CN105716747B - 矿井下岩层地应力快速测量装备及方法 - Google Patents

矿井下岩层地应力快速测量装备及方法 Download PDF

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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/02Measuring force or stress, in general by hydraulic or pneumatic means

Abstract

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。

Description

矿井下岩层地应力快速测量装备及方法
技术领域
[0001] 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
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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、关栗压力和破裂方位,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栗系统,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。
[0005] 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。
[0006] 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
[0007] 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。
[0008] 为了达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
[0009] 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;
[0010] 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 电控高压栗输出通道20、第二电控高压栗输出通道21、手压栗输出通道22、截止阀23、水力 致裂测控仪24、手压栗25、电控高压栗26、工具箱27、高压栗控制线路28、高压栗控制柜29;
[0011] 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:
[0012] 所述电控高压栗26具有两个独立的输出通道,即第一电控高压栗输出通道20与第 二电控高压栗输出通道21,所述电控高压栗26还与所述高压栗控制柜29电连接;
[0013] 所述第一电控高压栗输出通道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;
[0014] 所述压力表17用于观测封孔管路的压力,判断封隔器的起封压力,同时观测封孔 管路13的压力变化;所述封孔管路泄压阀18用于在施工结束后卸除封孔管路中的压力,使 封隔器解封;
[0015] 所述手压栗25的手压栗输出通道22通过三通与封孔管路13连通,当封孔管路出现 异常,压力表17的压力出现下降时用于对封孔管路进行补压,防止施工过程中封隔器漏水, 发生冲孔,确保施工的顺利进行;所述手压栗输出通道22设置有截止阀23;
[0016] 所述封孔管路13用于通过外高压管路连接到封隔器两端的膨胀胶囊,用于实施封 孔;
[0017] 所述第二电控高压栗输出通道21的输出端连通致裂管路14;
[0018] 所述致裂管路14的前端上还设置有所述压力传感器15、流量传感器16及致裂管路 泄压阀19;所述致裂管路14连接内高压管路,用于实施致裂岩层;所述压力传感器15以及流 量传感器16分别与所述水力致裂测控仪24电连接;所述水力致裂测控仪24还通过所述高压 栗控制线路28与所述高压栗控制柜29电连接;
[0019] 所述压力传感器15监测致裂过程中管路中的压力信息,并将所述压力信息发送给 水力致裂测控仪24;所述流量传感器16监测致裂过程中的管路中的流量信息,并将所述流 量信息发送给水力致裂测控仪24;所述水力致裂测控仪24用于接收所述压力传感器15的压 力信息以及所述流量传感器16的流量信息,实时显示致裂过程中管路中的压力曲线及流量 曲线,并记录存储致裂过程中管路中的压力信息和流量信息,然后通过SD卡将记录的数据 传输给电脑,以便对监测数据进行二次处理;所述致裂管路泄压阀19用于在施工结束后卸 除致裂管路中的压力,以便于施工人员安全拆除管路。
[0020] 优选的,作为一种可实施方案;所述水力致裂测控仪24包括嵌入的地应力测量模 块;
[0021] 所述地应力测量模块,用于压力信息以及流量信息,得到水压力曲线,并根据所述 水压力曲线能分析计算得出水力致裂过程中的岩石破裂压力、重张压力以及闭合压力;还 用于结合所述岩石破裂压力与所述重张压力进一步计算得出地应力的数值。
[0022] 优选的,作为一种可实施方案;所述手压栗25的排量为20ml/次,最高压力为 60MPa,所述电控高压栗26的排量为6L/min,最高压力为60MPa;
[0023] 所述手压栗25的阀块安装在电控高压栗26的液箱上,所述电控高压栗26液箱上盖 板上开有小孔,且手压栗25的液管通过该小孔放入电控高压栗26的液箱中,两者共用一个 液箱,集成为一整体;
[0024] 所述电控高压栗的液箱旁边设置有工具箱27,所述电控高压栗26设置有底座及拉 杆,且底座设置有四个轮子,前面两个轮子为万向轮,后边两个轮子为固定向轮。
