煤矿水压致裂地应力测试系统和方法与流程
1.本发明涉及地球物理岩体应力测量的技术领域，尤其涉及一种煤矿水压致裂地应力测试系统。
背景技术：
2.地应力是矿山领域工程灾害发生的根本作用力，也是地下岩土工程所必需的基础数据，对于企业安全施工、科学研究等具有重要的意义。水压致裂法是直接测量地应力的一种常用方法，通过测量使钻孔孔壁破裂的压力等数据，结合弹性力学以反算测点的三维地应力。相关技术中如套孔应力解除地应力测试方法对孔径的要求较高，测试过程耗时长、效率低。
技术实现要素：
3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本发明的实施例提出一种煤矿水压致裂地应力测试系统，该煤矿水压致裂地应力测试系统具有测试数据准确、测试效率高、测试周期短的优点。
5.根据本发明实施例的煤矿水压致裂地应力测试系统，煤矿水压致裂地应力测试系统包括封隔器、连接杆、管汇、传感器和数采仪，所述封隔器位于待测试的钻孔内，多根首尾相连的所述连接杆与所述封隔器相连以调节所述封隔器在所述钻孔内的位置，所述管汇通过转换器与所述连接杆相连，所述管汇的进油口与油泵相连，所述传感器设置在所述管汇上并采集所述封隔器和压裂的压力数据并发送至所述数采仪。
6.根据本发明实施例的煤矿水压致裂地应力测试系统具有测试数据丰富、测试效率高、测试周期短的优点。
7.在一些实施例中，所述封隔器包括连接部、封隔部、压裂部和堵头，所述连接部内设有封隔单孔和压裂单孔，所述封隔部包括膨胀橡胶和多道钢片，所述压裂部为三眼喷油结构，所述堵头与所述压裂部相连。
8.在一些实施例中，所述封隔器包括第一封隔器和第二封隔器，所述第一封隔器的外径为31mm，所述第二封隔器的外径为42mm，所述第一封隔器用于直径小于等于40mm的钻孔，所述第二封隔器用于直径小于等于50mm的钻孔。
9.在一些实施例中，所述管汇包括进油路、封隔油路、压裂油路和出油路，所述进油口与所述进油路相连通，多个控制阀设置在所述封隔油路、所述压裂油路和所述出油路上。
10.在一些实施例中，所述转换器具有封隔管路和压裂管路，所述转换器通过油管与所述管汇的封隔油路和压裂油路相连接。
11.在一些实施例中，所述管汇的所述压裂油路和所述封隔油路均设有压力表。
12.在一些实施例中，所述连接杆的一端具有外插头，另一端具有内插头，所述外插头设有用于固定所述内插头的活动螺扣。
13.在一些实施例中，所述连接杆具有封隔管路和压裂管路，所述封隔管路与所述封
隔器两端的封隔部相连，所述压裂管路与所述封隔器中间的压裂部相连。
14.在一些实施例中，所述封隔管路与所述封隔单孔相连，所述压裂管路与所述压裂单孔相连，所述封隔器与所述连接杆通过活动螺扣旋拧固定。
15.在一些实施例中，所述数采仪与所述传感器电性连接，所述数采仪包括壳体、液晶模块和数据采集模块。
附图说明
16.图1是根据本发明实施例中煤矿水压致裂地应力测试系统的结构示意图。
17.图2是根据本发明实施例中煤矿水压致裂地应力测试系统的封隔器的结构示意图。
18.图3是根据本发明实施例中煤矿水压致裂地应力测试系统的连接杆的结构示意图。
19.图4是根据本发明实施例中煤矿水压致裂地应力测试系统的管汇的结构示意图。
20.图5是根据本发明实施例中煤矿水压致裂地应力测试系统的数采仪的结构示意图。
21.附图标记：1、封隔器；2、连接杆；3、转换器；4、传感器；5、管汇；6、油泵；7、数采仪；8、封隔油孔；9、压裂油孔；10、连接部；11、钢片；12、膨胀橡胶；13、压裂部；14、堵头；15、外插头；16、内插头；17、活动螺扣；18、控制阀；19、压力表；20、传感器接口、21、压力传感器；22、液晶显示面板；23、锂电池；24、开关。
具体实施方式
22.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
23.根据本发明实施例的煤矿水压致裂地应力测试系统，如图1至图5所示，煤矿水压致裂地应力测试系统包括封隔器1、管汇5和传感器4，封隔器1位于待测试的钻孔内，多根首尾相连的连接杆2与封隔器1相连以调节封隔器1在钻孔内的位置，管汇5通过转换器3与封隔器1相连，管汇5的进油口与油泵6相连，传感器4设置在管汇5上并采集封隔器1和压裂的压力数据并发送至数采仪7。数采仪7包括壳体、核心板、液晶显示面板22、直线斩波器和锂电池23，数采仪7的主机可以是wince型。传感器4是压力传感器21，压力传感器21将测试管道的压力转换成数字信号并通过rs485总线将压力数据传输至数采仪7，压力传感器21的量程为0～40mpa。管汇5起到控制油路的作用，转换器3连接油管和连接杆2，油泵6可以是气动油泵6，油泵6提供压力源，传感器4将压力数据转换成电信号，并发送至数采仪7。测试时，封隔器1与单个连接杆2相连并送入了待测试的钻孔内，多根连接杆2主根相连将封隔器1送至预设的压裂段，连接杆2通过转换器3连接管汇5，管汇5与气动油泵6相连，油泵6通过井下气源提高动力实现油压的变化。连接杆2连接封隔器1，使用者通过改变连接杆2的长度来调节封隔器1在待测试的钻孔内的位置能够实现单孔多段测试，丰富了测试数据，提高测试的精度，单孔的测试时间约为1h，测试时间短提高了测试效率。
