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    • 专利摘要:
    本实用新型提供了一种地下工程用组合式分级可控封孔器装置，包括子区段封孔装置及封堵密实程度阀门集中控制装置；封堵密实程度阀门集中控制装置包括阀门集中控制箱、封孔液体压力施加设备及封孔液体盛放容器。子区段封孔装置包括与围岩直接挤压接触的橡胶管、多个金属管、金属制螺纹连接段、金属制尾部段及孔内注入液体出流口；本实用新型可实现不同封堵区段、不同封堵长度的封孔任务，能适应地下工程操作施用活动空间较小的局限性，且装置便于组装拆卸，利于涉及场地原位封孔试验或施工过程的高效进行，便于更好地完成地下工程相关现场测试或施工任务。
    公开号:CN214330588U
    申请号:CN202022182784.8U
    申请日:2020-09-29
    公开日:2021-10-01
    发明作者:黄进；刘晓丽；宋丹青；王恩志；张建民
    申请人:Tsinghua University；
    IPC主号:E21B33-13
    专利说明:
    [n0001] 本实用新型涉及岩石力学与工程技术领域，特别涉及一种地下工程用组合式分级可控封孔器装置。
    [n0002] 在地下工程中，多需开展现场岩石力学试验或岩石工程施工，常会对围岩进行钻孔，并对孔洞进行特定液体注入，以实现岩体物理性质参数的测定或岩体力学指标的改进。孔洞末端的有效封堵，对于现场试验或施工过程的高效进行具有重要的实践意义。
    [n0003] 目前封孔装置多为独立式封孔器，封堵区段长度较短，封堵区域位置单一，拆卸过程易出现卡顿，不能很好地满足岩石力学与工程中更多封堵液体注入问题的实际需要。随着岩体工程建设的全面开展，测试及施工任务变得更为复杂，对封堵注液装置体系的高效性与灵活性提出了更高的要求。
    [n0004] 当前现场岩石力学与工程实践中，渗透性能测试或注浆加固施工等工程现场操作较为常见，针对孔洞不同区段进行不同效果的封堵，且封堵长度可变，组装拆除快速等需求成为后续工程装备发展的重要趋势。此外，地下工程或水利工程施工现场，往往受到实际环境的影响，操作空间较小，组合式装备能够适应更多作业的灵活性需求，可在一定程度上弥补或改进当前已有工作的缺陷与不足。
    [n0005] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够结合工程现场岩石试验或施工需求，对既有孔洞不同区段进行分区封堵，封堵区间长度可调节，便于组装撤拆的地下工程用组合式分级可控封孔器装置，便于更好地完成地下工程或水利工程相关现场测试或施工任务。
    [n0006] 为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种地下工程用组合式分级可控封孔器装置，包括子区段封孔装置及封堵密实程度阀门集中控制装置；
    [n0007] 所述封堵密实程度阀门集中控制装置包括阀门集中控制箱、封孔液体压力施加设备及封孔液体盛放容器；所述封孔液体盛放容器、封孔液体压力施加设备及阀门集中控制箱通过封孔液体传输导管依次连接；
    [n0008] 所述子区段封孔装置整体伸入位于围岩上由钻孔设备制得的现场试验或施工用孔洞中，所述子区段封孔装置包括与围岩直接挤压接触的橡胶管、多个金属管、金属制螺纹连接段、金属制尾部段及孔内注入液体出流口；所述橡胶管环向包裹于金属管的外围；所述金属管之间通过所述金属制螺纹连接段进行连接；所述金属制尾部段位于现场试验或施工用孔洞的尾部位置，连接于末节的金属管上，分别连接孔内注入液体外部导管和封孔液体传输导管；所述孔内注入液体出流口位于现场试验或施工用孔洞的首部位置，连接于首节的金属管上；所述金属管内部布设有孔内注入液体输运导管，使得孔内注入液体可进入试验测试孔洞内部；所述金属管在与橡胶管直接接触的外壁上设有液体孔隙；封孔液体注入金属管内，并在金属管与孔内注入液体输运导管之间流动；封孔液体通过所述液体孔隙挤压橡胶管，使得橡胶管膨胀变形挤压围岩，以实现封堵试验测试孔洞的目的。
