CN111380638A

CN111380638A - 一种提高采动应力实测精度的方法

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Publication number: CN111380638A
Application number: CN202010195369.8A
Authority: CN
Inventors: 陈冬冬; 何富连; 谢生荣
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2020-07-07
Anticipated expiration: 2040-03-19
Also published as: CN111380638B

Abstract

本发明涉及一种提高采动应力实测精度的方法，包括应力计、封孔塞、定距杆、注浆管、弹力橡胶套，先实验室测试应力计计划安装层位的煤岩体强度和弹性模量，配置具有相同或相近力学特征的注浆材料，在待测采动应力的煤岩体中钻孔并安装钻孔应力计并对钻孔进行注浆，使得钻孔周边的破碎及塑性围岩重新固结，这样钻孔及周边围岩就具备完整煤岩体的力学特性，当采动应力发生变化时，注浆后的钻孔围岩可以及时、有效且基本无损的将采动应力传递到钻孔应力计上，显著提高采动应力的实测精度。本发明的方法适用于各类围岩条件下的采动应力实测，有效弥补了传统测试方法的诸多缺陷，使用方法简单，测试可靠且精度高，具有十分重要的推广和应用价值。

Description

一种提高采动应力实测精度的方法

技术领域

本发明属于矿业工程领域，一种提高采动应力实测精度的方法，是在煤炭开采过程中实测采动应力大小，是否发生变化及变化程度的方法，该方法可以显著提高采动应力实测精度。

背景技术

煤炭开采必然产生采动应力，而采动应力的影响程度和影响范围直接关系到矿井开拓布局及开采过程中如何实现安全、高产及高效问题，比如各类巷道的合理布置位置、支护构型及如何避开高支承压力，卸压位置和形式及冲击地压防治方法选择等，所以高精度实测采动应力至关重要。但是煤炭赋存条件极其复杂，加之开采扰动的影响，很难准确实测出真实的采动应力，就不能够有效的指导实践，这势必对安全高产高效矿井的高质量建设产生不利影响。

当前，采动应力采用的测试方法是在围岩中钻孔，接着安装钻孔应力计，钻孔应力计有两类，一是普通型不可膨胀钻孔应力计，被动式滞后承受钻孔应力，该方法基本被淘汰；二是可膨胀型钻孔应力计以实现钻孔应力计安装时即紧贴钻孔壁，主动式及时承受钻孔应力，但是这种传统测试方法依然无法有效测试出真实的采动应力，甚至所测数据远脱离实际，传统测试方法存着在问题的主要原因如下：

①由于开采煤层深埋数百米乃至逾千米，施工完采动应力实测钻孔后，钻孔壁周围会存在一定范围的破碎区和塑性区，尤其是在高应力软岩层及煤层中钻孔，破碎区及塑性区必定导致采动应力无法及时有效且基本无损的传递到应力计，这必然导致实测数值远偏离实际，这是众所周知的；

②尽管可以采用膨胀型钻孔应力计，钻孔应力计在膨胀过程中可以主动接触钻孔壁并传递一定的围岩钻孔应力，但是钻孔应力计外围依次是破碎区、塑性区及弹性区，钻孔应力计主动施加膨胀力后直接紧密接触钻孔破碎区并通过塑性区与围岩的弹性区进行应力传递，在钻孔应力计主动施加膨胀力的条件下，钻孔破碎区的围岩进一步破碎，塑性区的围岩范围进一步扩大，钻孔应力计安装完毕后，应力计的实测数值会出现下降或者波动特征，这显著影响了实测结果；

③若钻孔应力计的初始膨胀应力较小，由于采动应力通过弹性围岩才可以有效及时传递，但是深部弹性围岩的采动应力要经过实测钻孔的塑性区和破碎区才能传递到钻孔应力计上，破碎围岩和塑性区围岩没有被压实，那么采动应力在传递过程中进一步压实破碎区和塑性区，那么应力传递必定会显著衰减；

④若应力计初始膨胀应力过大，原本钻孔周围破碎的围岩破碎程度会进一步加大，塑性区的范围进一步扩大，并有部分塑性区进入破碎状态，这对测试造成了极大的干扰，实测的稳定程度和可靠度很低；

⑤钻孔的浅部围岩主要处于单向应力状态或二向应力状态，应力升高过程中，浅部围岩更易进一步塑化和破碎，从而显著降低采动应力实测精度；

⑥传统方法要求有严格的孔径匹配，否则会出现两种无法测量的情况：测试孔过大，钻孔应力计无法在安装时就紧贴钻孔而无法测得数据；测试孔偏小，任何一点钻孔表面的破碎颗粒都会阻碍钻孔应力计的安装，这样对安装造成了极大影响，安装效率低下，且容易造成应力计损坏；