24.根据本发明实施例的煤矿水压致裂地应力测试系统具有测试数据丰富、测试效率高、测试周期短的优点。
25.在一些实施例中，如图1至图2所示，封隔器1包括连接部10、封隔部、压裂部13和堵头14，连接部10内设有封隔单孔和压裂单孔，封隔部包括膨胀橡胶12和多道钢片11，压裂部13为三眼喷油结构，堵头14与压裂部13相连。
26.具体地，连接部10的外周设有细螺纹，连接部10通过细螺纹与连接杆2配合固定，封隔部的膨胀橡胶12为高强度膨胀橡胶12，通过高强度膨胀橡胶12束箍24道细钢片11形成封隔部，封隔器1通过堵头14和连接部10配合形成双端封堵，通过封隔油路加压后，压裂部13上下封隔部分膨胀并与孔壁紧贴实现密封。封隔器1远离堵头14的一端即与连接杆2连接的一端设置有封隔油孔8和压裂油孔9，封隔油孔8用来与连接杆2和管汇5的封隔油路相连，压裂油孔9用于与连接杆2和管汇5的压裂油路相连。
27.在一些实施例中，封隔器1包括第一封隔器和第二封隔器，第一封隔器的外径为31mm，第二封隔器的外径为42mm，第一封隔器用于直径小于40mm的钻孔，第二封隔器用于直径小于50mm的钻孔。
28.具体地，封隔器1包括第一封隔器和第二封隔器两种型号，对应地连接杆2也分为31mm和42mm两种型号，第一封隔器最适用测孔直径范围为36～42mm，第二封隔器最适用测孔直径范围为48～52mm。
29.在一些实施例中，如图1和图4所示，管汇5包括进油路、封隔油路、压裂油路和出油路，进油口与进油路相连通，多个控制阀18设置在封隔油路、压裂油路和出油路上。
30.具体地，管汇5起到控制油路的作用，封隔油路上设置有封隔控制阀18，压裂油路上设有压裂控制阀18，出油路上设有出油控制阀18，
31.在一些实施例中，如图1所示，转换器3具有封隔管路和压裂管路，转换器3通过油管与管汇5的封隔油路和压裂油路相连接。
32.具体地，转换器3连接油管和连接杆2，转换器3外部设有螺纹套，内部设置油孔，油孔与连接杆2相连，转换器3的尾部出油口具有接近90
°
的弯曲。
33.在一些实施例中，如图4所示，管汇5的压裂油路和封隔油路均设有压力表19。
34.具体地，压力表19可以是油压表，管汇5的压裂油路和封隔油路上设置油压表便于使用者观察封隔油路和压裂油路的压力读数，管汇5的压裂油路和封隔油路上可以设置传感器接口20用来固定压力传感器21。
35.在一些实施例中，如图1和图3所示，连接杆2的一端具有外插头15，另一端具有内插头16，外插头15设有用于固定内插头16的活动螺扣17。
36.具体地，连接杆2具有一定的刚度，连接杆2用来输送液压油和向上递送封隔器1，连接杆2可以是不锈钢材质，壁厚2mm，适应煤矿钻孔施工过程中造成的弯曲。连接杆2的两端的内插头16和外插头15插接配合能够实现多个连接杆2的首尾相连，外插头15的活动螺扣17将相邻连接杆2的内插头16固定有助于实现连接杆2的固定。
37.在一些实施例中，如图1和图3所示，连接杆2具有封隔管路和压裂管路，封隔管路与封隔器1两端的封隔部相连，压裂管路与封隔器1中间的压裂部相连。
38.具体地，连接杆2具有封隔管路和压裂管路，连接杆2可以由两根管路固定制成。封隔部设置在封隔器的两端，压裂部设置在封隔器的中央。
39.在一些实施例中，如图1和图3所示，封隔管路与封隔单孔相连，压裂管路与压裂单孔相连，封隔器与连接杆通过活动螺扣旋拧固定。
40.具体地，连接杆2的封隔管路与连接部的封隔单孔对应并相连，连接杆2的压裂管路与压裂单孔相连，封隔器1的连接部分油孔内插入安装孔销，并与连接杆2的外插头15连接，通过活动螺扣17旋拧固定，然后将封隔器送入钻孔内。
41.在一些实施例中，如图1和图5所示，数采仪与传感器电性连接，数采仪包括壳体、液晶模块和数据采集模块。
42.具体地，液晶模块用来显示传感器的压力、流量数据，数采仪7具有开关24控制数采仪7启动，数采仪7还具有充电接口，数采仪7、封隔器1和连接杆2等均为本安型能满足煤矿对设备隔爆的要求，数采仪7的控制方式可以是触屏和按键两种方式，数采仪7内置有配套的数据采集模块，数采仪7可以具有usb接口等便于使用者存取数据。
