[发明专利]矿井下岩层地应力快速测量装备及方法

说明书

本发明公开了一种矿井下岩层地应力快速测量装备及方法，其装备具体包括集成为一体的电控高压泵和手压泵、高压管路、封隔器、压力传感器、流量传感器、水力致裂测控仪等。选择一段围岩性质稳定的巷道施工一组钻孔，在钻孔中安装封隔器、高压管路、并与高压泵等设备连接进行水力致裂。在水力致裂过程中，利用测控仪监测并显示管路水压力及排量数据曲线。根据记录的压力数据及曲线，自动计算出地应力的大小。利用装有环形透明软管和刻度盘的彩色钻孔窥视仪观测钻孔孔壁的裂缝方位，进而确定地应力方向。整套系统方法简单，易于操作，且设备结构紧凑，便于携带，十分有利于对矿井下煤系岩层地应力的快速、可靠的测量，进而为矿井下安全开采提供保障。

技术领域

本发明涉及矿井研究领域，尤其涉及一种矿井下岩层地应力快速测量装备及方法。

背景技术

地应力是存在于地层中的天然应力，它是引起地下工程变形和破坏的根本作用力。

对采矿工程而言，矿井下工作面、巷道及硐室的布局、开挖、支护等，分析巷道开挖及工作面开采后的围岩应力变化等必须依据原位地应力的分布情况。一些常见的巷道围岩变形严重等问题归根结底都是原始地应力分布情况不清楚，盲目设计导致后续开采时面临一系列的矿山压力问题。

因此，准确快速的进行原位地应力的测量是急需解决的技术难题。水力致裂法是目前应用最为广泛的一种测量地应力的方法；众所周知，水力致裂法又称水压致裂法。一种绝对地应力测量方法。测量时首先取一段基岩裸露的钻孔，用封隔器将上下两端密封起来；然后注入液体，加压直到孔壁破裂，并记录压力随时间的变化，并用印模器或井下电视观测破裂方位。根据记录的破裂压力、关泵压力和破裂方位，利用相应的公式算出原地主应力的大小和方向。但是，传统的水力致裂方法的主要问题是密封效果不好，从而影响测量结果的准确性，不利于煤矿的安全生产。同时传统的水力致裂所用的高压泵系统，质量重且移动困难，并且用于观测水压裂缝方位的印模器技术工序繁杂。

综上，如何实现矿井下煤系岩层地应力的快速、简易及可靠的测量是实现矿安全高效开采急需解决的技术难题。

但是，目前没有一套完整、便携的能快速测量矿井下煤系岩层地应力方法与装备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿井下岩层地应力快速测量装备及方法，以解决上述问题。基于此，研制了一套便携式矿井下岩层地应力快速测量的方法与装备，并开发有配套的监控软件及数据分析系统。水力致裂测量地应力的装备，安装及操作方便，开发的配套监测设备，能根据水力致裂水压力曲线快速判读出地应力的大小；同时提出了一种新的地应力方位观测方法，并研制出了相应的设备，能方便快捷的观测水压裂缝的方位，从而快速判断出地应力的方向。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明还提供了一种矿井下岩层地应力快速测量装备，包括水力致裂测量地应力的装备；

所述水力致裂测量地应力的装备具体包括钻孔1和封隔器、封孔管路13、致裂管路14、压力传感器15、流量传感器16、压力表17、封孔管路泄压阀18、致裂管路泄压阀19、第一电控高压泵输出通道20、第二电控高压泵输出通道21、手压泵输出通道22、截止阀23、水力致裂测控仪24、手压泵25、电控高压泵26、工具箱27、高压泵控制线路28、高压泵控制柜29；

其中，上述各个零件结构之间的连接方式、位置关系以及结构布局如下：

所述电控高压泵26具有两个独立的输出通道，即第一电控高压泵输出通道20与第二电控高压泵输出通道21，所述电控高压泵26还与所述高压泵控制柜29电连接；

所述第一电控高压泵输出通道20连通封孔管路13，所述封孔管路13的前端设置有压力表17和封孔管路泄压阀18；