    [n0009] 进一步地，所述金属制螺纹连接段两端有预制螺纹，便于各级金属管相关连接拆卸，孔内注入液体输运导管穿过金属制螺纹连接段，进入下一级金属管；封孔液体传输于液体输运导管与预制螺纹之间的封孔液体导流区域，传输到下一级金属管与孔内注入液体输运导管之间的区域。
    [n0010] 进一步地，所述金属制尾部段内部预设有异型腔体空间一与异型腔体空间二；所述异型腔体空间一用于沟通孔内注入液体外部导管与孔内注入液体输运导管，所述异型腔体空间二将经由封孔液体传输导管进入的封孔液体导入金属管与孔内注入液体输运导管之间区域。
    [n0011] 进一步地，所述孔内注入液体外部导管上布设有注入液体进出控制阀门，便于对注入液体的开启关闭、流量大小情况进行有效的控制。
    [n0012] 进一步地，所述阀门集中控制箱上设置有总体控制开关和封孔液体分级控制器；所述总体控制开关可实现对封孔液体整体注入情况的控制；所述液体孔隙位置处设置有电子位移元件，所述封孔液体分级控制器可对各级金属管上的电子位移元件进行控制，从而对各级金属管上的液体孔隙开合程度进行控制。
    [n0013] 进一步地，还包括横杆式撤拆装置，所述横杆式撤拆装置包括布设在金属制尾部段上的金属制横杆及橡胶制手持握力段；所述橡胶制手持握力段位于金属制横杆的端部。
    [n0014] 本实用新型提供的一种地下工程用组合式分级可控封孔器装置，在现有围岩孔洞封孔装置实践基础上，利用组合式子区段封孔装置实现待封堵孔洞不同区段的个性化封堵，利用阀门集中控制箱对各封堵区段进行独立调节控制，利用横杆式撤拆装置实现对封孔装置的便捷拆卸，整体上有效改善了当前封孔装置结构简单、形式单一、操作不便等不足。本装置的引入，可实现不同封堵区段、不同封堵长度的封孔任务，能适应地下工程操作施用活动空间较小的局限性，且装置便于组装拆卸，利于涉及场地原位封孔试验或施工过程的高效进行，便于更好地完成地下工程相关现场测试或施工任务。
    [n0015] 图1为本实用新型实施例提供的一种地下工程用组合式分级可控封孔器装置的整体示意图；
    [n0016] 图2为本实用新型实施例提供的一种地下工程用组合式分级可控封孔器装置的子区段封孔装置结构纵截面示意图；
    [n0017] 图3为本实用新型实施例提供的一种地下工程用组合式分级可控封孔器装置的子区段封孔装置结构横截面示意图；
    [n0018] 图4为本实用新型实施例提供的一种地下工程用组合式分级可控封孔器装置的金属管结构示意图；
    [n0019] 图5为本实用新型实施例提供的一种地下工程用组合式分级可控封孔器装置的金属制螺纹连接段结构纵截面示意图；
    [n0020] 图6为本实用新型实施例提供的一种地下工程用组合式分级可控封孔器装置的金属制螺纹连接段结构横截面示意图；
    [n0021] 图7为本实用新型实施例提供的一种地下工程用组合式分级可控封孔器装置的金属制尾部段结构整体示意图；
    [n0022] 图8为本实用新型实施例提供的一种地下工程用组合式分级可控封孔器装置的金属制尾部段结构纵截面示意图。
    [n0023] 参见图1，本实用新型实施例提供的一种地下工程用组合式分级可控封孔器装置，包括用于基于膨胀变形原理封堵孔洞的子区段封孔装置，对各级子封孔区段可独立控制的封堵密实程度阀门集中控制装置，及便于回撤拆除的横杆式撤拆装置。子区段封孔装置可结合使用需求采用不同数量的金属管5进行组合，便于更好地适应工程现场与试验测试情境。所述封堵密实程度阀门集中控制装置对各级子区段封孔装置分别予以操控，利于更为灵活地应对孔洞1沿径向不同位置的封堵要求。横杆式撤拆装置能够对试验测试任务结束的封孔器装置进行便捷拆除，可有效提升封孔器作业全流程工作效率。
