[發(fā)明專利]一種采動三向應(yīng)力場的測試方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310185727.7
• 申請日: 2013-05-17
• 公開（公告）號: CN103293560A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余達(dá)桂;鄭西貴;楊高干;張農(nóng);陳步躍;季明;董立新;劉娜;張磊;洪昊;曹栩
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大屯能源股份有限公司
• 主分類號: G01V9/00
• 分類號: G01V9/00
• 代理公司: 徐州市三聯(lián)專利事務(wù)所 32220
• 代理人: 周愛芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三向應(yīng)力場測試技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種采動三向應(yīng)力場的測試方

法，尤其適用于煤礦、金屬礦山、地鐵、人防工程及地下空間工程等的圍巖或硐室的三向應(yīng)力場的長期動態(tài)監(jiān)測。

背景技術(shù)

煤炭是我國主要的能源，在一次性能源構(gòu)成中，煤炭所占的比重在70%以上，我國煤炭資源豐富但煤炭賦存條件復(fù)雜，95%的煤炭產(chǎn)量是井工生產(chǎn)，而且自然災(zāi)害較為嚴(yán)重，因此井下采煤的面臨著很多不可預(yù)知的災(zāi)難事故。其中煤礦井下開掘巷道和進(jìn)行回采工作稱為對煤或巖體的采動，采動發(fā)生后破壞了原巖體的應(yīng)力平衡狀態(tài)，引起巖體內(nèi)部的應(yīng)力重新分布，重新分布的應(yīng)力超過煤、巖的極限強度時，使巷道或采煤工作面周圍的煤巖發(fā)生破壞，并向已采空間移動，直到形成新的應(yīng)力平衡狀態(tài)，采動時作用在圍巖或支護(hù)物上的力稱為采動應(yīng)力。采動引起的三向應(yīng)力變化可能會導(dǎo)致巷道頂?shù)装迤茢嗷蚱茐摹⑵瑤兔绊數(shù)坠牡纫幌盗械V山壓力現(xiàn)象，也可能導(dǎo)致沖擊地壓和煤與瓦斯突出等礦山動力現(xiàn)象。要搞清楚巷道周圍的三向應(yīng)力場，那么首先要做的便是進(jìn)行地應(yīng)力測試。

地應(yīng)力是引起采礦、水利水電、鐵路、地鐵、人防工程和各種地下或露天巖土開挖工程變形和破壞的根本作用力。而由于超前采動引起的回采或準(zhǔn)備巷道的三向應(yīng)力場的變化對確定工作面回采巷道圍巖的穩(wěn)定性和選擇合理的支護(hù)方式至關(guān)重要。

對于巷道應(yīng)力場的測量，對測量方法的分類沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有的根據(jù)測量手段的不同，將在實際測量中使用過的測量方法分為：構(gòu)造法、變形法、電磁法、地震法和放射性法。有的根據(jù)測量方法的不同分為應(yīng)力恢復(fù)法、應(yīng)力解除法、應(yīng)變恢復(fù)法、應(yīng)變解除法、水壓致裂法、聲發(fā)射法、X射線法、重力法等。

近年來隨著我國對于地應(yīng)力的不斷研究，在技術(shù)上和裝備上已經(jīng)取得很大的進(jìn)步。目前國內(nèi)比較常用的是水壓致裂法、應(yīng)力恢復(fù)法、應(yīng)力解除法。但是水壓致裂法的主應(yīng)力方向確定不太準(zhǔn)確。多數(shù)提出用三維水壓致裂法確定主應(yīng)力方法本身缺乏嚴(yán)密的理論依據(jù)，因此用這些測量數(shù)據(jù)推導(dǎo)計算得到的地應(yīng)力大小和方向其精度就更相對比校低。這些方法雖然有助于適當(dāng)提高測量結(jié)果的計算精度，但也有待足夠的測量數(shù)據(jù)來驗證。目前煤礦上比較常用的是套芯應(yīng)力解除法，應(yīng)力解除法的應(yīng)力測量是建立在彈性理論的基礎(chǔ)上，而巖體為裂隙介質(zhì)，并非理想的彈性體，如果巖體完整或比較完整而應(yīng)力又不太高時，巖體介質(zhì)可作線彈性體假設(shè)，測量時根據(jù)被鉆進(jìn)切割的巖芯的彈性恢復(fù)(應(yīng)變或變形)來計算地應(yīng)力大小和方向。

但是目前這些方法都只是在一定程度上測試出靜態(tài)應(yīng)力場的大小，而對于工作面前方的采動影響下的巷道應(yīng)力場的變化卻缺乏一定的認(rèn)識。

由于以上各種測試地應(yīng)力方法的缺陷，亟待一種更加簡便易行的一種測試采動三向應(yīng)力場的測試裝置及方法，既可以實現(xiàn)對工作面回采過程中巷道受采動影響大小進(jìn)行確定，又可以實現(xiàn)實時動態(tài)監(jiān)測隨著工作面的推進(jìn)巷道圍巖的變形情況，并且能反推出巷道的三向應(yīng)力場的演化規(guī)律。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明提供一種采動三向應(yīng)力場的測試方

法，準(zhǔn)確測量三向應(yīng)力場的變化并實行在線監(jiān)測。

本發(fā)明是以如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種采動三向應(yīng)力場的測試方法，具體步驟如下：

a.在超前工作面50m~80m的巷幫側(cè)或是巷道剛掘完時的巷道兩幫選定應(yīng)力測試點，首先對選定應(yīng)力測試點采用應(yīng)力解除法地應(yīng)力測試，測試深度為6m~10m，并記錄應(yīng)變花組的空間位置和角度，對現(xiàn)場測試完成后取出的含有包體應(yīng)變計的巖芯進(jìn)行巖石力學(xué)實驗，率定出各項巖石力學(xué)參數(shù)，分析測試點的三向應(yīng)力狀態(tài)；

b.將解除后含有包體應(yīng)變計的巖芯埋設(shè)回至現(xiàn)場施工的鉆孔內(nèi)，并記錄應(yīng)變花組的空間位置和角度；如果解除后的巖芯不具備回埋條件，可以在間隔一米范圍內(nèi)，重新進(jìn)行地應(yīng)力測試安裝完好的包體應(yīng)變計，但不進(jìn)行應(yīng)力解除，計算所需的巖石力學(xué)參數(shù)仍由原地應(yīng)力測試所得含包體應(yīng)變計的巖芯進(jìn)行巖石力學(xué)實驗獲得；

c.對含包體應(yīng)變計的巖芯與鉆孔孔壁的縫隙進(jìn)行填充注漿密實，并記錄包體應(yīng)變計初始讀數(shù)；

d.在采煤工作面的回采過程中，通過在線實時監(jiān)測裝置記錄包體應(yīng)變計的數(shù)值變化，結(jié)合注漿密實后原地應(yīng)力測試所得巖芯中包體應(yīng)變計的初始讀數(shù)進(jìn)行分析，反演回采過程中各時刻的三向應(yīng)力分布狀態(tài)。

其進(jìn)一步是：反演回采過程中各時刻的三向應(yīng)力分布狀態(tài)分析方法具體如下：

（1）把采動監(jiān)測到的包體應(yīng)變計的應(yīng)變數(shù)值與回埋注漿后包體應(yīng)變計的初始數(shù)值進(jìn)行差值分析，運用地應(yīng)力測試的應(yīng)力計算方法，分析回采過程中不同時刻的三向應(yīng)力分布狀態(tài)；