[发明专利]井下断层水流方向探测装置及探测方法

权利要求书

1.一种井下断层水流方向探测装置，其特征是，包括探测主机，探测主机通过两条连接线分别与断层之间两个钻孔中的探测电极连接，每个探测电极均包括设置于外部的环状电极，环状电极内部为空腔，环状电极的底端设置带内螺纹的开口，所述开口中旋有螺丝，将螺丝拧紧后，环状电极下端关闭，将螺丝拧开后，环状电极底端开口打开；

所述连接线包括位于中部的液体探测导管，液体探测导管外部设置有两根铜导线，铜导线和液体探测导管外部由外皮密封，形成整条连接线；铜导线的两端分别连接主机铜导线接头和环状电极，液体探测导管两端接头分别与主机液体探测接头和环状电极的空腔连通；

所述探测主机包括外壳，外壳内设置有主板、电压表、电源、水泵和液体探测盛放装置，壳体上设置有与连接线相连的主机连接线接头，主机连接线接头中设置有主机铜导线接头和主机液体探测接头，连接线连接至主机连接线接头上，连接线中的铜导线通过主机铜导线接头与主板连接，主机铜导线接头通过主板连接有电压表，主板上还连接有电源和水泵，主机液体探测接头与液体探测盛放装置中的水泵连接，主板和水泵均由电源供电。

2.一种利用权利要求1所述井下断层水流方向探测装置的探测方法，其特征是，包括以下步骤：

1).组装探测装置；

2).在井下断层上下盘之间施工以形成两个钻孔，且钻孔内出现涌水，如果没有水，进行人工注入水；将已连接好的铜导线和环状电极置于断层两盘不同钻孔中，可以形成闭合回路；

3).电压表数据采集，将上述探测装置连接完毕后，开始数据采集；

设岩层曲面上有n个电荷，设第k个电荷为q_k，在t时刻自电过程产生的电荷函数为

F(t)＝f_k(t) (1)

第k个电荷在自电过程中的产生的电荷量为：

Q_i(t)＝q_k·F(t)＝q_k·f_k(t) (2)

根据叠加原理n个电荷自电过程产生的电荷量：

当曲面很小时，曲面上自电过程产生的电势看作整个电荷产生的电势，对于曲面外一点A点的电势为：

U_A(t)＝(1/4πε₀r_A)·Q(t)，其中ε₀＝8.85×10^-12C²/(N·m²) (4)

将公式(3)带入公式(4)，对于曲面外一点A点的电势为：

由上可知断层钻孔间岩层曲面上存在着电势公式为因此，电压表的数据大小是由公式(5)所决定的；如果水流上游方向钻孔电极处产生低电位，在水流方向下游钻孔电极处产生高电位，两电极之间将会产生电位差，电压表将发生偏转；

利用探测装置进行5～10次数据采集，根据测量的数据，能够初步判断出水流方向；

4).不同钻孔间液体探测盛放装置的测量：

通过连接线内的液体探测导管使探测主机与两钻孔相连，利用探测主机向水流上游钻孔中释放食盐溶液；通过探测主机向水流径流的方向钻孔内取液，分析钻孔中食盐溶液的含量，进一步确定断层水流的方向，为断层动水注浆提供钻孔设计依据，从而实现预期效果注浆，保障工作面安全回采。

3.如权利要求2所述的利用井下断层水流方向探测装置的探测方法，其特征是，步骤1)中，为了便于现场探测装置开展工作，采用先探测主机连接，再向两端电极连接的方式，这样在连接过程中，能够防止出现遗漏的工作；

首先，将探测主机两端的主机铜导线接线头和主机液体探测接头分别与连接线中的铜导线和液体探测导管连接，检测接头连接完好后，探测主机的连接工作即可结束；如果连接不好，需要重新进行连接工作；

其次，将连接线中的铜导线分别固定在探测电极上端的铜导线接头上，同时将探测电极中的液体探测接头与连接线中的液体探测导管连接充分，利用防水胶带将上述接头缠绕，使探测电极与连接线中的铜导线充分接触，液体能够在液体探测导管内正常流通，不发生漏液现象；将探测电极的下端螺丝拧紧，使其开口闭合，防止液体流出，这样探测主机的连接工作完成。