[0025] 优选的,作为一种可实施方案;所述封隔器,具体包括前膨胀胶管封孔器、中间连 接钢管7和后膨胀胶管封孔器、滑动装置4、过压保护装置9、外金属管11、内金属管12;
[0026] 所述前膨胀胶管封孔器包括内高压膨胀胶囊3、内高压膨胀胶囊进水口6;
[0027] 所述后膨胀胶管封孔器包括外高压膨胀胶囊2、外高压膨胀胶囊进水口 5;
[0028] 所述滑动装置4设置在所述后膨胀胶管封孔器的前部;
[0029] 其中,所述前膨胀胶管封孔器的前端设有过压保护装置9;所述过压保护装置9具 体为一单向阀;所述单向阀用于通过螺栓预紧力调节封孔器的上限压力并防止压力出现异 常将封孔器爆裂;所述前膨胀胶管封孔器通过中间连接钢管7与后膨胀胶管封孔器连接,用 于通过高压水使前膨胀胶管封孔器膨胀;所述后膨胀胶管封孔器内设有伸出其两端的外金 属管11,所述外金属管11的里端与所述中间连接钢管7通过螺纹连接,所述外金属管11的外 端与所述封孔管路13连接;
[0030] 所述外金属管11内部还设置有所述内金属管12,所述内金属管12的里端用于连通 致裂段岩层,所述内金属管12的外端与所述致裂管路14连接。
[0031] 相应地,本发明提供了一种矿井下岩层地应力快速测量方法,采用上述的矿井下 岩层地应力快速测量装备,具体包括如下步骤:
[0032] 步骤一:打钻孔到准备测量地应力的部位,将封隔器放入到钻孔中待加压段;
[0033] 步骤二:连接矿井下岩层地应力快速测量装备,在施工开始时,第二电控高压栗输 出通道21处于关闭状态,第一电控高压栗输出通道20处于打开状态,通过电控高压栗26给 封孔管路13提供压力水,使封隔器膨胀封孔;随后关闭第一电控高压栗输出通道20,打开第 二电控高压栗输出通道21,通过电控高压栗26给致裂管路14提供压力水,开始进行致裂岩 层;即向钻孔隔离段注水,不断加大水压,直至孔壁出现开裂,获得初始开裂压力Pb;然后继 续加压以扩展裂隙,当裂隙扩展至少3倍直径长度时,停止注水,获得瞬时闭合压力Ps,最后 卸压,使裂隙闭合;在整个加压过程中,水力致裂测控仪24用于接收压力传感器15的压力信 息以及流量传感器16的流量信息,并记录存储致裂过程中管路中的压力信息和流量信息; 同时根据压力信息以及流量信息获得记录压力一时间曲线图和流量一时间图,同时从压 力一时间曲线图确定Pb、Ps值,从流量一时间曲线图确定判断裂隙扩展长度;
[0034] 步骤三:重新向封隔器注水,使裂隙重新打开并记录下裂隙重新打开时的压力Pr 及随后的恒定闭合压力Ps;记录数据,同样Pr和Ps由压力一时间曲线和流量一时间曲线确 定;
[0035] 步骤四:根据水压力曲线能分析计算得出水力致裂过程中的岩石破裂压力、重张 压力以及闭合压力;结合岩石破裂压力与重张压力进一步计算得出地应力的数值;
[0036] 步骤五:完全卸压,将加压管及封隔器等全部设备从钻孔中取出;
[0037] 步骤六:将装有环形透明软管和刻度盘的彩色钻孔窥视仪伸入孔内,观察孔内致 裂段附近孔壁岩层的水压裂缝分布情况,判断裂缝方向与重力方向的夹角,从而确定出裂 缝的方位。
[0038] 在步骤四中,有关岩石破裂压力的判读:
[0039] 岩石破裂压力的选取以压力曲线上第一回次的峰值压力为准。
[0040] 在步骤四中,有关闭合压力的判读:
[0041] 在确定瞬时闭合压力时至少使用该5种方法中的两种或两种以上方法进行判读;5 种确定瞬时闭合压力的判读方法,即分别为单切线法、dP/dt法、马斯卡特法、dT/dP法和压 力一流量法。
[0042] 在步骤四中,有关重张压力的判读:
[0043] 采用破裂重张压力Pr来确定最大水平主应力σΗ,破裂重张压力由栗进回次过程中 上升曲线的变化来取值。
[0044] 在步骤六中,有关地应力方向的判断:
[0045] 首先对彩色钻孔摄像仪进行改进,在彩色钻孔摄像仪探头的顶部设置一根圆环形 透明软管;圆环形透明软管内设置有粘度很低的红色小液滴或者有色小钢珠;
[0046] 在钻孔摄像仪的探头转动时,圆环形透明软管内的红色液滴或有色小钢珠在重力 作用下,在圆环形透明软管内移动;且所述圆环形透明软管的圆心与红色液滴或有色小钢 珠的连线始终指向重力方向;同时在所述圆环形透明软管的上部会装有一刻度盘,标有〇〜 360°的角度标识;
[0047] 在水力致裂完成后,取出孔内致裂管路,将彩色钻孔摄像仪探头送入孔内致裂段; 通过彩色钻孔摄像仪的三维成像功能观测致裂段孔壁的裂缝方向,通过记录裂缝方向与重 力方向的夹角,并结合钻孔的方位角度,进而推算出水压裂缝的方位,确定出测试段岩层地 应力的方向。
[0048] 所述水压力曲线具体包括压力一时间曲线和流量一时间曲线;
[0049] 所述圆环形透明软管的圆心与红色液滴或有色小钢珠的连线方向与重力方向一 致。
[0050] 与现有技术相比,本发明实施例的优点在于:
[0051] 本发明提供的一种矿井下岩层地应力快速测量装备及方法,其中,矿井下岩层地 应力快速测量装备主要由具体包括钻孔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、第一电控高压栗输出 通道20、第二电控高压栗输出通道21、手压栗输出通道22、截止阀23、水力致裂测控仪24、手 压栗25、电控高压栗26、工具箱27、高压栗控制线路28、高压栗控制柜29等结构组成。
[0052] 所述电控高压栗26具有两个独立的输出通道,即第一电控高压栗输出通道20与第 二电控高压栗输出通道21,所述电控高压栗26还与所述高压栗控制柜29电连接;
[0053] 所述第一电控高压栗输出通道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;
