[發明專利]基于可視化均布水壓致裂地應力測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201610208284.2
• 申請日: 2016-04-05
• 公開（公告）號: CN105758561B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 張少華;程亮;劉偉;張明磊;劉建;郭文豪
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01L1/02
• 分類號: G01L1/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種基于可視化均布水壓致裂地應力測量裝置，其特征是：該測量裝置包括：隔爆高壓泵、蓄能器、靜壓進水管、高壓管路、壓力傳感器、數據采集記錄儀、壓力表、增壓軟管、液壓提升裝置、水壓致裂及監測裝置；隔爆高壓泵與蓄能器的輸入端連接，蓄能器的輸出端通過高壓管路與液壓提升裝置連接，在高壓管路上有靜壓進水管、壓力表、壓力傳感器和增壓軟管；壓力傳感器通過數據傳輸線與數據采集記錄儀連接；液壓提升裝置的前端與水壓致裂及監測裝置連接；

所述的液壓提升裝置包括液壓缸、活塞桿和固定托盤；活塞桿的一端位于液壓缸內，活塞桿的另一端與固定托盤連接，在固定托盤上連接水壓致裂及監測裝置；

所述的水壓致裂及監測裝置包括高強度環形管、卡槽、套環軟管、內密封盤、外密封盤、拍攝儀固定底座、拍攝儀、數據傳輸線、增壓軟管及螺栓；在高強度環形管上連接有內密封盤和外密封盤，在高強度環形管外有套環軟管，套環軟管上延伸至內密封盤和外密封盤之間，在位于內密封盤和外密封盤之間的套環軟管通過卡槽連接；在中心位置有拍攝儀固定底座，拍攝儀固定底座下連接有數據傳輸線；拍攝儀有多個，以多角度多方位安裝在拍攝儀固定底座上。

2.權利要求1所述的基于可視化均布水壓致裂地應力測量裝置的地應力測試方法，其特征是：測量方法通過注水加壓使水壓致裂及監測裝置外表面的套環軟管發生膨脹，對圍巖產生擠壓，使圍巖產生裂隙，實現水壓致裂測地應力；在此過程中，通過高強度環形管內的拍攝儀對地應力測試過程中的圍巖裂隙變化進行實時監測，實現可視化由套環軟管間接接觸圍巖水壓致裂測地應力；

具體步驟如下：

（1）、選擇較完整的圍巖體進行測量；

（2）、施工鉆孔，鉆孔要求為：①施工鉆頭直徑應在75mm-100mm范圍內，保證地應力測量裝置與鉆孔圍巖相匹配，②鉆孔長度應達到巷道半徑的3-5倍，保證所測地應力為原巖應力③鉆孔應盡量向頂板施工，以利于裂縫的擴展；

（3）、設備安裝，先打開靜壓進水管，使靜壓水進入蓄能器中；再打開隔爆高壓泵，通過高壓泵對液壓提升裝置的液壓缸注液加壓促使液壓提升裝置的活塞桿以及固定托盤將可視化均布水壓致裂地應力測量裝置中的水壓致裂及監測裝置抬升到圍巖地應力測試段并固定，之后，關閉液壓缸的液壓閥及隔爆高壓泵；

（4）、注液加壓，重新打開隔爆高壓泵，使用隔爆高壓泵通過高壓管路以及增壓軟管對套環軟管進行注水加壓并通過壓力表實時監測泵站壓力情況以保證向套環軟管供壓充足；隔爆高壓泵不斷增壓，套環軟管不斷膨脹，由此對鉆孔圍巖地應力測試段施加壓力；此時，鉆孔圍巖在套環軟管不斷膨脹加壓的作用下，致使圍巖產生裂隙，同時，打開壓力傳感器和拍攝儀，開始對地應力測試過程中的水壓變化和圍巖裂隙發育進行實時監測，并將采集的數據通過數據傳輸線傳輸給數據采集記錄儀；

（5）、關泵，當套環軟管持續對圍巖加壓直至圍巖裂隙完全開裂時，記錄下臨界壓力值，同時，關閉高壓泵，停止向套環軟管加壓；隨著測試段的壓力緩慢下降，記錄下圍巖裂隙臨界閉合時的壓力值；

（6）、卸壓，當地應力測試段內的壓力趨于平穩或不再有明顯下降時，即可連通大氣，促使已張開的裂隙完全閉合，即解除本次測試段內的壓力；

（7）、重復上述（4）、（5）、（6）三個步驟3-5次，取得多組應力參量，用以準確判斷巖石的破裂和裂縫的延伸狀態；測試完成后，關閉拍攝儀；并將數據采集記錄儀記錄下的數據和視頻進行綜合分析，根據水壓致裂得出地應力的相關參數。