基本信息
- 项目名称：
- 钻孔水压致裂仪
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 钻孔水压致裂仪是用于原位地应力测试，从而为矿井煤柱合理留设计算，及突水危险性预测等安全研究提供合理依据的装置。
- 详细介绍：
- 钻孔水压致裂仪是用于原位地应力测试，从而为矿井煤柱合理留设计算，及突水危险性预测等安全研究提供合理依据的装置。 其结构分为高压封隔器部分与压力控制器部分，高压封隔器用于封孔并形成密封腔，压力控制器用于调节封隔器与密封腔的水压差。具体使用方法为：通过钻杆将水注入封隔器先使其膨胀封孔，在压力控制器的调节下，高压水进入密封腔并保证压力低于封隔器内压力，之后随压力上升密封腔内的岩壁被压裂，通过波形计算地应力。 在仪器成型后，首先，我们对压力控制器的位置选择进行研究，并得出当其置顶时效果最好，不会受到高压水的影响从而减小了误差。其次，为了适应各种地质条件，该仪器的单双回路的互换也是我们的研究内容，我们充分利用压力控制器的独特结构，设计出了操作最简便的互换方法。 我们开展这一系统的研发并用于煤矿水害防治，不但能够占领水防治领域的技术堡垒，而且可以使得我们的测试技术在国内处于先进水平。该系统与我院已有的煤矿水害监测系统一道将成为煤矿水害监测预警的有效手段，成为华北科技学院的独特产品。本产品的问世将为我国煤炭事业做出巨大贡献。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计、发明目的： 由于进入高压条件开采的煤矿日益增多，煤柱宽度计算参数不合理所带来的问题也越来越严重。因此需要进行地应力和煤层强度测试的煤矿也越来越多。而液压致裂仪就是根据水压致裂原理，测试煤层的抗张强度为煤柱宽度的计算提供数据；测试矿区地应力状态（最大、最小主应力及其方向、岩体的抗张强度）为底板突水危险性评价、巷道的稳定性评价、采掘工作面的合理布局提供参数。但由于运用独立的单回路或双回路两套装置，工程施工很不方便，现将两套装置结合，大幅度提高了工作效率。 基本思路： 改独立的单、双回路测试装置为单双回路一体。要做到两种仪器的的方便携带与使用，使两者结合起来成为一套仪器，单双环路通过压力控制器的拆装可交替调整，既节省材料又方便携带而且最主要的是能做到更准确的测量。 我们的创新点是： 1、将水压封孔测地应力技术首次用于煤矿。 2、高压封隔器制造技术在煤炭系统尚属空白。 3、其单双回路互换的使用方法适用于简单与复杂的地质条件。 4、压力控制器顶置能够最大的减小误差。 主要技术指标： 单回路和双回路传压系统及其转换装置研制指标为： 1、单回路和双回路可以互换 2、GB3836.1------2000爆炸性环境用电器设备 MT209------1990煤矿通讯、监测、控制用电子电工产品 MT/T772------1998煤矿监控系统主要性能测试方法
科学性、先进性
- 高水压致裂技术由于科技含量高仅地质科学院拥有，但因不防爆，并不适合煤矿使用。因此本技术的研发成功填补了我国矿用高水压致裂地应力测试的空白。本次研发的高水压致裂原位地应力测试仪器系统是以前设备的更新技术，其水平在我国仍处于领先地位。系统的另一个关键技术——数据高频采集记录装置是已委托专门研究机构研发，数据处理软件将自行研发，因此该项目的整体技术属于国内领先。
获奖情况及鉴定结果
- 该作品于2011年3月荣获2010年华北科技学院大学生科技创新比赛二等奖
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 图片，实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 通过向钻孔内的2个分割器内注入高压水，使之膨胀，在两个封隔器之间形成密封腔。再向密封腔的裸露岩石中施加液压使孔壁岩石破裂而测量地应力的。 技术特点及优势： 1.水压致裂法应力原位测试系统是由液压系统、封隔系统、定向系统、数据采集记录系统和数据处理系统组成的。该方法由于曲线拐点明显、清晰、精度高在地震地质方面已经得到广泛应用。 2.单双回路转换的技术特点使得该产品能够灵活、广泛应用于各种地质条件的煤矿。 3、该技术由于使用了高压子午胶囊测试压力大于30MPa。 但由于高压封隔器制造存在专利，仅地质科学院能够生产，且不对外出售，因此高压分割器制造技术在煤炭系统尚属空白，进而使得其应用也受到很大的限制。我们开展这一系统的研发并用于煤矿水害防治，可以使得我们的测试技术在国内外处于先进水平。 作品前景及经济效益： 该方法将为煤层底板突水的评价上提供依据，进而提供煤矿的安全水平，因此具有广泛的应用前景。该技术的应用将有助于我国安全水平的提高，因此也具有很大社会效益。
同类课题研究水平概述
- 1、高压封孔器仅地质科学院能够生产，且不对外出售产品和技术，因此高压封孔器制造技术在煤炭系统尚属空白。而且地质科学院使用的仪器虽然精密，但是体积庞大，过于笨重，下井不便，并不适用于煤矿。 2、我们知道对于煤层的防水具有决定意义的参数是煤层的破裂强度和抗张强度。其中破裂强度意味着煤柱在理想的情况下在水压没有达到破裂值时是不会漏水的。本项目测试的数值与国内外其它煤矿的测试数值相比是适中的，其他国家地应力测试均为地面钻孔，而东山煤矿使用本产品进行地下钻孔测试这在世界都是一个先例。 3、我国对煤层进行水压致裂测试抗张强度的试验不多，因此抗张强度的选取多采用室内实验室数据的1/7—1/20。由于样品在采取时受到了很大的扰动，试验数据本来就偏小，再经过折减，使得强度的取值变得更小，往往都不足0.1MPa，和实际情况不符合，因此很多煤矿都根据自己煤矿实际情况采用了经验数据，例如，淮北矿区采用的抗张强度为0.2MPa；峰峰矿区采用0.46MPa；淄博矿区采用0.8—1.2MPa；连邵矿区采用0.5—2.7MPa；肥城矿区采用的数据为0.5—1.0Mpa，即对于水压高于3Mpa的区段和今天边界断层煤柱采用0.5MPa，否则采用1.0MPa；徐州矿区采取类比于突水系数的方法，即煤层的抗水压能力为0.1MPa/m，经过本产品在东山煤矿的试用，我们测出东山煤矿抗涨强度为约为0.6MPa，整整比经验值高出十倍，为企业带来上亿的经济效益，所以该项目也处于全国领先地位。