[0054] 所述压力表17用于观测封孔管路的压力,判断封隔器的起封压力,同时观测封孔 管路13的压力变化;所述封孔管路泄压阀18用于在施工结束后卸除封孔管路中的压力,使 封隔器解封;
[0055] 所述手压栗25的手压栗输出通道22通过三通与封孔管路13连通,当封孔管路出现 异常,压力表17的压力出现下降时用于对封孔管路进行补压,防止施工过程中封隔器漏水, 发生冲孔,确保施工的顺利进行;所述手压栗输出通道22设置有截止阀23;
[0056] 所述封孔管路13用于通过外高压管路连接到封隔器两端的膨胀胶囊,用于实施封 孔;
[0057] 很显然,利用上述水力致裂测量地应力的装备结合相应操作,便可以实施矿井下 岩层地应力快速测量方法;通过上述矿井下岩层地应力快速测量装备及方法,便可以实现 诸多方面的技术效果:
[0058] I、水力致裂测量地应力系统配套有自主设计的水力致裂分析系统,此系统嵌入在 水力致裂测控仪中,系统中的地应力测量模块根据施工水压力曲线能自动分析出水力致裂 过程中的岩石破裂压力、重张压力以及闭合压力,进一步分析出地应力的大小。其中判读闭 合压力的方法有单切线法、dP/dt法、马斯卡特法、dT/dP法和压力一流量法等,可以根据每 次水压力曲线的特点选择合适的闭合压力判定方法判读出闭合压力,确保闭合压力识别的 准确可靠。
[0059] 2、采用自主设计的水力致裂封隔器,可以实现良好的密封效果。同时封隔器中的 前膨胀胶管封孔器、中间连接钢管7和后膨胀胶管封孔器三部分通过螺纹连接,可以拆卸, 便于携带。
[0060] 3、地应力方向的判断,利用重力感应的功能,简单、快速的测量出地应力的方位。 克服了传统使用印模测量裂缝方位的工序复杂。
[0061] 4、水力致裂测量地应力成套装置体积小、质量轻、便于携带、操作简单、可实现快 速测量,显著提高测量效率。尤其是便携式致裂栗,显著提高了地应力测量效率,克服了传 统的大排量高压栗体积大、质量重、移动困难、测量效率低下的不足。测量时电控高压栗26 具有两个独立的输出通道,即第一电控高压栗输出通道20与第二电控高压栗输出通道21, 所述电控高压栗26还与所述高压栗控制柜29电连接;只需一台小型便携致裂栗,便可实现 地应力的测量。而传统水力致裂测量地应力需要两路水,手摇栗提供封孔高压水,大排量高 压栗提供致裂水的。另外,目前的设备集成度高,同时考虑到封孔器有可能会发生漏水,因 此利用集成在小型电栗上的手压栗给封孔管路提供一条补压管路,确保了施工的成功率。 另外小型电栗较传统的高压栗体积减小了很多,同时装配有底座,拉杆、轮子和工具箱等, 体积小、质量轻、集成度高、便于移动,并且零散的小工具可以放置在工具箱中。本发明提供 的矿井下岩层地应力快速测量装备克服了传统管路复杂,设备多且难于移动的不足。
附图说明
[0062] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体 实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的 附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前 提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0063] 图1为本发明实施例提供的水力致裂测量地应力的装备的连接结构示意图;
[0064] 图2为图1中的局部放大结构示意图;
[0065] 图3为本发明实施例提供的矿井下岩层地应力快速测量方法中的水力致裂测量地 应力的“水压力一时间”曲线;
[0066] 图4为本发明实施例提供的矿井下岩层地应力快速测量方法中的刻度盘;
[0067] 图5为本发明实施例提供的矿井下岩层地应力快速测量方法中的裂缝方向测量示 意图。
[0068] 附图标记说明:
[0069] 钻孔1;外高压膨胀胶囊2;内高压膨胀胶囊3;滑动装置4;外高压膨胀胶囊进水口 5;内高压膨胀胶囊进水口 6;中间连接钢管7;致裂管出水孔8;过压保护装置9;液压快速接 头10;外金属管11;内金属管12;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;第一电控高压栗输出通道20;第二电控高 压栗输出通道21;手压栗输出通道22;截止阀23;水力致裂测控仪24;手压栗25;电控高压栗 26;工具箱27;高压栗控制线路28;高压栗控制柜29。
具体实施方式
[0070] 下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0071] 如图1所示,本发明实施例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;
[0072] 所述水力致裂测量地应力的装备(即图1为水力致裂测量地应力的管路连接示意 图)具体包括钻孔1、封隔器(上述封隔器其包括外高压膨胀胶囊2、内高压膨胀胶囊3、滑动 装置4、外高压膨胀胶囊进水口5、内高压膨胀胶囊进水口6、中间连接钢管7、致裂管出水孔 8、过压保护装置9、液压快速接头10、外金属管11、内金属管12等)、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 电控高压栗输出通道20、第二电控高压栗输出通道21、手压栗输出通道22、截止阀23、水力 致裂测控仪24、手压栗25、电控高压栗26、工具箱27、高压栗控制线路28、高压栗控制柜29;
[0073] 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:
