[发明专利]一种用于套孔应力解除法的地应力测试装置及其测试方法

说明书

本发明公开了一种能够顺利进行应力解除的用于套孔应力解除法的地应力测试装置及其测试方法，其中，用于套孔应力解除法的地应力测试装置包括取芯套筒、钻头，还包括呈锥状、且中空的转换接头，所述转换接头的大径端与所述取芯套筒的一端固定连接，所述转换接头的小径端与所述钻头的一端固定连接，所述转换接头的大径等于所述取芯套筒的外径。本发明在使用时第一步打钻孔过程中就已经将取芯套筒连同钻头一起送进了钻孔内，这样就保证了取芯套筒是一定可以进入钻孔内，也就避免了后续取芯套筒不易送进钻孔，难以施工锥形孔以及进行应力解除过程。

技术领域

本发明涉及地应力测试领域，特别是涉及一种用于套孔应力解除法的地应力测试装置及其测试方法。

背景技术

地应力，又称原岩应力，是在漫长的地质年代里，由于地质构造运动等原因产生的，地壳中的应力状态是各种起源应力的总和，主要由重力应力、构造应力、孔隙压力、热应力和残余应力等耦合而成。地应力是引起采矿工程围岩、支架变形和破坏、产生矿井动力现象的根本作用力，在诸多的影响采矿工程稳定性因素中，地应力是最重要和最根本的因素之一。随着采矿规模的不断扩大和开采深度的不断增加，地应力的影响越加严重，往往造成煤矿井下巷道和采场的坍塌破坏、冲击地压等矿井动力现象的发生，致使矿井生产无法进行，并经常引起严重的事故，造成人员伤亡和财产的重大损失。因此准确地进行地应力测量，弄清深部煤岩体应力环境，是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定性分析和计算，矿井动力现象区域预测的前提，以便采取有效技术手段和措施，避免和减少灾害的发生，实现矿井安全高效生产的重要保障。

目前地应力测量方法有很多，但最常用的主要还是水压致裂法和套孔应力解除法。然而水压致裂法测得的主应力方向定位不准，测得的结果精度不高，同时成本也较高，所以套孔应力解除法是目前国内外最普遍采用的发展较为成熟的一种地应力测量方法。但是在煤矿井下进行地应力测量时，套孔应力解除法目前在运用上还存在一定的技术困难，由于煤矿井下地质条件复杂，施工成的钻孔往往不是笔直的，且钻孔深处视野不清，不易安装应力计，加之推杆一般都是采用丝扣连接，大大制约了工作效率。国内外一些专家和学者也对地应力测试装备进行了相应的研究和改良：

（1）一种通过单个钻孔测量地应力的装置及测量方法——中南大学（马春德等）

中南大学马春德等发明了“一种通过单个钻孔测量地应力的装置及测量方法”，通过施工单个钻孔即可获取测点处地应力的准确大小和方向信息。该装置包括孔内岩心定位拍照装置和岩心地面重定向装置。该方法为先利用孔内定向拍照装置对处于原岩应力区的未断岩心在钻孔内进行定位拍照，获取岩心在原位上的断面特征点清晰图像，再利用岩心地面重定向装置在地面精确模拟重现钻孔的包括方位角和倾角等参数的空间位置，其后通过图形特征点比对还原出岩心在地下原位时的真实空间位置状态，并划出方位标记线，然后按标记线方向进行声发射小试件加工制作，最后通过开展各向岩石试件的声发射信号测试，获取对应Kaiser效应点，并计算出地下岩体真实三维地应力值。

本发明提供了一种简单易行、经济高效、的通过单个钻孔测量地应力的方法，但是由于煤矿开采和取芯扰动原因，通过声发射信号测得的地应力不能完全反应真实的三维应力状态。

（2）一种用于地应力测试中快速钻进的钻头及方法——中国科学院武汉岩土力学研究所,兖州煤业股份有限公司（赵武胜等）

中国科学院武汉岩土力学研究所和兖州煤业股份有限公司赵武胜等公开了一种用于地应力测试中快速钻进的钻头及方法。钻头包括：第一取芯管，其一端可与大孔钻头可拆卸的连接，其外径略小于所述大孔钻头的外径；锥形钻头，其第一端的外径与所述大孔钻头的外径相同，所述锥形钻头与所述第一取芯管可拆卸的连接；第二取芯管，其第一端与所述锥形钻头的第二端连接，其外径略小于所述锥形钻头第二端的外径；取芯钻头，与所述第二取芯管的第二端连接，其外径与所述锥形钻头第二端的外径相同；所述锥形钻头内设有联通所述第一取芯管和所述第二取芯管的过水通道。该钻头可以提高安装孔施工效率及试验成功率，具有较高的工程应用价值。