[發明專利]一種原孔位多次應力解除法的地應力測試方法

有效

• 申請號: 201310046338.6
• 申請日: 2013-02-05
• 公開（公告）號: CN103075150A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 吳繼忠;鄭西貴;余達;張農;楊高干;花錦波;張磊;馮曉巍;曹栩
• 申請（專利權）人: 上海大屯能源股份有限公司
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00
• 代理公司: 徐州市三聯專利事務所 32220
• 代理人: 周愛芳

技術領域

本發明涉及一種原孔位多次應力解除法的地應力測試方法，屬于地應力測試領域。能夠普遍適用于礦井不同巷道圍巖內不同深度的地應力測試研究，尤其適用于對巷道圍巖深部原巖應力場分布狀態的研究。

背景技術

地應力是引起采礦、水利水電、土木工程、軍事、鐵道公路等各種地下或露天巖土開挖工程變形的根本破壞力，對巷道原巖地應力進行測量是確定工程巖體力學屬性，進行圍巖穩定性分析，實現工程設計和決策科學化的根本前提。目前世界上已有美國，德國，波蘭等幾十個國家進行了地應力的測量工作。測量方法有很多種；但比較常用的方法有：應力解除法、應變恢復法，應力恢復法。也有人依據測量基本原理的不同，將測量方法分為直接法和間接法兩大類。直接測量法是通過直接測量和記錄相應的應力分量值，并根據他們與地應力的關系來確定地應力的值；而間接測量法是根據巖石的變形利用胡克定律來確定地應力的值。

目前國內外最普遍的地應力測量方法是套孔應力解除法。而空心包體技術的套孔應力解除法是目前地應力測量最可靠的方法之一，該方法是建立在彈性理論基礎上的應力測量方法。其基本原理就是將包含應變計的巖石通過取芯將其從周圍圍巖應力場中隔離開來，由于巖石的彈性會發生膨脹變形，測量出此巖塊的三維膨脹變形，通過現場彈模律定來確定其彈性模量，再由胡可定律即可計算出應力解除前巖體中應力的大小和方向。它的突出優點就是通過在一個測點的測量便可得到所測礦山巖體的三維地應力狀態，并且它能根據工程和地質上的需要，測量不同深度的地應力狀態，測量深度可以超過千米。從而建立地應力狀態空間信息網絡，是研究原巖應力場及其變化規律的重要依據，在地下礦山巖體原巖應力的測量中得到了廣泛的應用。

但是傳統的套孔應力解除法是單次鉆孔，單次測量，如果鉆孔不精準，或者鉆孔出現傾斜偏差，致使孔口和孔徑不能完全保持垂直，就將造成數據誤差，進而不可避免地對工程施工造成不良影響，降低工程經濟效益。而原孔位多次應力解除法地應力測量技術則有效的解決了這一問題，通過反復多次測量出同一孔位不同深度的地應力值，增強了測試數據的科學性和真實性，避免了重新鉆孔，減少了復雜的施工過程。

發明內容

本發明提供一種原孔位多次應力解除法的地應力測試方法，是基于套孔應力解除法，對原巖應力測量及原巖應力場分布規律的進一步研究。

本發明是以如下技術方案實現的：一種原孔位多次應力解除法的地應力測試方法，首先選取巖性完好適于地應力測試的地點，在選取的地應力測試地點鉆取直徑為127mm的導孔，磨平孔底，再鉆取直徑37mm的小孔、小孔深度300-500mm；后在小孔中安裝空心包體實施應力解除進行第一次地應力測量。其次，在第一次地應力測量的基礎之上，原鉆頭沿原孔位向深部繼續套鉆取芯，連續多次進行地應力測量，多次應力解除深度間隔為2-3米。然后對多次地應力測試結果進行比對分析，根據應力的變化規律確定原巖應力分布區，分析原巖應力場的分布規律；以相鄰兩次應力解除地應力測試所得地應力值之差的絕對值介于0.01倍和0.05倍的單位面積上覆巖層重量之間為基準，確定此深度區域開始為原巖應力分布區，確定多次應力解除測得原巖應力的標準為Δσ_i+1-Δσ_i/Δσ_i≤5%，其中Δσ_i＝(σ_i-σ_i-1)，Δσ_i為多次不同深度時進行應力解除地應力測試測得的地應力值。

所述的第一次測量深度為6~10米。

此外，可通過多次地應力測試巖石力學實驗測得的巖石力學參數進行相互比對，分析圍巖內部巖性變化規律。

有益效果：一種原孔位多次應力解除法的地應力測試方法，其多次取芯相對一次取芯愈發向圍巖深部延伸，遠離了巷道兩幫及頂板，這樣就遠離了巷道開挖所造成的應力影響區，且多次測量，最后算出的不同深度的應力值可以相互比對，可以準確確定出多次應力解除測得的為原巖應力。和傳統的套芯應力解除法地應力測量相比，極大的增強了測試數據的科學性和測試地點數據的真實性，從而避免因測量結果不準所導致的危險的工程設計，并減少了復雜的施工過程。這樣將有效提高準確性，也避免了多次鉆取新孔，有效提高了工程經濟效益，節省鉆孔時的人力和物力。

附圖說明

圖1所示為原孔位多次應力解除法示意圖。

圖2所示為應力解除次數與地應力測量值關系曲線圖

圖中：1、空心包體Ⅰ；2、空心包體；i+2、空心包體i+2。

具體實施方式