    [n0024] 其中，子区段封孔装置包括橡胶管4、金属管5、金属制螺纹连接段6、金属制尾部段7及孔内注入液体出流口3。金属管5沿着径向通过金属制螺纹连接段6进行组合拼装，通过调节金属管5与金属制螺纹连接段6的数目，获得满足需要的不同长度封孔器。在初步组装好的各级子区段封孔装置联合体的孔洞洞线方向洞外端点位置处安装金属制尾部段7，孔洞洞线方向洞内端点位置处加装孔内注入液体出流口3。
    [n0025] 参见图2与图3，对于子区段封孔装置，在金属管5内部位置布设有孔内注入液体输运导管21，便于孔内注入液体进入待测试验孔洞1的内部。
    [n0026] 参见图4，为了便于封孔液体作用在橡胶管4上，在金属管5外壁上布设有液体孔隙22，并在液体孔隙22位置处安设有可由封孔液体分级控制器15进行控制的电子位移元件23，以实现对金属管5上液体孔隙22开合程度的有效控制。通过对不同位置的电子位移元件23开合的控制，可以对待测孔洞1指定区段的封堵。
    [n0027] 参见图5与图6，为便于对各级金属管5的组装拆卸，在金属制螺纹连接段6的端部位置设有预制螺纹24，可与金属管5对应位置的螺纹口配合使用。为便于孔内注入液体与封孔液体两种不同液体的单独输运，孔内注入液体输运导管21穿过金属制螺纹连接段6；封孔液体传输于液体输运导管21与预制螺纹之间的封孔液体导流区域27，并传输到下一级金属管5 与孔内注入液体输运导管21之间的区域。
    [n0028] 参见图7与图8，对于金属制尾部段7，设有金属制横杆9，且两者可在接触联接位置处设有插槽以便于快速组装，在金属制横杆9的端部设有橡胶制手持握力段8，以减少操作人员施力过程滑脱等影响。金属制尾部段7内部预设有异型腔体空间一25和异型腔体空间二26，异型腔体空间一25用于沟通孔内注入液体外部导管10与孔内注入液体输运导管21，异型腔体空间二26将经由封孔液体传输导管12进入的封孔液体导入金属管 5与孔内注入液体输运导管21之间区域。
    [n0029] 下面以自来水作为封孔液体、以加固浆液作为孔内注入液体为例，对本实用新型实施例提供的一种地下工程用组合式分级可控封孔器装置的工作原理及工作过程做具体说明：
    [n0030] 首先，依据工程现场条件与试验测试需求，确定子区段封孔装置的使用数量，对本次测试所需的封孔液体分级控制器15进行调试，并对封孔液体自来水与孔内注入液体加固浆液进行相应预制准备；其次，通过金属制螺纹连接段6把各级金属管5进行安装组合，将首部位置金属管5伸入待测试孔洞1内，将末节位置金属管5同金属制尾部段7进行连接，并使各液体输运管路穿入通过各级封孔装置子区段；接着，结合试验测试任务，对封孔液体分级控制器15进行调节，使得金属管5外壁上预留的液体孔隙 22达到合适的开合程度；接着，启动封孔液体压力施加设备16，使得封孔液体自来水通过橡胶管4对待测试孔洞1对应的围岩2进行挤压，完成对待测孔洞1特定区段的封堵；接着，待孔洞1达到预定封堵效果后，启动注入液体进出控制阀门11，使得孔内注入液体加固浆液流经各子区段封孔装置，并由孔内注入液体出流口3进入孔洞1的内部，完成试验测试；随后，待试验测试完成后，关闭注入液体进出控制阀门11，等孔洞内注入液体压力降到预定范围或注入液体导入完毕后，关闭封孔液体压力施加设备 16，使同围岩2进行挤压的橡胶管4膨胀变形逐渐减弱，直至同围岩2脱离接触；最后，在金属制尾部段7上安设金属制横杆8，利用端部的橡胶制手持握力段8，对各级子区段封孔装置进行撤拆，完成试验测试的封孔任务。
    [n0031] 本实用新型提供的一种地下工程用组合式分级可控封孔器装置，不仅可实现不同封堵区段、不同封堵长度的封孔任务，还能适应地下工程操作施用活动空间较小的局限性，且装置便于组装拆卸，有利于涉及场地原位封孔试验或施工过程的高效进行，便于更好地完成地下工程相关现场测试或施工任务。
    [n0032] 最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
