[發明專利]一種基于巖芯Kaiser效應的地應力測試方法

有效

• 申請號: 201911336714.9
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN110987674B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 呂情緒;趙毅鑫;賀安民;楊東輝;宋桂軍;滕騰;張村
• 申請（專利權）人: 神華神東煤炭集團有限責任公司;中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01L1/25;G01N33/24
• 代理公司: 北京邦信陽專利商標代理有限公司 11012
• 代理人: 黃澤雄

1.一種基于巖芯Kaiser效應的地應力測試方法，其特征在于，包括：

在母巖上沿母巖的巖芯軸向、以及沿垂直于母巖巖芯軸向的多個方向鉆取多個巖芯試樣；

對每個巖芯試樣進行聲發射測試，通過巖芯試樣的聲發射計數、聲發射計數累計、和/或聲發射計數速率增量確定巖芯試樣上的Kaiser效應點，并確定巖芯試樣上的Kaiser效應點的應力；

基于所述巖芯試樣上的Kaiser效應點的應力，確定母巖的最大水平主應力、最小水平主應力、以及最大水平主應力與標志線的夾角，所述標志線為沿母巖表面預先設定的平行于母巖軸線的直線；

確定所述標志線與地理北極的方位角，基于所述標志線與地理北極的方位角，確定所述最大水平主應力相對于地理北極的方位角；

所述對每個巖芯試樣進行聲發射測試，通過巖芯試樣的聲發射計數、聲發射計數累計、和/或聲發射計數速率增量確定巖芯試樣上的Kaiser效應點，并確定巖芯試樣上的Kaiser效應點的應力，具體包括：

對每個巖芯試樣進行連續多個循環的單軸加載試驗，并通過聲發射監測系統，獲取每次單軸加載試驗中的聲發射計數；

確定聲發射計數與時間關系曲線、以及應力與時間關系曲線；

基于聲發射計數與時間關系，確定聲發射計數速率增量與時間關系曲線、以及聲發射累計計數與時間關系曲線；

從所述聲發射計數與時間關系曲線、所述聲發射計數速率增量與時間關系曲線、以及所述聲發射累計計數與時間關系曲線中，確定聲發射計數與聲發射計數速率增量的共同激增點作為Kaiser效應點；

從巖芯試樣的應力與時間曲線上確定Kaiser效應點所對應的應力作為巖芯試樣上的Kaiser效應點的應力；

所述對每個巖芯試樣進行聲發射測試，通過巖芯試樣的聲發射計數、聲發射計數累計、和/或聲發射計數速率增量確定巖芯試樣上的Kaiser效應點，并確定巖芯試樣上的Kaiser效應點的應力，具體還包括：

在Kaiser效應點的表征指標超出預設范圍時，則：

在巖芯試樣的巖石彈性變形階段找出聲發射計數激增區間；

計算聲發射計數時間序列的關聯分形維數，并繪制分維與時間曲線，確定巖石彈性變形階段的降維范圍，從所述降維范圍確定分維突降點；

基于巖石彈性變形階段聲發射計數激增點和分維突降點，確定以分維突降點為基準預設范圍內的聲發射計數激增點，作為巖芯試樣上的Kaiser效應點，巖石彈性變形階段為應力與時間關系曲線中的線性增長階段；

從巖芯試樣的應力與時間曲線上確定Kaiser效應點所對應的應力作為巖芯試樣上的Kaiser效應點的應力。

2.根據權利要求1所述的基于巖芯Kaiser效應的地應力測試方法，其特征在于，所述從所述聲發射計數與時間關系曲線、所述聲發射計數速率增量與時間關系曲線、以及所述累計計數與時間關系曲線中，確定聲發射計數與聲發射計數速率增量的共同激增點作為Kaiser效應點，具體包括：

從所述聲發射計數與時間關系曲線、所述聲發射計數速率增量與時間關系曲線、以及所述累計計數與時間關系曲線中，選擇單軸加載試驗的第二個循環中，聲發射計數與聲發射計數速率增量的共同激增點，作為Kaiser效應點。

3.根據權利要求1至2任一項所述的基于巖芯Kaiser效應的地應力測試方法，其特征在于，所述對每個巖芯試樣進行連續多個循環的單軸加載試驗，具體包括：

對每個巖芯試樣進行連續多個循環的單軸加載試驗，其中，首循環σ_p小于σ_hmax，之后多次循環σ_p大于σ_hmax，小于σ_e，σ_p是指循環峰值載荷，σ_hmax是指先前受到的最大應力，σ_e是指擴容點應力。