[發明專利]單回路水壓致裂與印模一體化的地應力測試裝置及方法

有效

• 申請號: 202110562290.9
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113338884B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 姚強嶺;徐強;山長昊;夏澤;朱柳;鄭闖凱;李學華
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B47/00;E21B47/06;E21B33/13
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 肖峰

1.一種單回路水壓致裂與印模一體化的地應力測試方法，其特征在于，利用一種單回路水壓致裂與印模一體化的地應力測試裝置，所述裝置包括印模調節閥、上部封隔器、下部封隔器、壓力調節閥、第一連接器、第二連接器和電子定向儀，所述印模調節閥的兩端分別連接下部封隔器和高壓水鋼管，所述壓力調節閥兩端分別通過兩個第一連接器與下部封隔器、上部封隔器連接，所述上部封隔器和電子定向儀通過第二連接器相連；所述印模調節閥包括固定閥、活動閥和封堵閥，封堵閥與固定閥固定連接，活動閥依次穿過封堵閥和固定閥活動配合；所述上部封隔器包括封隔桿體和封隔橡膠，封隔橡膠套設在封隔桿體外形成封堵加壓腔，封隔桿體內設置有注水通道，注水通道與封堵加壓腔連通；下部封隔器和上部封隔器對稱布置；所述壓力調節閥包括壓力調節閥桿、調壓器、調壓彈簧和水壓控制器，壓力調節閥桿為變徑桿結構，調壓器與壓力調節閥桿相連，水壓控制器和壓力調節閥桿活動連接，調壓彈簧套設在壓力調節閥桿上，壓力調節閥桿內設置有注水通道；所述第一連接器內開設有變徑螺紋孔；所述第二連接器兩端設置螺紋孔，中部設置阻水板；印模調節閥的固定閥表面套設有印模橡膠，固定閥內設置有變徑腔體，印模橡膠與固定閥之間形成印模加壓腔；印模加壓腔和固定閥的變徑腔體之間通過印模導水孔連通，所述印模加壓腔的內徑沿在長度方向的中部向兩端減小；活動閥內部設置有閥門通道，閥門通道的兩側設置有注水通孔；活動閥沿軸向移動使注水通孔和閥腔導通；所述活動閥和固定閥之間設置有橡膠密封圈，橡膠密封圈固定在印模導水孔的兩側；封堵閥與固定閥通過螺紋固定連接；所述調壓器與壓力調節閥桿通過螺紋連接；所述印模調節閥、上部封隔器、下部封隔器、壓力調節閥、第一連接器、第二連接器和電子定向儀同軸布置；

步驟包括：

S1.在巷道內施工鉆孔，并探測鉆孔內的圍巖結構，確定孔壁光滑的試驗段；

S2.將地應力測試裝置推送到試驗段，活動閥在重力作用下上移，注水通孔和閥腔導通，注水后上部封隔器、下部封隔器膨脹，分段封堵鉆孔；

S3.注水通道內的高壓水通過壓裂導水孔和壓裂出水孔，作用在水壓控制器上，壓縮調壓彈簧，水壓控制器與壓力調節閥桿間出現空隙，高壓水進入到壓力調節閥桿的外部，繼續加壓，鉆孔封隔段壓裂，壓裂結束后，打開水泵泄壓閥，排出封堵加壓腔內及封堵段的水；

S4.利用鉆機沿鉆孔繼續推進地應力測試裝置，印模調節閥與鉆孔的壓裂段重合，啟動水泵，注水后上部封隔器、下部封隔器膨脹，壓裂出水孔停止出水后關閉水泵，下移高壓水鋼管，帶動活動閥移動，注水通孔與印模導水孔連通，打開水泵，高壓水進入印模加壓腔內，直至加壓至設定壓力，完成印模；

S5.印模完成后，打開水泵的泄壓閥，排出印模加壓腔內的高壓水，并放出封隔器內部的水；

S6.確定地應力的大小和方向；

所述鉆孔內的圍巖結構通過鉆孔窺視儀進行探測，所述鉆孔的直徑為55-60cm，所述鉆孔的深度為15-20m；

所述活動閥在重力作用下活動閥上移后，高壓水在水泵作用下依次通過閥門通道、注水通孔、閥腔、注水通道、封堵導水孔進入上部封隔器和下部封隔器的封堵加壓腔內；

所述地應力的大小和方向的確定，具體是根據封堵和壓裂過程中的水壓變化曲線，計算最大水平主應力及最小水平主應力；根據印模橡膠表面的壓裂縫印痕及電子定向儀記錄的數據，確定最大水平主應力的方向。