[0074] 所述电控高压栗26具有两个独立的输出通道,即第一电控高压栗输出通道20与第 二电控高压栗输出通道21,所述电控高压栗26还与所述高压栗控制柜29电连接;
[0075] 所述第一电控高压栗输出通道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;
[0076] 所述压力表17用于观测封孔管路的压力,判断封隔器的起封压力,同时观测封孔 管路13的压力变化;所述封孔管路泄压阀18用于在施工结束后卸除封孔管路中的压力,使 封隔器解封;
[0077] 所述手压栗25的手压栗输出通道22通过三通与封孔管路13连通,当封孔管路出现 异常,压力表17的压力出现下降时用于对封孔管路进行补压,防止施工过程中封隔器漏水, 发生冲孔,确保施工的顺利进行;所述手压栗输出通道22设置有截止阀23;
[0078] 所述封孔管路13用于通过外高压管路连接到封隔器两端的膨胀胶囊,用于实施封 孔;
[0079] 所述第二电控高压栗输出通道21的输出端连通致裂管路14;
[0080] 所述致裂管路14的前端上还设置有所述压力传感器15、流量传感器16及致裂管路 泄压阀19;所述致裂管路14连接内高压管路,用于实施致裂岩层;所述压力传感器15以及流 量传感器16分别与所述水力致裂测控仪24电连接;所述水力致裂测控仪24还通过所述高压 栗控制线路28与所述高压栗控制柜29电连接;
[0081] 所述压力传感器15监测致裂过程中管路中的压力信息,并将所述压力信息发送给 水力致裂测控仪24;所述流量传感器16监测致裂过程中的管路中的流量信息,并将所述流 量信息发送给水力致裂测控仪24;所述水力致裂测控仪24用于接收所述压力传感器15的压 力信息以及所述流量传感器16的流量信息,实时显示致裂过程中管路中的压力曲线及流量 曲线,并记录存储致裂过程中管路中的压力信息和流量信息,然后通过SD卡将记录的数据 传输给电脑,以便对监测数据进行二次处理;所述致裂管路泄压阀19用于在施工结束后卸 除致裂管路中的压力,以便于施工人员安全拆除管路。
[0082] 优选的,作为一种可实施方案;所述水力致裂测控仪24包括嵌入的地应力测量模 块;
[0083] 所述地应力测量模块,用于压力信息以及流量信息,得到水压力曲线,并根据所述 水压力曲线能分析计算得出水力致裂过程中的岩石破裂压力、重张压力以及闭合压力;还 用于结合所述岩石破裂压力与所述重张压力进一步计算得出地应力的数值。
[0084] 优选的,作为一种可实施方案;所述手压栗25的排量为20ml/次,最高压力为 60MPa,所述电控高压栗26的排量为6L/min,最高压力为60MPa;
[0085] 所述手压栗25的阀块安装在电控高压栗26的油箱上,所述电控高压栗26油箱上盖 板上开有小孔,且手压栗25的油管通过该小孔放入电控高压栗26的油箱中,两者共用一个 油箱,集成为一整体;
[0086] 所述电控高压栗的水箱旁边设置有工具箱27,所述电控高压栗26设置有底座及拉 杆,且底座设置有四个轮子,前面两个轮子为万向轮,后边两个轮子为固定向轮。
[0087] 需要说明的是,类似于汽车轮子,便于高压栗移动。显著提高了地应力测量效率, 克服了传统的大排量高压栗体制大、质量中、移动困难、测量效率低下的不足。
[0088] 优选的,作为一种可实施方案;所述封隔器具体包括前膨胀胶管封孔器、中间连接 钢管7和后膨胀胶管封孔器、滑动装置4、过压保护装置9、外金属管11、内金属管12;
[0089] 所述前膨胀胶管封孔器包括内高压膨胀胶囊3、内高压膨胀胶囊进水口6;
[0090] 所述后膨胀胶管封孔器包括外高压膨胀胶囊2、外高压膨胀胶囊进水口 5;
[0091] 所述滑动装置4设置在所述后膨胀胶管封孔器的前部;
[0092] 其中,所述前膨胀胶管封孔器的前端设有过压保护装置9;所述过压保护装置9具 体为一单向阀;所述单向阀用于通过螺栓预紧力调节封孔器的上限压力并防止压力出现异 常将封孔器爆裂;所述前膨胀胶管封孔器通过中间连接钢管7与后膨胀胶管封孔器连接,用 于通过高压水使前膨胀胶管封孔器膨胀;所述后膨胀胶管封孔器内设有伸出其两端的外金 属管11,所述外金属管11的里端与所述中间连接钢管7通过螺纹连接,所述外金属管11的外 端与所述封孔管路13连接;
[0093] 所述外金属管11内部还设置有所述内金属管12,所述内金属管12的里端用于连通 致裂段岩层,所述内金属管12的外端与所述致裂管路14连接。
[0094] 需要说明的是,当高压水注入封隔器后,两个封孔器迅速膨胀,直至与孔壁形成密 闭状态;当水压超过一定值后,封孔管路的电磁阀关闭,致裂管路的电磁阀打开,开始向两 个封孔器之间的空腔中注水,实现在特定钻孔的水力致裂;该水力致裂封隔器携带与组装 方便,施工效果好。
[0095] 整套设备结构紧凑,体积小,质量轻,材质好且便于携带和移动,对于煤矿井下恶 劣环境,水力致裂测量岩层的地应力的成套设备更加凸显其便携性。
[0096] 基于同一发明构思;
[0097] 相应地,本发明提供了一种矿井下岩层地应力快速测量方法,采用上述的矿井下 岩层地应力快速测量装备,具体包括如下步骤:
[0098] 步骤一:打钻孔到准备测量地应力的部位,将封隔器放入到钻孔中待加压段;
[0099] 步骤二:连接矿井下岩层地应力快速测量装备,在施工开始时,第二电控高压栗输 出通道21处于关闭状态,第一电控高压栗输出通道20处于打开状态,通过电控高压栗26给 封孔管路13提供压力水,使封隔器膨胀封孔;随后关闭第一电控高压栗输出通道20,打开第 二电控高压栗输出通道21,通过电控高压栗26给致裂管路14提供压力水,开始进行致裂岩 层;即向钻孔隔离段注水,不断加大水压,直至孔壁出现开裂,获得初始开裂压力Pb;然后继 续加压以扩展裂隙,当裂隙扩展至少3倍直径长度时,停止注水,获得瞬时闭合压力Ps,最后 卸压,使裂隙闭合;在整个加压过程中,水力致裂测控仪24用于接收压力传感器15的压力信 息以及流量传感器16的流量信息,并记录存储致裂过程中管路中的压力信息和流量信息; 同时根据压力信息以及流量信息获得记录压力一时间曲线图和流量一时间图,同时从压 力一时间曲线图确定Pb、Ps值,从流量一时间曲线图确定判断裂隙扩展长度;
