[发明专利]用于地下工程的高温条件下围岩热稳定性声发射评价方法

说明书

一种用于地下工程的高温条件下围岩热稳定性声发射评价方法，涉及围岩热损伤技术领域，利用岩石受热损伤力学参数进行反演，结合热破裂产生的声发射信号评价围岩损伤破坏程度和位置，包括：A.实验室原位测试未受高温影响围岩在温压条件下的力学参数和声发射特征，然后对工程评价区受高温条件影响的围岩试样进行原位受载测试；得到应力和声发射信息，反演围岩经受的温度范围；B.布置地面和井下联合钻孔，安装声发射传感器，通过分析声发射时序变化特征得到围岩经受温度损伤破裂的动态演化过程；C.根据多点声发射信息判定围岩损伤破坏程度和围岩损伤位置；该方法解决了高温环境下围岩热稳定性判断的问题，具有操作简便、时空定位准确等优点。

技术领域

本发明涉及围岩热损伤监测技术领域，尤其是一种用于地下工程的高温条件下围岩热稳 定性声发射评价方法。

背景技术

地下空间的安全问题越来越受到重视，尤其是在地下工程施工时，围岩经受高温作用或 者经受高温烘烤后，围岩的稳定性会发生很大变化，高温条件对围岩的影响一直是本领域研 究的难题。同时，煤炭、石油、天然气以及可再生能源等对经济和社会的发展具有重要作用， 随着技术的发展，煤层气的开发、煤地下干馏和煤的地下气化以及地热资源的开发也越来越 受到重视，煤地下干馏、煤地下气化和液化技术主要针对煤的二次开采，这种技术伴随着大 量的化学变化，而且必须对煤进行加热。当煤层升温后必然会引起周围岩层的升温，进而导 致岩石的力学性质及化学成分的改变，引发围岩失稳的危险。

另外地下工程中的地热资源开发，一般情况下首先是钻第一口井到高温岩体区域，通过 压裂形成垂直裂缝，然后在钻第二口井进入已形成的裂缝，最后从第一口井注水，经过裂缝 加热，从另外一口井排出，用于发电和供热。然而对于高温高压环境下的井孔围岩，其岩体 的强度显著降低。对于地热井井壁围岩，由于高温高压及其钻井液的存在，使得井壁的稳定 性变得复杂化，在温度变化的作用下会使得岩石的力学特性产生变化，这对于地热资源的开 发及利用有着很大的影响。

由于地下工程中遇到高温环境会存在围岩热稳定性问题，所以对高温作用下围岩热稳定 性评价对于地下工程安全具有重要意义。但是由于目前的监测方法难以对煤岩动力灾害或者 地下工程中围岩稳定性进行探测和防治，尤其是高温条件下，涉及温度场和应力场的多场耦 合问题，现有的监测预警方法难以准确的进行监测。在高温的作用下，岩石的力学特性，尤 其是延脆性会发生很大的变化，声发射特征也与常温下的围岩破裂特征存在差异。为此，需 要对现有的用于地下工程的高温条件下围岩热稳定性评价方法做进一步的改进。

发明内容

为了解决了高温环境下围岩热稳定性判断困难的技术问题，本发明提供一种操作简便， 监测性能稳定、时空定位准确的评价方法，一种用于地下工程的高温条件下围岩热稳定性声 发射评价方法，具体技术方案如下。

用于地下工程的高温条件下围岩热稳定性声发射评价方法，利用岩石受热损伤力学参数 进行反演，结合热破裂产生的声发射信号确定围岩损伤破坏程度和位置，步骤包括：

步骤A.实验室原位测试温压条件下未受温度损伤的围岩波速、峰值应力和声发射信息， 进行多次测试得到试样经受温度与应力峰值的拟合关系；对工程评价区受高温条件影响的围 岩试样进行原位受载测试，得到应力和声发射信息；根据测得的应力和声发射信息，综合反 演围岩经受的温度范围；

步骤B.确定待评价区域，布置地面和井下联合钻孔安装声发射传感器，通过分析声发射 时序变化特征得到围岩经受温度损伤破裂的动态演化过程；

步骤C.根据多点声发射信息判定围岩损伤破坏程度和围岩损伤位置。

优选的是，步骤A中具体包括：

A1.对工程现场未受温度损伤的围岩取样，制作标准岩石试样，对岩石试样进行温度-载 荷的原位受载破坏实验和声发射测试，设定温度并进行应力加载，应力加载采用位移加载方 式，多次测试得到多个温度条件下围岩的应力应变结果，拟合得到岩石试样温度与应力峰值 的关系式；