[發明專利]礦井下巖層地應力快速測量裝備及方法

有效

• 申請號: 201610091492.9
• 申請日: 2016-02-18
• 公開（公告）號: CN105716747B
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 黃炳香;趙興龍;陳樹亮;張權;孫天元
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學;徐州佑學礦業科技有限公司
• 主分類號: G01L1/02
• 分類號: G01L1/02
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 畢強

本發明公開了一種礦井下巖層地應力快速測量裝備及方法，其裝備具體包括集成為一體的電控高壓泵和手壓泵、高壓管路、封隔器、壓力傳感器、流量傳感器、水力致裂測控儀等。選擇一段圍巖性質穩定的巷道施工一組鉆孔，在鉆孔中安裝封隔器、高壓管路、并與高壓泵等設備連接進行水力致裂。在水力致裂過程中，利用測控儀監測并顯示管路水壓力及排量數據曲線。根據記錄的壓力數據及曲線，自動計算出地應力的大小。利用裝有環形透明軟管和刻度盤的彩色鉆孔窺視儀觀測鉆孔孔壁的裂縫方位，進而確定地應力方向。整套系統方法簡單，易于操作，且設備結構緊湊，便于攜帶，十分有利于對礦井下煤系巖層地應力的快速、可靠的測量，進而為礦井下安全開采提供保障。

技術領域

本發明涉及礦井研究領域，尤其涉及一種礦井下巖層地應力快速測量裝備及方法。

背景技術

地應力是存在于地層中的天然應力，它是引起地下工程變形和破壞的根本作用力。

對采礦工程而言，礦井下工作面、巷道及硐室的布局、開挖、支護等，分析巷道開挖及工作面開采后的圍巖應力變化等必須依據原位地應力的分布情況。一些常見的巷道圍巖變形嚴重等問題歸根結底都是原始地應力分布情況不清楚，盲目設計導致后續開采時面臨一系列的礦山壓力問題。

因此，準確快速的進行原位地應力的測量是急需解決的技術難題。水力致裂法是目前應用最為廣泛的一種測量地應力的方法；眾所周知，水力致裂法又稱水壓致裂法。一種絕對地應力測量方法。測量時首先取一段基巖裸露的鉆孔，用封隔器將上下兩端密封起來；然后注入液體，加壓直到孔壁破裂，并記錄壓力隨時間的變化，并用印模器或井下電視觀測破裂方位。根據記錄的破裂壓力、關泵壓力和破裂方位，利用相應的公式算出原地主應力的大小和方向。但是，傳統的水力致裂方法的主要問題是密封效果不好，從而影響測量結果的準確性，不利于煤礦的安全生產。同時傳統的水力致裂所用的高壓泵系統，質量重且移動困難，并且用于觀測水壓裂縫方位的印模器技術工序繁雜。

綜上，如何實現礦井下煤系巖層地應力的快速、簡易及可靠的測量是實現礦安全高效開采急需解決的技術難題。

但是，目前沒有一套完整、便攜的能快速測量礦井下煤系巖層地應力方法與裝備。

發明內容

本發明的目的在于提供一種礦井下巖層地應力快速測量裝備及方法，以解決上述問題。基于此，研制了一套便攜式礦井下巖層地應力快速測量的方法與裝備，并開發有配套的監控軟件及數據分析系統。水力致裂測量地應力的裝備，安裝及操作方便，開發的配套監測設備，能根據水力致裂水壓力曲線快速判讀出地應力的大小；同時提出了一種新的地應力方位觀測方法，并研制出了相應的設備，能方便快捷的觀測水壓裂縫的方位，從而快速判斷出地應力的方向。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

本發明還提供了一種礦井下巖層地應力快速測量裝備，包括水力致裂測量地應力的裝備；

所述水力致裂測量地應力的裝備具體包括鉆孔1和封隔器、封孔管路13、致裂管路14、壓力傳感器15、流量傳感器16、壓力表17、封孔管路泄壓閥18、致裂管路泄壓閥19、第一電控高壓泵輸出通道20、第二電控高壓泵輸出通道21、手壓泵輸出通道22、截止閥23、水力致裂測控儀24、手壓泵25、電控高壓泵26、工具箱27、高壓泵控制線路28、高壓泵控制柜29；

其中，上述各個零件結構之間的連接方式、位置關系以及結構布局如下：

所述電控高壓泵26具有兩個獨立的輸出通道，即第一電控高壓泵輸出通道20與第二電控高壓泵輸出通道21，所述電控高壓泵26還與所述高壓泵控制柜29電連接；

所述第一電控高壓泵輸出通道20連通封孔管路13，所述封孔管路13的前端設置有壓力表17和封孔管路泄壓閥18；