[0100] 步骤三:重新向封隔器注水,使裂隙重新打开并记录下裂隙重新打开时的压力Pr 及随后的恒定闭合压力Ps;记录数据,同样Pr和Ps由压力一时间曲线和流量一时间曲线确 定;
[0101] 步骤四:根据水压力曲线能分析计算得出水力致裂过程中的岩石破裂压力、重张 压力以及闭合压力;结合岩石破裂压力与重张压力进一步计算得出地应力的数值;
[0102] 步骤五:完全卸压,将加压管及封隔器等全部设备从钻孔中取出;
[0103] 步骤六:将装有环形透明软管和刻度盘的彩色钻孔窥视仪伸入孔内,观察孔内致 裂段附近孔壁岩层的水压裂缝分布情况,判断裂缝方向与重力方向的夹角,从而确定出裂 缝的方位。
[0104] 在步骤四中,有关破裂压力的判读:
[0105] 破裂压力的选取以压力曲线上第一回次的峰值压力为准。
[0106] 在步骤四中,有关闭合压力的判读:
[0107] 在确定瞬时闭合压力时至少使用该5种方法中的两种或两种以上方法进行判读;5 种确定瞬时闭合压力的判读方法,即分别为单切线法、dP/dt法、马斯卡特法、dT/dP法和压 力一流量法。
[0108] 在步骤四中,有关重张压力的判读:
[0109] 采用破裂重张压力Pr来确定最大水平主应力σΗ,破裂重张压力由栗进回次过程中 上升曲线的变化来取值。
[oho] 在步骤六中,有关地应力方向的判断:
[0111] 首先对彩色钻孔摄像仪进行改进,在彩色钻孔摄像仪探头的顶部设置一根圆环形 透明软管;圆环形透明软管内设置有粘度很低的红色小液滴或者有色小钢珠;
[0112] 在钻孔摄像仪的探头转动时,圆环形透明软管内的红色液滴或有色小钢珠在重力 作用下,在圆环形透明软管内移动;且所述圆环形透明软管的圆心与红色液滴或有色小钢 珠的连线始终指向重力方向;同时在所述圆环形透明软管的上部会装有一刻度盘,标有〇〜 360°的角度标识;
[0113] 在水力致裂完成后,取出孔内致裂管路,将彩色钻孔摄像仪探头送入孔内致裂段; 通过彩色钻孔摄像仪的三维成像功能观测致裂段孔壁的裂缝方向,通过记录裂缝方向与重 力方向的夹角,并结合钻孔的方位角度,进而推算出水压裂缝的方位,确定出测试段岩层地 应力的方向。
[01 Μ] 所述水压力曲线具体包括压力一时间曲线和流量一时间曲线;
[0115] 所述圆环形透明软管的圆心与红色液滴或有色小钢珠的连线方向与重力方向一 致。
[0116] 下面对本发明实施例提供的矿井下岩层地应力快速测量装备及方法的具体结构 以及具体技术效果做一下详细的说明(即水力致裂测量地应力的装备及方法):
[0117] 一、水力致裂测量地应力的管路连接示意图如图1所示。
[0118] 图1中:钻孔1、外高压膨胀胶囊2、内高压膨胀胶囊3、滑动装置4、外高压膨胀胶囊 进水口 5、内高压膨胀胶囊进水口 6、中间连接钢管7、致裂管出水孔8、过压保护装置9、液压 快速接头10、外金属管11、内金属管12、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、第一电控高压栗输出通道20、第二 电控高压栗输出通道21、手压栗输出通道22、截止阀23、水力致裂测控仪24、手压栗25、电控 高压栗26、工具箱27、高压栗控制线路28、高压栗控制柜29;
[0119] 所述电控高压栗26具有两个独立的输出通道,即第一电控高压栗输出通道20与第 二电控高压栗输出通道21,所述电控高压栗26还与所述高压栗控制柜29电连接;
[0120] 所述第一电控高压栗输出通道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;
[0121] 所述压力表17用于观测封孔管路的压力,判断封隔器的起封压力,同时观测封孔 管路13的压力变化;所述封孔管路泄压阀18用于在施工结束后卸除封孔管路中的压力,使 封隔器解封;
[0122] 所述手压栗25的手压栗输出通道22通过三通与封孔管路13连通,当封孔管路出现 异常,压力表17的压力出现下降时用于对封孔管路进行补压,防止施工过程中封隔器漏水, 发生冲孔,确保施工的顺利进行;所述手压栗输出通道22设置有截止阀23;
[0123] 所述封孔管路13用于通过外高压管路连接到封隔器两端的膨胀胶囊,用于实施封 孔;
[0124] 所述第二电控高压栗输出通道21的输出端连通致裂管路14;
[0125] 所述致裂管路14的前端上还设置有所述压力传感器15、流量传感器16及致裂管路 泄压阀19;所述致裂管路14连接内高压管路,用于实施致裂岩层;所述压力传感器15以及流 量传感器16分别与所述水力致裂测控仪24电连接;所述水力致裂测控仪24还通过所述高压 栗控制线路28与所述高压栗控制柜29电连接;
[0126] 所述压力传感器15监测致裂过程中管路中的压力信息,并将所述压力信息发送给 水力致裂测控仪24;所述流量传感器16监测致裂过程中的管路中的流量信息,并将所述流 量信息发送给水力致裂测控仪24;所述水力致裂测控仪24用于接收所述压力传感器15的压 力信息以及所述流量传感器16的流量信息,实时显示致裂过程中管路中的压力曲线及流量 曲线,并记录存储致裂过程中管路中的压力信息和流量信息,然后通过SD卡将记录的数据 传输给电脑,以便对监测数据进行二次处理;所述致裂管路泄压阀19用于在施工结束后卸 除致裂管路中的压力,以便于施工人员安全拆除管路。
