[发明专利]一种采用成套设备进行地应力测试的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及应力测试技术领域，具体涉及一种采用成套设备进行地应力测试的方法。

背景技术：

地应力是引起采矿、水利水电、土木工程、军事、铁道公路等各种地下或露天岩土开挖工程变形的根本破坏力，地应力测量是获取原岩应力方向和量值最直接和最有效的手段，可以此确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定性分析。在矿山建设生产中，地应力测量成果为科学合理的选择巷道断面形状、支护方式，确定采场布局和开采顺序、预测预防矿井动力现象提供重要的基础数据。

依据测量基本原理的不同，将测量方法可分为直接法和间接法两大类。直接测量法是通过直接测量和记录相应的应力分量值，并根据他们与地应力的关系来确定地应力的值；而间接测量法是根据岩石的变形利用胡克定律来确定地应力的值。目前国内外最普遍的地应力测量方法是套孔应力解除法，该方法是建立在弹性理论基础上的应力测量方法，但在其测量的每个工作环节需要有不同的设备来完成，目前关于应力解除法的地应力测试设备还未见相关系统完整的报道。本发明提供了采用成套设备进行地应力测试的方法，公布了各工作环节的设备组成、规格参数及连接方式，具有良好的应用前景。

发明内容：

本发明的目的是提供一种适用于矿山井下原岩应力测试，依次获取地应力量值及方向的采用成套设备进行地应力测试的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种采用成套设备进行地应力测试的方法，所述成套设备包括：取芯钻头、钻杆、定向钻头、取芯套管、应力计安装孔钻头、定向杆、定向仪、擦孔杆及内外螺纹转换接头；具体步骤如下：

(1)钻大孔：

将圆弧形的取芯钻头连接在取芯套管一端，取芯套管另一端连接钻杆，钻杆带动取芯钻头在岩体中钻孔，钻进至预定深度；

(2)钻锥形导向孔：

将取芯套管上的取芯钻头卸下，换装上锥形的定向钻头，钻杆带动定向钻头在大孔底部钻锥形定向孔；

(3)钻小孔：

卸下带有定向钻头的取芯套管，将定向杆一端连接应力计安装孔钻头，另一端连接钻杆，钻杆带动应力计安装孔钻头在定向孔底部钻小孔；

(4)擦拭小孔：

从定向杆上取下应力计安装孔钻头，换接擦孔杆，擦孔杆上包裹有棉布，钻杆将擦孔杆推进至应力计安装孔内，旋转擦孔杆，擦孔杆上包裹的棉布对应力计安装孔孔壁进行擦拭；

(5)安装应力计：

从定向杆上取下擦孔杆，换接定向仪，定向仪上开设有第一凹槽，在第一凹槽中固定空芯包体应力计，将空芯包体应力计推进至钻取的应力计安装孔中，通过数据线得到空芯包体应力计测得的数据。

所述定向杆的杆身上设置有两个定向圆柱，定向圆柱上沿轴向布有两个穿线孔，定向杆上定向仪上还开设有第二凹槽，空芯包体应力计数据线经定向仪上的第二凹槽和定向杆上的穿线孔伸出钻孔外，传导空芯包体应力计测得数据。

所述定向杆为外径35-37mm、内径29-31mm、长度1000-1100mm的空心钢管，定向杆长度的1/5处和7/10处分别焊接有定向圆柱，所述定向圆柱直径130-132mm、高度100-110mm。

所述定向仪上的第二凹槽长度220-230mm，宽度12-14mm；第一凹槽有两条，长度为25-30mm，宽度6-8mm，对称分布于第二凹槽两侧。

所述取芯钻头外径132-134mm，内径112-114mm，长度150-160mm，钻头端面设置有金刚石复合片，钻头端面外侧开设有流水槽。

所述取芯套管为空心钢管，外径128-130mm，内径119.5-121.5mm，长度1000-1200mm。

所述定向钻头为三翼锥形钻头，钻头端面设置有金刚石复合片，钻头内部设置有流水孔，钻头端面设置有流水槽，钻头直径132-134mm，长度230-240mm。

所述应力计安装孔钻头最大直径35.0-36.0mm，长度180-190mm，钻头端面设置有金刚石复合片，钻头端面内部开设有流水孔。

所述擦孔杆包括第一杆，第一杆上设置有第二杆，所述擦孔杆总长度为430-480mm，第二杆为有效擦孔杆长度，长度350-400mm，直径为12-15mm。

所述定向仪上配有圆柱形角度测量装置，测量角度±60°，定向仪前端固接直径为34-36mm的空心管，空心管上设置有第一凹槽和第二凹槽，定向仪长度为410-420mm，为树脂材料制成。

所述取芯套管与钻杆、定向杆与钻杆之间分别通过内外螺纹转换接头连接。