43.根据本发明实施例的煤矿水压致裂地应力测试方法，包括以下步骤：
44.将连接杆2插入封隔器1的连接部10并固定，将封隔器1送入待测试的钻孔内；
45.将多根连接杆2首尾相连，通过改变连接杆2的数量调整封隔器1位置直至封隔器1进入预设测试段；
46.将连接杆2远离封隔器1的一端与转换器3连接，将转换器3与管汇5的封隔油口和压裂油口相连接；
47.将油泵6与管汇5的进油口相连，传感器4与管汇5相连接，启动油泵6开始进行封隔、压裂；
48.调整连接杆2的数量，调整封隔器1在钻孔内的位置，重复测试操作；
49.测试完毕，保存传感器4的数据。
50.在一些实施例中，预设测试段的数量为3～5个。
51.具体地，一般深度为20m的钻孔，设置可测试岩段为3～5段，即可计算出3～5个地应力结果，增加了了测试数据，丰富了测试数据。
52.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
53.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
54.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
55.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
56.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
57.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。
技术特征：
1.一种煤矿水压致裂地应力测试系统，其特征在于，包括：封隔器，所述封隔器位于待测试的钻孔内，多根首尾相连的连接杆与所述封隔器相连以调节所述封隔器在所述钻孔内的位置；管汇，所述管汇通过转换器与所述连接杆相连，所述管汇的进油口与油泵相连；和传感器，所述传感器设置在所述管汇上并采集所述封隔器和压裂的压力和流量数据并发送至数采仪。2.根据权利要求1所述的煤矿水压致裂地应力测试系统，其特征在于，所述封隔器包括连接部、封隔部、压裂部和堵头，所述连接部内设有封隔单孔和压裂单孔，所述封隔部包括膨胀橡胶和多道钢片，所述压裂部为三眼喷油结构，所述堵头与所述压裂部相连。3.根据权利要求2所述的煤矿水压致裂地应力测试系统，其特征在于，所述封隔器包括第一封隔器和第二封隔器，所述第一封隔器的外径为31mm，所述第二封隔器的外径为42mm，所述第一封隔器用于直径小于等于40mm的钻孔，所述第二封隔器用于直径小于等于50mm的钻孔。4.根据权利要求1所述的煤矿水压致裂地应力测试系统，其特征在于，所述管汇包括进油路、封隔油路、压裂油路和出油路，所述进油口与所述进油路相连通，多个控制阀设置在所述封隔油路、所述压裂油路和所述出油路上。5.根据权利要求4所述的煤矿水压致裂地应力测试系统，其特征在于，所述转换器具有封隔管路和压裂管路，所述转换器通过油管与所述管汇的封隔油路和压裂油路相连接。6.根据权利要求4所述的煤矿水压致裂地应力测试系统，其特征在于，所述管汇的所述压裂油路和所述封隔油路均设有压力表。7.根据权利要求1所述的煤矿水压致裂地应力测试系统，其特征在于，所述连接杆的一端具有外插头，另一端具有内插头，所述外插头设有用于固定所述内插头的活动螺扣。8.根据权利要求7所述的煤矿水压致裂地应力测试系统，其特征在于，所述连接杆具有封隔管路和压裂管路，所述封隔管路与所述封隔器两端的封隔部相连，所述压裂管路与所述封隔器中间的压裂部相连。9.根据权利要求8所述的煤矿水压致裂地应力测试系统，其特征在于，所述封隔管路与所述封隔单孔相连，所述压裂管路与所述压裂单孔相连，所述封隔器与所述连接杆通过活动螺扣旋拧固定。10.根据权利要求1所述的煤矿水压致裂地应力测试系统，其特征在于，所述数采仪与所述传感器电性连接，所述数采仪包括壳体、液晶模块和数据采集模块。
技术总结
本发明公开一种煤矿水压致裂地应力测试系统，煤矿水压致裂地应力测试系统包括封隔器、管汇和、传感器，所述封隔器位于待测试的钻孔内，多根首尾相连的连接杆与所述封隔器相连以调节所述封隔器在所述钻孔内的位置，所述管汇通过转换器与所述连接杆相连，所述管汇的进油口与油泵相连，所述传感器设置在所述管汇上并采集所述封隔器和压裂的压力数据并发送至所述数采仪。本发明提供的煤矿水压致裂地应力测试系统具备测试数据丰富、测试效率高、测试周期短的优点。周期短的优点。周期短的优点。