[0127] 所述手压栗25的排量为20ml/次,最高压力为60MPa,所述电控高压栗26的排量为 6L/min,最高压力为60MPa;所述手压栗25的阀块安装在电控高压栗26的液箱上,所述电控 高压栗26液箱上盖板上开有小孔,且手压栗25的液管通过该小孔放入电控高压栗26的液箱 中,两者共用一个液箱,集成为一整体;所述电控高压栗的液箱旁边设置有工具箱27,所述 电控高压栗26设置有底座及拉杆,且底座设置有四个轮子,前面两个轮子为万向轮,后边两 个轮子为固定向轮。
[0128] 需要说明的是,高压栗的底座设计有四个轮子,前面两个轮子可以转向,后边两个 轮子固定,类似于汽车轮子,便于高压栗移动。显著提高了地应力测量效率,克服了传统的 大排量高压栗体积大、质量重、移动困难、测量效率低下的不足。
[0129] 如图2所示,封隔器的结构原理图。所述封隔器具体包括前膨胀胶管封孔器、中间 连接钢管7和后膨胀胶管封孔器、滑动装置4、过压保护装置9、外金属管11、内金属管12;
[0130] 所述前膨胀胶管封孔器包括内高压膨胀胶囊3、内高压膨胀胶囊进水口6;
[0131] 所述后膨胀胶管封孔器包括外高压膨胀胶囊2、外高压膨胀胶囊进水口 5;
[0132] 所述滑动装置4设置在所述后膨胀胶管封孔器的前部;
[0133] 其中,所述前膨胀胶管封孔器的前端设有过压保护装置9;所述过压保护装置9具 体为一单向阀;所述单向阀用于通过螺栓预紧力调节封孔器的上限压力并防止压力出现异 常将封孔器爆裂;所述前膨胀胶管封孔器通过中间连接钢管7与后膨胀胶管封孔器连接,用 于通过高压水使前膨胀胶管封孔器膨胀;所述后膨胀胶管封孔器内设有伸出其两端的外金 属管11,所述外金属管11的里端与所述中间连接钢管7通过螺纹连接,所述外金属管11的外 端与所述封孔管路13连接;
[0134] 所述外金属管11内部还设置有所述内金属管12,所述内金属管12的里端用于连通 致裂段岩层,所述内金属管12的外端与所述致裂管路14连接。
[0135] 需要说明的是,整套设备结构紧凑,体积小,质量轻,材质好且便于携带和移动,对 于煤矿井下恶劣环境,水力致裂测量岩层的地应力的成套设备更加凸显其便携性。
[0136]二、根据水压力曲线判读地应力大小:
[0137] 水力致裂测量地应力系统配套有自主设计的水力致裂分析系统,此系统嵌入在水 力致裂测控仪中,系统中的地应力测量模块根据施工水压力曲线能自动分析出水力致裂过 程中的岩石破裂压力、重张压力以及闭合压力,结合破裂压力与重张压力进一步分析出地 应力的大小。其中判读闭合压力的方法有单切线法、马斯卡特法、dp/dt法、dT/dp法等,分析 系统可以根据每次水压力曲线的特点选择合适的闭合压力判定方法判读出闭合压力,确保 闭合压力识别的准确可靠。
[0138] 水力致裂测量地应力的“压力一时间”曲线(即水压力-致裂时间曲线)上的破裂压 力、闭合压力、裂缝重张压力如图3所示。
[0139] 岩石破裂压力的判读
[0140] 岩石破坏压力是水力压裂法地应力测量中确定最大水平地应力σΗ的一个非常重 要的参数之一。岩石破裂压力的选取一般以压力曲线上第一回次的峰值压力为准。实际压 裂中,由于液压栗的流量不够大,可能会在以后的回次中出现最高的峰值压力,计算时应以 该最高值为准。
[0141] 闭合压力的判读
[0142] 瞬时闭合压力的判读问题,国内外从事水压致裂地应力测量的研究人员针对不同 的情况提出了多种确定方法,如拐点法、单切线法、双切线法、Z5-VF法、马斯卡特法、压力-流量法、dP/dt法、dT/dP法等。2003年国际岩石力学学会试验方法委员会建议了 5种确定瞬 时闭合压力的判读方法,分别为单切线法、dP/dt法、马斯卡特法、dT/dP法和压力一流量法, 并要求在确定瞬时闭合压力时至少使用该5种方法中的两种或两种以上方法进行判读。
[0143] 水力致裂分析系统可以根据每次水压力曲线的特点选择合适的闭合压力判定方 法判读出闭合压力,确保闭合压力识别的准确可靠。
[0144] 重张压力的判读
[0145] 重张压力Pr是水力压裂应力测量中估算〇H时所涉及的另一个重要参数,由于岩石 抗拉强度Ot不易确定,采用破裂重张压力Pr来确定最大水平主应力OH,破裂重张压力由栗进 回次过程中上升曲线的变化来取值。
[0146] 地应力方向的判断
[0147] 上述水力致裂测量地应力的方法只是测量了地应力的大小,还需判断出地应力的 方向。传统的方法是采用印模器和定向仪判断地应力的方向,需要在水力致裂结束后将印 模系统送入孔内致裂段,通过高压栗重新打压,工序繁琐。针对此问题,设计了一种快速、简 便的地应力方向测量方法。
[0148] 首先对彩色钻孔摄像仪进行改进,在彩色钻孔摄像仪探头的顶部设置一根很细的 圆环形透明软管,环形管内有一粘度很低的红色小液滴或者有色小钢珠。钻孔摄像仪的探 头转动时,软管内的红色液滴或有色小钢珠在重力作用下,在软管内移动,但圆心与液滴或 有色小钢珠的连线始终指向重力方向,类似于重力感应功能。同时在环形软管的上部会装 有一刻度盘,标有〇〜360°的角度标识(如图4所示)。
[0149] 水力致裂完成后,取出孔内致裂管路,将彩色钻孔摄像仪探头送入孔内致裂段。通 过彩色钻孔摄像仪的三维成像功能可以清晰的看见致裂段孔壁的裂缝,通过记录裂缝与探 头顶部环形软管内红色液滴的夹角(图5中的Θ角)就可以判断出裂缝与重力方向的夹角,并 结合钻孔的方位角度,进而推算出水压裂缝的方位,确定出测试段岩层地应力的方向。
[0150] 二、水压致裂法测量地应力的施工步骤:
[0151] (1)打钻孔到准备测量应力的部位,将封隔器放入到钻孔中待加压段。
