一种用于易塌钻孔的孔壁长期保持系统

技术领域：

本发明涉及矿山开采中岩体内部节理裂隙观测方法技术领域，具体地说涉及一种用于易塌钻孔的孔壁长期保持系统。

背景技术：

矿产资源开发过程中的应力扰动会对岩体结构及力学性质产生影响，典型现象就是引起岩体内部破裂面的形成与扩展、降低岩体的强度，因此，对岩体内部节理裂隙的观测与分析是准确评价岩体物理力学参数与稳定性的基础。

由于较破碎或软弱岩体的自稳能力较差，在该类岩体中形成的钻孔会在一定时间内出现孔壁坍塌、钻孔堵塞等现象，导致井下电视等仪器设备无法正常下放到钻孔内对孔壁的地层结构及结构面发育情况进行再次观测。

传统的大孔径钻孔维护方法包括：钢板桩支护、排桩支护、土钉支护、地下连续墙支护、深层搅拌支护、锚杆桩施工与土钉支护等等，用于地质钻孔来说，其维护成本过高，而针对小孔径钻孔的维护方法较少，因此，开发一种用于小孔径易塌钻孔的孔壁长期保持方法，对钻孔孔壁长期保持及多频次、长周期进行孔壁成像十分必要，且具有很好的应用前景。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种用于易塌钻孔的孔壁长期保持系统，能够在保持钻孔孔壁完整的基础上保证孔壁可视化。

本发明由如下技术方案实施：一种用于易塌钻孔的孔壁长期保持系统，其包括透明筒体、支撑架和清洗装置，透明筒体通过支撑架设置在钻孔的内部，在所述透明筒体的外壁设置有若干所述支撑架；在所述透明筒体的外部与所述钻孔的内壁之间设置有透明填充层；在所述透明筒体的内壁设置有防反光图层；所述清洗装置活动设置在所述透明筒体的内部。

进一步的，所述支撑架包括固定轴、固定杆和滑轮，所述固定轴横向布置，且所述固定轴的两端分别通过固定杆与所述透明筒体的外壁固定连接，在所述固定轴的外部转动设有所述滑轮。

进一步的，所述固定杆为伸缩固定杆，所述固定轴的两端分别通过两根所述固定杆与所述透明筒体的外壁固定；在所述固定轴与所述透明筒体之间设置有弹簧。

进一步的，在两根所述固定杆之间的所述透明圆通的外壁上固定有导向杆，所述弹簧一端套设在所述导向杆的外部，所述弹簧的另一端与所述固定轴连接。

进一步的，所述清洗装置包括给水泵、吸水泵、气泵、出水喷头、出气喷头和吸水头，所述水泵的出口通过出水管与所述出水喷头连接，所述吸水泵的进口通过吸水管与所述吸水头连通，所述气泵的出口通过高压气管与所述出气喷头连通；所述出水喷头、所述出气喷头和所述吸水头活动设置在所述透明筒体的内部。

进一步的，所述出水管、所述吸水管和所述高压气管设置在清洗管的内部。

进一步的，其还包括清洗头，在所述清洗头主体的上部设置有环形水管，在所述环形水管的外壁连通有若干倾斜设置的所述出水喷头，所述出水管的出口与所述环形水管连通；在所述清洗头的下部侧壁设置有环形气管，在所述环形气管的外壁连通有若干所述出气喷头，所述高压气管的出口与所述环形气管连通；在所述清洗头的底部设置有所述吸水头，所述吸水管的进口与所述吸水头的进口连通。

进一步的，在所述环形水管与所述环形气管之间的所述清洗头的外壁上转动设有两个叶片方向相反的阻风扇。

进一步的，所述透明筒体包括底端封闭的下段筒体和上段筒体，所述上段筒体的底端通过连接段与所述下段筒体的顶端连接。

进一步的，所述连接段包括柔性管和固定在所述柔性管外部的若干刚性套管；所述柔性管的两端分别固定有连接管，所述连接管通过卡箍与对应的所述上段筒体的底端或所述下段筒体的顶端连接。

本发明的优点：克服了由于岩体松软、破碎导致的钻孔孔壁塌方导致的成像的难的问题，可实现钻孔的长期保持及多频次、长周期进行孔壁图像采集；能够在保持钻孔孔壁完整的基础上保证孔壁可视化；通过清洗装置可以对透明筒体实现高效、快速、安全清洗，去除透明筒体内部灰尘、泥渍、水渍、水雾，保证了井下电视在钻孔中的可视化效果，为量化开采扰动等因素作用下岩体内部节理裂隙的演化过程提供观测条件与数据。

附图说明：

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为连接段结构示意图。

图3为支撑架的结构示意图。

图4为清洗管结构示意图。

图5为清洗头结构示意图。

图6为阻风扇结构示意图。

标记名称

1-透明筒体,11-下段筒体,12-上段筒体,13-连接段,14-柔性管,15-刚性套管，16-连接管,17-卡箍，2-支撑架,21-固定轴,22-固定杆,23-滑轮,24-弹簧,25-导向杆,3-清洗装置,31-水泵,32-吸水泵,33-气泵,34-出水喷头,35-出气喷头,36-吸水头,37-出水管,38-吸水管,39-高压气管,310-清洗管,311-清洗头,312-环形水管,313-环形气管,314-阻风扇,5-透明填充层,6-防反光图层。

