[實(shí)用新型]水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)量印模系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420853402.1
• 申請(qǐng)日: 2014-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN204402469U
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 司林坡;康紅普;林健;呂華文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天地科技股份有限公司
• 主分類號(hào): E21B49/00
• 分類號(hào): E21B49/00;E21B43/26
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 郝瑞剛

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及煤礦開采技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)量印模系統(tǒng)。

背景技術(shù)

地應(yīng)力是存在地層中的天然應(yīng)力，也稱為巖體初始應(yīng)力和原巖應(yīng)力。它是引起各種地下巖體開挖工程變形和破壞的根本作用力，是確定工程巖體力學(xué)屬性，進(jìn)行工程設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性分析的必要前提條件。

國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究表明，重力作用和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是引起地應(yīng)力的主要原因，除此之外還受到其他多種因素的影響，因此造成了地應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜性和多變性。對(duì)于巖體工程設(shè)計(jì)和施工周期來(lái)講，區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)是相對(duì)穩(wěn)定的非穩(wěn)定場(chǎng)，其大小和方向很難通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算或者數(shù)值模型分析方法獲得，唯一可行的方法就是進(jìn)行原位巖體應(yīng)力實(shí)測(cè)。

目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的地應(yīng)力測(cè)量方法有兩種，即應(yīng)力解除法和水壓致裂法。水壓致裂法為直接應(yīng)力測(cè)量方法，它具有測(cè)量深度深，不需要了解巖石的相關(guān)力學(xué)參數(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。尤其在深部巖體工程中，水壓致裂法是唯一的巖體應(yīng)力測(cè)量方法，目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于深部巖體應(yīng)力數(shù)據(jù)均來(lái)自于該測(cè)量方法。國(guó)外最大測(cè)量深度超過(guò)5000m，國(guó)內(nèi)最大測(cè)量深度超過(guò)1300m。

煤礦井下水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)量在巷道頂板圍巖中進(jìn)行，在打好的鉆孔中將一對(duì)跨接封孔器放置到預(yù)定位置，然后注水將封隔器漲起，對(duì)封隔器之間的完整巖體進(jìn)行注水壓裂。一般分為初次壓裂和重張工序，同時(shí)采集水壓過(guò)程的壓力-時(shí)間曲線。通過(guò)水力壓裂過(guò)程曲線可以得到破裂壓力、瞬時(shí)關(guān)閉壓力和重張壓力。根據(jù)上述參數(shù)采用相關(guān)公式可以計(jì)算出最大水平主應(yīng)力、最小水平主應(yīng)力、巖石抗拉強(qiáng)度等量值。壓裂裂紋的延展方向?yàn)樽畲笏街鲬?yīng)力方向，為了得到壓裂裂紋的方位及形態(tài)，最常用的方法是進(jìn)行裂紋印模。把帶有定向羅盤的印模膠筒放置在已壓裂的孔段，然后給印模膠筒加壓，壓力大小和加壓時(shí)間可根據(jù)壓裂參數(shù)確定。印模膠筒外層固結(jié)半硫化橡膠，通過(guò)涂刷四氫呋喃使其軟化并具有一定的塑性，當(dāng)印模膠筒注水膨脹，壓力達(dá)到一定數(shù)值后，外層軟化的橡膠就可以擠入壓裂裂紋中，膠筒卸壓后印痕留在其上，這樣就可以得到壓裂裂紋和原生裂紋。根據(jù)印模裝置中的基線方位通過(guò)平面弧長(zhǎng)與角度的計(jì)算就可以確定裂紋的破裂方向。

根據(jù)不同的測(cè)試要求，水壓致裂地應(yīng)力測(cè)量分為平面應(yīng)力測(cè)量和三維應(yīng)力測(cè)量。無(wú)論何種測(cè)試目的都需要在鉆孔的特定范圍內(nèi)進(jìn)行多次壓裂和印模，通過(guò)壓力-時(shí)間曲線及印模結(jié)果來(lái)確定各應(yīng)力的量值及方向，并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行分析和判斷。然而現(xiàn)有的印模系統(tǒng)存在如下缺點(diǎn)：

1、原印模器配備的二維定向羅盤只能單次定向，每次在孔中放置一個(gè)印模膠筒，只能在鉛垂鉆孔中實(shí)施一次印模；

2、原印模膠筒表面固結(jié)半硫化橡膠，需要用四氫呋喃進(jìn)行軟化，多次使用后表面半硫化橡膠容易變質(zhì)硬化，導(dǎo)致印模效果不佳、使用期限短。要進(jìn)行多次印模時(shí)需要攜帶和儲(chǔ)備多根印模膠筒。

實(shí)用新型內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本實(shí)用新型的目的是提供一種不受鉆孔布置方式限制，一次放置可實(shí)現(xiàn)兩次印模，且印模材料可拆卸的水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)量印模系統(tǒng)。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)量印模系統(tǒng)，其包括定向裝置、上印模膠筒、下印模膠筒、可拆卸印模材料、第一管道、第二管道、儲(chǔ)能器和高壓油泵，所述定向裝置、上印模膠筒和下印模膠筒從上至下順次連接，所述上印模膠筒和下印模膠筒的外表面分別纏繞有所述可拆卸印模材料，所述第一管道和第二管道的一端分別與所述下印模膠筒的下端連接，所述第一管道和第二管道的另一端分別與所述儲(chǔ)能器連接，所述儲(chǔ)能器與所述高壓油泵連接。

其中，所述可拆卸印模材料優(yōu)選為乙丙橡膠自粘膠帶。

其中，所述第一管道和第二管道上分別設(shè)有壓力監(jiān)測(cè)儀。

進(jìn)一步地，所述壓力監(jiān)測(cè)儀優(yōu)選為電阻應(yīng)變式壓力傳感器。

其中，所述定向裝置優(yōu)選為三維羅盤。

(三)有益效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型提供的一種水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)量印模系統(tǒng)，其采用定向裝置、上印模膠筒和下印模膠筒從上至下順次連接，所述上印模膠筒和下印模膠筒的外表面分別纏繞有可拆卸印模材料，第一管道和第二管道的一端分別與所述下印模膠筒的下端連接，所述第一管道和第二管道的另一端分別與儲(chǔ)能器連接，所述儲(chǔ)能器與高壓油泵連接；采用所述上印模膠筒和下印模膠筒連接，可同時(shí)或分次進(jìn)行兩段壓裂裂紋印模，可大幅提高地應(yīng)力測(cè)試效率；采用可拆卸印模材料替代原來(lái)固結(jié)于膠筒表面的半硫化橡膠，可節(jié)約成本，延長(zhǎng)印模膠筒使用周期，印模效果更好。