[0152] (2)连接设备,向封隔器内注水,封隔器受压膨胀,等压力达到阀值后,封隔器单向 阀打开,开始向钻孔隔离段注水,不断加大水压,直至孔壁出现开裂,获得初始开裂压力Pb, 然后继续加压以扩展裂隙,当裂隙扩展至少3倍直径长度时(至少需要3个波峰),停止注水, 获得瞬时闭合压力Ps,最后卸压,使裂隙闭合。在整个加压过程中,同时记录压力一时间曲 线图和流量一时间图,使用适当的方法可以从压力一时间曲线图确定Pb、Ps值,从流量一时 间曲线图可以判断裂隙扩展长度。
[0153] (3)重新向封隔器注水,使裂隙重新打开并记录下裂隙重新打开时的压力Pr及随 后的恒定闭合压力Ps,这种卸压一重新加压的过程重复2〜3次,以提高测试数据的准确性。 记录数据,同样Pr和Ps由压力一时间曲线和流量一时间曲线确定。
[0154] ⑷完全卸压,将加压管及封隔器等全部设备从钻孔中取出。
[0155] (5)将装有环形透明软管和刻度盘的彩色钻孔窥视仪伸入孔内,观察孔内致裂段 附近孔壁岩层的水压裂缝分布情况,判断裂缝与重力方向的夹角,从而确定出裂缝的方位。
[0156] 综上所述,本发明提供的矿井下岩层地应力快速测量装备及方法,具有诸多方面 的技术优势:
[0157] 1、水力致裂测量地应力系统配套有自主设计的水力致裂分析系统,此系统嵌入在 水力致裂测控仪中,系统中的地应力测量模块根据施工水压力曲线能自动分析出水力致裂 过程中的岩石破裂压力、重张压力以及闭合压力,进一步分析出地应力的大小。其中判读闭 合压力的方法有单切线法、dP/dt法、马斯卡特法、dT/dP法和压力一流量法,可以根据每次 水压力曲线的特点选择合适的闭合压力判定方法判读出闭合压力,确保闭合压力识别的准 确可靠。
[0158] 2、采用自主设计的水力致裂封隔器,可以实现良好的密封效果。同时封隔器中的 前膨胀胶管封孔器、中间连接钢管7和后膨胀胶管封孔器三部分通过螺纹连接,可以拆卸, 便于携带。
[0159] 3、地应力方向的判断,利用重力感应的功能,简单、快速的测量出地应力的方位。 克服了传统使用印模测量裂缝方位的工序复杂。
[0160] 4、水力致裂测量地应力成套装置体积小、质量轻、便于携带、操作简单、可实现快 速测量,显著提高测量效率。尤其是便携式致裂栗,显著提高了地应力测量效率,克服了传 统的大排量高压栗体积大、质量重、移动困难、测量效率低下的不足。只需一台小型便携致 裂栗,便可实现地应力的测量。而传统水力致裂测量地应力需要两路水,手摇栗提供封孔高 压水,大排量高压栗提供致裂水。克服了传统管路复杂,设备多且难于移动的不足。
[0161] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技 术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修 改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种矿井下岩层地应力快速测量装备,其特征在于,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)、第一电控高压栗输出通道(20)、第二电控高压栗输出通道(21)、手压栗输出通道 (22)、截止阀(23)、水力致裂测控仪(24)、手压栗(25)、电控高压栗(26)、工具箱(27)、高压 栗控制线路(28)、高压栗控制柜(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: 所述电控高压栗(26)具有两个独立的输出通道,即第一电控高压栗输出通道(20)与第 二电控高压栗输出通道(21),所述电控高压栗(26)还与所述高压栗控制柜(29)电连接; 所述第一电控高压栗输出通道(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); 所述压力表(17)用于观测封孔管路的压力,判断封隔器的起封压力,同时观测封孔管 路(13)的压力变化;所述封孔管路泄压阀(18)用于在施工结束后卸除封孔管路中的压力, 使封隔器解封; 所述手压栗(25)的手压栗输出通道(22)通过三通与封孔管路(13)连通,当封孔管路出 现异常,压力表(17)的压力出现下降时用于对封孔管路进行补压,防止施工过程中封隔器 漏水,发生冲孔,确保施工的顺利进行;所述手压栗输出通道(22)设置有截止阀(23); 所述封孔管路(13)用于通过外高压管路连接到封隔器两端的膨胀胶囊,用于实施封 孔; 所述第二电控高压栗输出通道(21)的输出端连通致裂管路(14); 所述致裂管路(14)的前端上还设置有所述压力传感器(15)、流量传感器(16)及致裂管 路泄压阀(19);所述致裂管路(14)连接内高压管路,用于实施致裂岩层;所述压力传感器 (15) 以及流量传感器(16)分别与所述水力致裂测控仪(24)电连接;所述水力致裂测控仪 (24)还通过所述高压栗控制线路(28)与所述高压栗控制柜(29)电连接; 所述压力传感器(15)监测致裂过程中管路中的压力信息,并将所述压力信息发送给水 力致裂测控仪(24);所述流量传感器(16)监测致裂过程中的管路中的流量信息,并将所述 流量信息发送给水力致裂测控仪(24);所述水力致裂测控仪(24)用于接收所述压力传感器 (15)的压力信息以及所述流量传感器(16)的流量信息,实时显示致裂过程中管路中的压力 曲线及流量曲线,并记录存储致裂过程中管路中的压力信息和流量信息,然后通过SD卡将 记录的数据传输给电脑,以便对监测数据进行二次处理;所述致裂管路泄压阀(19)用于在 施工结束后卸除致裂管路中的压力,以便于施工人员安全拆除管路。
2. 如权利要求1所述的矿井下岩层地应力快速测量装备,其特征在于, 所述水力致裂测控仪(24)包括嵌入的地应力测量模块; 所述地应力测量模块,用于监测压力信息以及流量信息,得到水压力曲线,并根据所述 水压力曲线能分析计算得出水力致裂过程中的岩石破裂压力、重张压力以及闭合压力;还 用于结合所述岩石破裂压力与所述重张压力进一步计算得出地应力的数值。