    权利要求:
    Claims (6)
    [0001] 1.一种地下工程用组合式分级可控封孔器装置，其特征在于：包括子区段封孔装置及封堵密实程度阀门集中控制装置；
    所述封堵密实程度阀门集中控制装置包括阀门集中控制箱(13)、封孔液体压力施加设备(16)及封孔液体盛放容器(18)；所述封孔液体盛放容器(18)、封孔液体压力施加设备(16)及阀门集中控制箱(13)通过封孔液体传输导管(12)依次连接；
    所述子区段封孔装置整体伸入位于围岩(2)上由钻孔设备制得的现场试验或施工用孔洞(1)中，所述子区段封孔装置包括与围岩(2)直接挤压接触的橡胶管(4)、多个金属管(5)、金属制螺纹连接段(6)、金属制尾部段(7)及孔内注入液体出流口(3)；所述橡胶管(4)环向包裹于金属管(5)的外围；所述金属管(5)之间通过所述金属制螺纹连接段(6)进行连接；所述金属制尾部段(7)位于现场试验或施工用孔洞(1)的尾部位置，连接于末节的金属管(5)上，分别连接孔内注入液体外部导管(10)和封孔液体传输导管(12)；所述孔内注入液体出流口(3)位于现场试验或施工用孔洞(1)的首部位置，连接于首节的金属管(5)上；所述金属管(5)内部布设有孔内注入液体输运导管(21)，使得孔内注入液体可进入试验测试孔洞(1)内部；所述金属管(5)在与橡胶管(4)直接接触的外壁上设有液体孔隙(22)；封孔液体注入金属管(5)内，并在金属管(5)与孔内注入液体输运导管(21)之间流动；封孔液体通过所述液体孔隙(22)挤压橡胶管(4)，使得橡胶管(4)膨胀变形挤压围岩(2)，以实现封堵试验测试孔洞(1)的目的。
    [0002] 2.根据权利要求1所述的地下工程用组合式分级可控封孔器装置，其特征在于：所述金属制螺纹连接段(6)两端有预制螺纹(24)，便于各级金属管(5)相关连接拆卸，孔内注入液体输运导管(21)穿过金属制螺纹连接段(6)，进入下一级金属管(5)；封孔液体传输于液体输运导管(21)与预制螺纹(24)之间的封孔液体导流区域(27)，传输到下一级金属管(5)与孔内注入液体输运导管(21)之间的区域。
    [0003] 3.根据权利要求1所述的地下工程用组合式分级可控封孔器装置，其特征在于：
    所述金属制尾部段(7)内部预设有异型腔体空间一(25)与异型腔体空间二(26)；所述异型腔体空间一(25)用于沟通孔内注入液体外部导管(10)与孔内注入液体输运导管(21)，所述异型腔体空间二(26)将经由封孔液体传输导管(12)进入的封孔液体导入金属管(5)与孔内注入液体输运导管(21)之间区域。
    [0004] 4.根据权利要求1所述的地下工程用组合式分级可控封孔器装置，其特征在于：所述孔内注入液体外部导管(10)上布设有注入液体进出控制阀门(11)，便于对注入液体的开启关闭、流量大小情况进行有效的控制。
    [0005] 5.根据权利要求1所述的地下工程用组合式分级可控封孔器装置，其特征在于：所述阀门集中控制箱(13)上设置有总体控制开关(14)和封孔液体分级控制器(15)；所述总体控制开关(14)可实现对封孔液体整体注入情况的控制；所述液体孔隙(22)位置处设置有电子位移元件(23)，所述封孔液体分级控制器(15)可对各级金属管(5)上的电子位移元件(23)进行控制，从而对各级金属管(5)上的液体孔隙(22)开合程度进行控制。
    [0006] 6.根据权利要求1-5任一项所述的地下工程用组合式分级可控封孔器装置，其特征在于，还包括横杆式撤拆装置，所述横杆式撤拆装置包括布设在金属制尾部段(7)上的金属制横杆(9)及橡胶制手持握力段(8)；所述橡胶制手持握力段(8)位于金属制横杆(9)的端部。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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