[发明专利]一种基于岩芯Kaiser效应的地应力测试方法

说明书

本发明公开一种基于岩芯Kaiser效应的地应力测试方法，包括：在母岩上沿母岩的岩芯轴向、以及沿垂直于母岩岩芯轴向的多个方向钻取多个岩芯试样；对每个岩芯试样进行声发射测试，通过岩芯试样的声发射计数、声发射计数累计、和/或声发射计数速率增量确定岩芯试样上的Kaiser效应点，并确定岩芯试样上的Kaiser效应点的应力；基于所述岩芯试样上的Kaiser效应点的应力，确定母岩的最大水平主应力、最小水平主应力、以及最大水平主应力与标志线的夹角；确定所述最大水平主应力相对于地理北极的方位角。本发明准确有效，提高煤系地层三向主应力大小和方向测试的精度，为矿区开发和巷道布置提供基础的参考数据。

技术领域

本发明涉及矿山开采相关技术另一，特别是一种基于岩芯Kaiser效应的地应力测试方法。

背景技术

地应力测试对于矿山开采、隧道开挖等地下工程的设计施工具有重要意义，主要测试方法有水力压裂法、应力解除法和声发射(AE)法等。前两者因存在现场施工难、测试时间长和成本高等诸多弊端在地应力测试中使用较少，而基于Kaiser效应测地应力的AE法因具有简便、快速、经济、可靠等诸多优势，且可在实验室进行，已受到业界广泛的重视。

在煤层未开采区域，往往布置较多的地面勘探钻孔，钻孔多为直孔，且难以实现岩芯的定向，岩芯直径大多为75mm左右，不能沿三个相互垂直方向钻取6或9个小岩样，故需要减少小岩样的加工数量。目前AE法尚未标准化，许多情况下Kaiser效应点(KE点)不易判别，或者存在多个KE点，或者KE点不够清晰，从而造成测试的主应力大小与实际值产生较大偏差，同时目前对主应力方向的判断不够明确，存在相互矛盾的地方，且非定向岩芯重定向困难，导致主应力方向无法确定。因此，无法有效利用钻孔获取的岩芯。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术无法有效利用钻孔获取的岩芯，基于Kaiser效应测量地应力的技术问题，提供一种基于岩芯Kaiser效应的地应力测试方法。

本发明提供一种基于岩芯Kaiser效应的地应力测试方法，包括：

在母岩上沿母岩的岩芯轴向、以及沿垂直于母岩岩芯轴向的多个方向钻取多个岩芯试样；

对每个岩芯试样进行声发射测试，通过岩芯试样的声发射计数、声发射计数累计、和/或声发射计数速率增量确定岩芯试样上的Kaiser效应点，并确定岩芯试样上的Kaiser效应点的应力；

基于所述岩芯试样上的Kaiser效应点的应力，确定母岩的最大水平主应力、最小水平主应力、以及最大水平主应力与标志线的夹角，所述标志线为沿母岩表面预先设定的平行于母岩轴线的直线；

通过古地磁岩芯定向法，确定所述标志线与地理北极的方位角，基于所述标志线与地理北极的方位角，确定所述最大水平主应力相对于地理北极的方位角。

进一步地，所述对每个岩芯试样进行声发射测试，通过岩芯试样的声发射计数、声发射计数累计、和/或声发射计数速率增量确定岩芯试样上的Kaiser效应点，并确定岩芯试样上的Kaiser效应点的应力，具体包括：

对每个岩芯试样进行连续多个循环的单轴加载试验，并通过声发射监测系统，获取每次单轴加载试验中的声发射计数；

确定声发射计数与时间关系曲线、以及应力与时间关系曲线；

基于声发射计数与时间关系，确定声发射计数速率增量与时间关系曲线、以及声发射累计计数与时间关系曲线；

从所述声发射计数与时间关系曲线、所述声发射计数速率增量与时间关系曲线、以及所述声发射累计计数与时间关系曲线中，确定声发射计数与声发射计数速率增量的共同激增点作为Kaiser效应点；

从岩芯试样的应力与时间曲线上确定Kaiser效应点所对应的应力作为岩芯试样上的Kaiser效应点的应力。