3. 如权利要求1所述的矿井下岩层地应力快速测量装备,其特征在于, 所述手压栗(25)的排量为20ml/次,最高压力为60MPa,所述电控高压栗(26)的排量为 6L/min,最高压力为60MPa; 所述手压栗(25)的阀块安装在电控高压栗(26)的液箱上,所述电控高压栗(26)液箱上 盖板上开有小孔,且手压栗(25)的液管通过该小孔放入电控高压栗(26)的液箱中,两者共 用一个液箱,集成为一整体; 所述电控高压栗的液箱旁边设置有工具箱(27),所述电控高压栗(26)设置有底座及拉 杆,且底座设置有四个轮子,前面两个轮子为万向轮,后边两个轮子为固定向轮。
4. 如权利要求1所述的矿井下岩层地应力快速测量装备,其特征在于, 所述封隔器具体包括前膨胀胶管封孔器、中间连接钢管(7)和后膨胀胶管封孔器、滑动 装置⑷、过压保护装置(9)、外金属管(11)、内金属管(12); 所述前膨胀胶管封孔器包括内高压膨胀胶囊(3)、内高压膨胀胶囊进水口(6); 所述后膨胀胶管封孔器包括外高压膨胀胶囊(2)、外高压膨胀胶囊进水口(5); 所述滑动装置⑷设置在所述后膨胀胶管封孔器的前部; 其中,所述前膨胀胶管封孔器的前端设有所述过压保护装置(9);所述过压保护装置 (9)具体为一单向阀;所述单向阀用于通过螺栓预紧力调节封孔器的上限压力并防止压力 出现异常将封孔器爆裂;所述前膨胀胶管封孔器通过中间连接钢管(7)与后膨胀胶管封孔 器连接,用于通过高压水使前膨胀胶管封孔器膨胀;所述后膨胀胶管封孔器内设有伸出其 两端的所述外金属管(11),所述外金属管(11)的里端与所述中间连接钢管(7)通过螺纹连 接,所述外金属管(11)的外端与所述封孔管路(13)连接; 所述外金属管(11)内部还设置有所述内金属管(12),所述内金属管(12)的里端用于连 通致裂段岩层,所述内金属管(12)的外端与所述致裂管路(14)连接。
5. —种矿井下岩层地应力快速测量方法,其特征在于,采用上述权利要求1 一 4任一项 所述的矿井下岩层地应力快速测量装备,具体包括如下步骤: 步骤一:打钻孔到准备测量地应力的部位,将封隔器放入到钻孔中待加压段; 步骤二:连接矿井下岩层地应力快速测量装备,在施工开始时,第二电控高压栗输出通 道(21)处于关闭状态,第一电控高压栗输出通道(20)处于打开状态,通过电控高压栗(26) 给封孔管路(13)提供压力水,使封隔器膨胀封孔;随后关闭第一电控高压栗输出通道(20), 打开第二电控高压栗输出通道(21),通过电控高压栗(26)给致裂管路(14)提供压力水,开 始进行致裂岩层;即向钻孔隔离段注水,不断加大水压,直至孔壁出现开裂,获得初始开裂 压力;然后继续加压以扩展裂隙,当裂隙扩展至少3倍直径长度时,停止注水,获得瞬时闭合 压力,最后卸压,使裂隙闭合;在整个加压过程中,水力致裂测控仪(24)用于接收压力传感 器(15)的压力信息以及流量传感器(16)的流量信息,并记录存储致裂过程中管路中的压力 信息和流量信息;同时根据压力信息以及流量信息获得记录压力一时间曲线图和流量一时 间图,同时从压力一时间曲线图确定、值,从流量一时间曲线图确定判断裂隙扩展长度; 步骤三:重新向封隔器注水,使裂隙重新打开并记录下裂隙重新打开时的压力及随后 的恒定闭合压力;记录数据,同样和由压力一时间曲线和流量一时间曲线确定; 步骤四:根据水压力曲线能分析计算得出水力致裂过程中的岩石破裂压力、重张压力 以及闭合压力;结合岩石破裂压力与重张压力进一步计算得出地应力的数值; 步骤五:完全卸压,将加压管及封隔器等全部设备从钻孔中取出; 步骤六:将装有环形透明软管和刻度盘的彩色钻孔窥视仪伸入孔内,观察孔内致裂段 附近孔壁岩层的水压裂缝分布情况,判断裂缝方向与重力方向的夹角,从而确定出裂缝的 方位。
6. 如权利要求5所述的矿井下岩层地应力快速测量方法,其特征在于, 在步骤四中,有关岩石破裂压力的判读: 岩石破裂压力的选取以压力曲线上第一回次的峰值压力为准。
7. 如权利要求5所述的矿井下岩层地应力快速测量方法,其特征在于, 在步骤四中,有关闭合压力的判读: 在确定瞬时闭合压力时至少使用该5种方法中的两种或两种以上方法进行判读;5种确 定瞬时闭合压力的判读方法,即分别为单切线法、法、马斯卡特法、法和压力一流量法。
8. 如权利要求5所述的矿井下岩层地应力快速测量方法,其特征在于, 在步骤四中,有关重张压力的判读: 采用破裂重张压力来确定最大水平主应力,破裂重张压力由栗进回次过程中上升曲线 的变化来取值。
9. 如权利要求5所述的矿井下岩层地应力快速测量方法,其特征在于, 在步骤六中,有关地应力方向的判断: 首先对彩色钻孔摄像仪进行改进,在彩色钻孔摄像仪探头的顶部设置一根圆环形透明 软管;圆环形透明软管内设置有粘度很低的红色小液滴或者有色小钢珠; 在钻孔摄像仪的探头转动时,圆环形透明软管内的红色液滴或有色小钢珠在重力作用 下,在圆环形透明软管内移动;且所述圆环形透明软管的圆心与红色液滴或有色小钢珠的 连线始终指向重力方向;同时在所述圆环形透明软管的上部会装有一刻度盘,标有〇〜360° 的角度标识; 在水力致裂完成后,取出孔内致裂管路,将彩色钻孔摄像仪探头送入孔内致裂段;通过 彩色钻孔摄像仪的三维成像功能观测致裂段孔壁的裂缝方向,通过记录裂缝方向与重力方 向的夹角,并结合钻孔的方位角度,进而推算出水压裂缝的方位,确定出测试段岩层地应力 的方向。
10. 如权利要求9所述的矿井下岩层地应力快速测量方法,其特征在于, 所述水压力曲线具体包括压力一时间曲线和流量一时间曲线; 所述圆环形透明软管的圆心与红色液滴或有色小钢珠的连线方向与重力方向一致。
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