設置有可封堵閥腔的阻擋部，閥體的插入端設置有用于限制閥芯移動伸出閥體長度的限位螺母，閥芯位于阻擋部和限位螺母之間的部分套設有承重彈簧。

在本發明較佳的實施例中，上述閥體具有沿軸線布置、且相互連通的第一閥腔和第二閥腔，第一閥腔的直徑小于第一閥腔的直徑，泄壓孔位于與第一閥腔對應的閥體上，阻擋部位于第二閥腔內，且阻擋部可移動覆蓋于第一閥腔與第二閥腔的連通處。

在本發明較佳的實施例中，上述閥芯包括連接成一體的第一閥芯和第二閥芯，第一閥芯的直徑小于第二閥芯的直徑，阻擋部設置于第二閥芯與第一閥芯的連接處，當阻擋部覆蓋于第一閥腔與第二閥腔的連通處，第一閥芯位于第一閥腔內，第二閥芯位于第二閥腔內，且伸出插入端。