[發明專利]基于Kaiser效應的類煤巖石地應力K點測試方法

有效

• 申請號: 201810788963.0
• 申請日: 2018-07-18
• 公開（公告）號: CN109100247B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 段東;張百勝;趙凱雷;任惠亮;劉文博;康志勤;陳思順
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01L1/25;G01N33/38
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發明公開了一種基于Kaiser效應的類煤巖石地應力K點測試方法，利用未受擾動的低強度混凝土試件代替類煤試件，以減少原生賦存應力所產生的影響。采用兩種諧振頻率傳感器同時對聲發射信號進行采集，使用2個有代表性的聲發射時域參數綜合初步確定Kaiser效應點，同時按照其主頻的分布特征對其準確性進行檢驗，最后從多頻段能量分布特征方面再次進行驗證，建立3種方法相互佐證、提高測試準確性的方法。

技術領域

本發明涉及地應力測試領域，尤其涉及一種基于聲發射Kaiser效應的類煤巖石地應力K點測試方法。

背景技術

目前地應力測試方法有水壓致裂法、應力解除法、應變恢復法、鉆孔崩落法、聲發射Kaiser效應法等，其中聲發射Kaiser效應法具備簡單、直觀、易于大量測試的優點，能夠實現地應力的精細測試。Kaiser效應測量地應力的關鍵是K點的選取，其選取方式在原有的參數選取法上不斷創新，同時對其有效性進行了大量的研究，并取得了一定成果。

煤在賦存過程中所受的應力是否會對聲發射Kaiser效應產生影響尚未明確，所以在應用聲發射Kaiser效應測試地應力時，無法判斷其測試的準確性。因此采用未受擾動(或力可計算的)混凝土試件代替煤進行地應力測試研究，可對其測試的準確性進行判斷。

目前大部分成果主要采用單一諧振頻率傳感器對地殼中賦存的巖石進行破壞全過程聲發射信號采集，進行K點確定時多采用單一參數進行分析，由于各類諧振頻率傳感器采集信號的差異性，以及聲發射各參數分布特征的差異性，導致研究結果呈現出多樣性，給聲發射Kaiser效應測試地應力的應用帶來困難。

發明內容

為解決上述提出的現有技術的不足支撐，本發明是提供一種基于聲發射Kaiser效應的類煤巖石地應力K點測試方法，采用的技術方案如下：

一種基于聲發射Kaiser效應的類煤巖石地應力K點測試方法，包括：

對類煤巖石試件進行單軸壓縮試驗，確定單軸壓縮試驗的載荷峰值，根據載荷峰值，對類煤巖石試件采用載荷加載的方式進行單軸壓縮循環，直至加載至破壞，并對實驗過程中通過聲發射監控系統進行監控，并對聲發射監控系統產生的聲發射信號進行采集；

分析不同循環過程中，聲發射信號采集裝置采集的聲發射信號的絕對能量和振鈴計數的聲發射Kaiser效應特征，同時對聲發射信號采集裝置采集的信號進行傅里葉變換，統計不同循環過程中的信號主頻值；

分別依據聲發射絕對能量和振鈴計數的聲發射Kaiser效應特征及不同循環過程中的信號主頻值建立判定K點的初步依據；

對不同循環加載過程中，初步確定的K點附近的波形進行小波包三層分解，對各頻帶能量占比進行統計，分析在不同循環加載過程中各個頻帶能量占比的變化情況，對能量占比高的頻段進行統計，分析K點處能量的分布特征，確定K點。

其中，對類煤巖石試件進行單軸壓縮試驗的步驟中，所述類煤巖石試件是利用未受擾動的混凝土試件代替進行實驗。

其中，混凝土試件的制作工藝步驟包括：

對河砂進行晾曬，使用80目的篩子進行篩分，測量密度；

將試模周圍用機油均勻涂抹，然后將水泥、篩分好的河砂、水按配比倒入試模；

試模制作完成后在常溫環境下靜置一天，然后進行編號拆模；拆模后，將混凝土試件浸泡在水中，進行保溫，控制水溫為20℃，養護至28d。

其中，聲發射信號采集裝置為R6α、NANO30兩種諧振頻率傳感器。