[實用新型]巖芯內應力場測試儀

有效

• 申請號: 201220060986.8
• 申請日: 2012-02-24
• 公開（公告）號: CN202533205U
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 蔣奇;郭鋒;楊猛;張帥帥
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

技術領域

本實用新型涉及一種巖芯內應力場測試儀，可以測量煤體、巖體內應力的大小和空間分布，組建應力場，從而可以實時監測煤體、巖體地應力變化，內應力大小，隨采動和頂板活動、圍巖活動的變化規律。屬于工程監測技術領域。?

背景技術

地應力作用是導致地殼變形、褶皺、斷裂乃至地震發生的根本原因，地應力測量及應力狀態研究已廣泛應用于大陸動力學研究、地震預報監測、地質災害預警、活動斷裂以及礦山、大壩、電站、隧道工程設計及構造應力場研究等領域。地應力研究的核心內容是地應力狀態、空間分布規律及其隨時間的變化規律。地應力狀態通常運用地應力測量手段獲得，地應力測量分為絕對應力測量和相對應力測量兩種。絕對應力測量主要是確定地殼應力背景值，包括主應力大小和方向。相對應力測量是觀測應力隨時間的動態變化規律，通常采用地應力監測技術。絕對應力測量方法主要包括壓磁應力解除法、空心包體應力解除法、水壓致裂法等。相對應力測量方法主要包括壓磁法、體應變法、分量應變法及差應變法等（吳滿路，廖椿庭等，2004）。在地應力測量與監測的基礎上，進行地應力狀態空間分布規律及其隨時間的變化規律分析，從力學機制上探討地質作用過程及其作用結果具有重要的科學意義和理論意義。目前，國內外絕對應力測量主要利用水壓致裂法和應力解除法。水壓致裂法是目前可進行深孔直接應力測量的唯一方法，國外水壓致裂應力測量深度已經達到數千米，國內水壓致裂應力測量深度還主要在1000米之內，這一領域國內外差距比較明顯，主要體現在設備自動化水平、材料性能等諸多方面；壓磁法是廣泛采用的應力解除方法，國外測量深度已達數百米，國內測量深度僅限于孔深數十米以內，深孔壓磁、應力解除測量仍面臨深孔元件防水密封、自動化安裝及定向、深部小孔成孔及井下數據采集存儲等諸多技術難題。由于地殼淺表層地形風化作用等引起的非構造應力的存在，能夠代表區域性構造應力的深度往往大于100m，甚至更深，尤其是深切河谷地區（吳滿路，2004）。因此，迫切需要開展深孔地應力測量技術方法試驗研究，發展深孔地應力測量技術，為深部應力探測提供技術和人才儲備，提升我國相關領域研究水平，具有重要的科學意義。?

可采用套鉆孔應力解除法，來取代巖體表面應力測量方法。根據測量元件安裝和測量的物理量不同，套鉆孔應力解除測量法可分為鉆孔孔壁應變測量法、鉆孔孔底應變測量法和鉆孔孔徑變形測量法三種。瑞典哈斯特研制的壓磁式應力計和美國礦務局歐貝特（Obert,L.）等人研制的USBM鉆孔變形計，都是測量鉆孔直徑變化的應力計；南非黎曼（Leeman,E.R.）研制的“CSIR門塞器”是測量鉆孔孔底應變的應力計；70年代南非科學及工業委員會CSIRO鉆孔三軸應變計則是測量鉆孔孔壁應變的測量元件。葡萄牙國家土木研究所羅哈研制的鉆孔三向應力張量計，經過70年代改進和完善而成為空心包體式三軸應力計，也是測量鉆孔孔壁應變的測量元件。?

工程實踐中，巖體、煤體內相對應力狀態測試方法或裝置主要有孔底應變法、鉆孔變形計、小孔徑水壓致裂地應力測試（專利申請號：03257022），和深孔大地應力檢測裝置的伸縮式貼片頭（專利申請號：200420111711.8），鉆孔應力計：煤巖體地應力連續測試裝置及方法（專利申請號：200910029898.4），它們的缺點有的是不能與巖體緊密耦合，使用需要錨固劑或耦合劑，而且不可重復實用，測量效果差，僅僅測量鉆孔內孔底或孔壁，或孔徑的變形，不能測量巖體內部的空間應力場。?

經專利和文獻檢索，煤巖體地應力連續測試裝置及方法（專利申請號：200910029898.4）專利，采用了測試膠囊管內的油液壓力方法來測試巖體地應力，通過連接在膠囊管上的電力壓力表得到一個膠囊管內的液體壓力值，這個專利方法不能測量巖壁內上的各點處壓力，不能給出巖壁內矢量應力或應變，不能構建出應力場，而且采用的測試傳感器和分析系統是電子數顯壓力傳感器與后續電路分析，干擾嚴重，信息量少，不便于組網和遠距離傳輸。?