具体实施方式：

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其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。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1至图6所示，一种用于易塌钻孔的孔壁长期保持系统，其包括透明筒体1、支撑架2和清洗装置3，透明筒体1通过支撑架2设置在钻孔4的内部，透明筒体1由亚克力材料制成，透明筒体1包括底端封闭的下段筒体11和上段筒体12，上段筒体12的底端通过连接段13与下段筒体11的顶端连接。连接段13包括柔性管14和固定在柔性管14外部的若干刚性套管15；柔性管14的两端分别固定有连接管16，连接管16通过卡箍17与对应的上段筒体12的底端或下段筒体11的顶端连接。刚性套管分段式粘贴于柔性管14外侧，每段1-3cm，间隔2-3mm，致使连接段13可进行小幅度范围的摆动，保证在钻孔发生偏移时，透明筒体1能够顺利插入钻孔。

在透明筒体1的外壁设置有若干支撑架2，若干支架四个为一组，同一组的四个支撑架2在透明筒体1的外壁呈十字形分布，便于将透明筒体1定位在钻孔中心位置。支撑架2包括固定轴21、固定杆22和滑轮23，固定轴21横向布置，且固定轴21的两端分别通过固定杆22与透明筒体1的外壁固定连接，在固定轴21的外部转动设有滑轮23。下放透明筒体1的过程中，滑轮23沿着钻孔内壁滚筒，便于透明筒体1顺利插入钻孔。

固定杆22为伸缩固定杆22，固定轴21的两端分别通过两根固定杆22与透明筒体1的外壁固定；在固定轴21与透明筒体1之间设置有弹簧24。在两根固定杆22之间的透明圆通的外壁上固定有导向杆25，弹簧24一端套设在导向杆25的外部，弹簧24的另一端与固定轴21连接。通过弹簧24和伸缩固定杆22的配合，可以将透明筒体1支撑在不同孔径的钻孔内，提高了适用性。

在透明筒体1的外部与钻孔的内壁之间设置有透明填充层5，在将透明筒体1和支撑架2整体放入到钻孔内部后，在透明筒体1和钻孔内壁之间注入透明液态树脂，待其冷却后形成透明填充层5，利用透明填充层5填充透明筒体1和钻孔之间的空间，可以防止透明筒体1外壁被污染而影响观测效果。在透明筒体1的内壁设置有防反光图层6，减小井下电视采集图像时因灯光与筒壁间反射的影响。

清洗装置3活动设置在透明筒体1的内部，清洗装置3包括给水泵31、吸水泵32、气泵33、出水喷头34、出气喷头35和吸水头36，水泵31的出口通过出水管37与出水喷头34连接，水泵31的进口连接水源，气泵33的出口通过高压气管39与出气喷头35连通，吸水泵32的进口通过吸水管38与吸水头36连通，吸水头36为筛笼式结构。出水喷头34、出气喷头35和吸水头36活动设置在透明筒体1的内部。水泵入口通过管路连接至水源，清洗时，打开水泵31，水泵31送来的高压水经出水喷头34喷出，不断清洗透明筒体1内壁；当透明筒体1内部含有水雾，水渍较为严重时，开启气泵33，气泵33将高压气送到高压气管39后经出气喷头35喷出，靠气压吹掉透明筒体1内壁水渍，实现透明筒体1内部的除雾效果。清洗结束后，关闭水泵31和高压气泵33，打开吸水泵32，通过吸水头36将透明筒体1底部的水吸走。

具体的，出水管37、吸水管38和高压气管39设置在清洗管310的内部，清洗管310通过卷管器收放，并且在钻孔孔口安装有用于对清洗罐导向的定滑轮；便于统一操作和管理。其还包括清洗头311，清洗头311固定在清洗管310的底端，在清洗头311主体的上部设置有环形水管312，在环形水管312的外壁连通有若干倾斜设置的出水喷头34，出水管37的出口与环形水管312连通，出水管37送来的高压水先进入环形水管312，之后达到各个出水喷头34；在清洗头311的下部侧壁设置有环形气管313，在环形气管313的外壁连通有若干出气喷头35，高压气管39的出口与环形气管313连通，高压气管39送来的高压气先进入环形气管313，之后经各个出气喷头35喷出；在清洗头311的底部设置有吸水头36，吸水管38的进口与吸水头36的进口连通。在环形水管312与环形气管313之间的清洗头311的外壁上转动设有两个叶片方向相反的阻风扇314。管壁清洗装置3运行时，高压气流带动阻风扇314转动，减小气流对高压水流间的影响，提高透明筒体1内壁的清洁效果。

安装与使用过程：

(1)在完成的钻孔中插入透明筒体1；

(2)在透明筒体1与钻孔孔壁间灌入高强、透明的液态树脂形成透明填充层5；

(3)待树脂冷却、凝固产生强度后，同时开启水泵31和气泵33，并将清洗头311和井下电视一同沿着透明筒体1缓缓下放，利用高压水对透明筒体1内壁进行清洗，并用高压气冲刷水渍；

(4)当清洗头311到达筒体底部时，关闭高压气泵33和水泵31，回收井下电视，打开吸水泵32，吸走筒体底部积液。

(5)当透明筒体1内部含有水雾，筒壁水渍较为严重时，开启气泵33，实现透明筒体1内部的除雾效果。

(6)透明筒体1清洗完毕后，重新下放井下电视对钻孔孔壁进行图像采集。

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。