[發明專利]采用連接桿的軟巖多測點地應力測試方法

有效

• 申請號: 201310496900.5
• 申請日: 2013-10-21
• 公開（公告）號: CN103528718A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 劉泉聲;劉小燕;蔣景東;張程遠
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01L1/10
• 分類號: G01L1/10;G01L1/22
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 汪俊鋒

技術領域

本發明屬于巖土測量技術領域，具體涉及一種采用連接桿的軟巖多測點地應力測試方法。

背景技術

煤礦深井巷道的安全建設依賴于對地應力場的空間分布和時間演化規律的了解。在煤礦深部破碎軟弱的圍巖中，采用目前常用測試方法進行地應力的有效測試是非常困難的。硬巖中廣泛采用的水壓致裂法，其鉆孔封隔器需要在高水壓下具備良好的水密封性，對巖體的完整性提出了苛刻的要求，尤其不適用于煤礦深部節理裂隙發育的破碎軟弱巖體。另一種常用測試方法為應力解除法。由于煤礦深部松軟圍巖中巖芯很難獲取，無法通過單軸壓縮實驗得到力學參數，應力解除法在破碎軟弱巖體中難以實施。中國科學院武漢巖土力學研究所提出了一種“基于流變應力恢復原理的深部軟巖地應力測試方法和裝置”（專利號201210096644.6），利用深部軟巖在高地應力下流變的特性，實現軟巖地應力的實時測量和長期監測。

隨著開采巷道深度的不斷增加，圍巖強度低和地應力高的矛盾愈發突出，從施工期開始就必須進行地應力的多點測試，并長期監測圍巖中地應力的演化。在實際工程應用中，采用專利201210096644.6方法進行多測試點地應力監測時，需要將多個傳感器組推送至不同深度的孔內位置。當圍巖質量較好，巖體較硬時，基于流變應力恢復原理的深部軟巖地應力測試方法要求盡快在鉆孔內進行全孔注漿，以盡早完成周圍巖石應力向傳感器組的傳遞，以避免鉆孔趨于自穩后應力傳遞量小的問題。多測試點測量需要往孔中安裝多個傳感器組（一個測試點需要包含兩個三向壓力傳感器），由于鉆孔直徑一般與傳感器尺寸相當，空隙小，注漿桿很難在整個孔中穿過去，無法實現全孔段的完全注漿，實現簡單的應力解算。綜上所述，圍巖深孔中基于流變應力恢復原理的多測點地應力測量需要解決固定方位和注漿的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種采用連接桿的軟巖多測點地應力測試方法。通過該方法，在巖性較好的圍巖鉆孔中，可使多組壓力傳感器固定且可測量地安放至鉆孔中多個測試點，實現圍巖體局部應力場的的測量和計算。

一種采用連接桿的軟巖多測點地應力測試方法，包括以下步驟：

（1）在軟巖巷道壁上鉆孔，鉆孔包含多個測點；

（2）準備和測點數量相同的三相壓力盒組，每組包括兩個三相壓力盒；準備連接桿，所述連接桿為中空的，且由多節短桿在向鉆孔推進過程中，通過螺紋在孔口組裝而成；

（3）將一組兩個三向壓力盒用鎖緊螺釘相鄰地固定在連接桿上，兩個三向壓力盒任意兩個工作面法線不重合；將連接桿向鉆孔推進，同時組裝連接桿，按照深度設計將下一組三向壓力盒通過鎖緊螺釘固定在連接桿上，連接桿逐段向里推進，直到所有壓力盒安裝完畢，并推進到設計孔深位置；推進過程中記錄下每組兩個三向壓力盒所有工作面與連接桿軸線方向之間的方向余弦m_{ij,j＝1,...,6}和每個三向壓力盒在連接桿上的位置；

（4）根據三向壓力盒所有工作面與連接桿軸線方向之間的方向余弦m_{ij,j＝1,...,6}，計算孔中所有三向壓力盒的角度和位置，獲取所有三向壓力盒在鉆孔局部坐標系下的坐標與方位；

（5）三向壓力盒的數據線和鉆孔外的讀數儀連接，封閉鉆孔，通過中空的連接桿在壓力盒附近的注漿孔進行全孔注漿；

（6）漿液凝固后，從讀數儀上讀取壓力值，根據專利201210096644.6方法，求得每一對三向壓力盒中間點所在孔內位置的地應力分量σ′_x、σ′_y、σ′_z、τ′_xy、τ′_yz、τ′_zx；

（7）建立圓柱雙介質力學模型，以圍巖和注漿材料的楊氏模量、泊松比，巷道位置尺寸以及鉆孔長度為模型參數，基于每一組三向壓力盒在鉆孔局部坐標系下的坐標和孔內位置的地應力分量σ′_x、σ′_y、σ′_z、τ′_xy、τ′_yz、τ′_zx，利用有限元數值模擬，以迭代收斂方式求取鉆孔處原巖應力場應力分量σ_x、σ_y、σ_z、τ_xy、τ_yz、τ_zx。

所述三向壓力盒為正方體的形式，三個工作面相互垂直。

通過連接桿對鉆孔實施注漿，注漿材料采用水泥砂漿。