⑦对于已经屈服的塑性煤柱，传统的打孔安装膨胀型钻孔应力计的方法，会很快导致钻孔孔壁周边围岩进一步塑化并松弛，导致短时间内钻孔应力计无数值显示，难以测出数据或有效数据；

⑧钻孔成孔差时，应力计安装困难，即便安装到位，测试数据偏离实际，已经没有实际参考价值，此时需要采用大孔径的测试钻孔，这必然导致钻孔围岩发生很大的变形时才可以紧实接触应力计传递应力，那么这种情况下得到的数据显著偏离实际；

根据上述分析，传统的实测采动应力方法精度低且适用条件差，急需提出一种解决传统采动应力实测精度不高的方法，为更好的进行矿井开拓布局及更高效的处理开采过程中出现的高支承压力问题，为卸压开采形式及冲击地压防治方法确定等服务。

发明内容

本发明的目的就是为了解决当前实测采动应力的方法缺陷较多、适用条件十分有限、测试精度低、稳定性差、可靠度低甚至所测数据远远偏离实际的问题，提出一种显著提高采动应力实测精度的方法，进而有效指导巷道位置选择及支护构型确定、采场围岩控制及冲击地压防控等重要问题。

为实现本发明的上述目的，提供的技术方案如下：一种提高采动应力实测精度的方法，适用于实体煤区、岩体区或屈服煤柱区、屈服岩柱区的采动应力测试，其特征在于，先在实验室测试应力计预计安装位置所在层位的煤岩体特性参数，配置具有相同或相近力学特征的注浆材料；在待测采动应力的煤岩体中钻孔并安装钻孔应力计，封孔后对钻孔注入所配置的注浆材料，使得钻孔周边的破碎及塑性围岩重新固结，这样钻孔及周边围岩就具备未开挖应力计钻孔前待实测采动应力位置的煤岩体的力学特性，当采动应力发生变化时，注浆后的钻孔围岩能够及时、有效且基本无损的将采动应力传递到钻孔应力计上，显著提高采动应力的实测精度，实现高精度且高灵敏度测量采动应力的增加及降低过程。

进一步的，一种提高采动应力实测精度的方法，其特征在于，采动应力实测位置在实体煤区时，具体实施步骤为：

步骤一），在待实测的实体煤区取煤样，实验测试该煤样的单轴抗压强度及弹性模量；

步骤二），根据步骤一）所测煤样的参数，配置注浆材料，要求该注浆材料凝固后的单轴抗压强度及弹性模量与待测试煤体的抗压强度和弹性模量相等或相近；

步骤三），在待实测位置钻孔并安装钻孔应力计，安装顺序为：先将定距杆和钻孔应力计连接后装入钻孔内，使定距杆的前端位于钻孔孔底，然后安装三通道封孔塞与注浆管；应力计的安装深度n为巷道宽度的3~6倍，实现应力计的安装位置不受或基本不受巷道本身应力分布对采动应力实测的交叉影响；应力计长度a为10~50cm，需要实测某个点位的围岩采动应力时a取10~15cm，需要实测围岩某个范围内的采动应力大致均值时a取15~50cm，定距杆的长度a ₁为钻孔半径的5~10倍，显著减弱钻孔孔底的边缘效应对应力计实测采动应力的影响；应力计与三通道封孔塞的间距a ₂为不低于钻孔半径的5~10倍，且不小于1~2m，实现注浆材料凝固后钻孔应力计的两端均是注浆固结体可实现钻孔应力计两端受力平衡，不受偏载荷影响测试的准确度；同时应力计处于四周注浆围岩包围的三向受力状态，应力计所在的钻孔围岩不易破坏塑化而影响实测的精确度，抗干扰能力强，稳定性高；

步骤四），对围岩钻孔通过注浆管进行注浆，注浆压力为0.5~5MPa，煤体单轴抗压强度在20MPa以上时注浆压力取2~5MPa，煤体单轴抗压强度在20MPa以下时注浆压力取0.5~2MPa，满足钻孔的破碎区和塑性区的煤体能被注浆固结，确保应力计测试出的采动应力是不受钻孔围岩破坏的影响，确保采动应力进行无损或者基本无损的传递到应力计；

步骤五），注浆浆液最终固结后对应力计施加初始压力，初始压力为应力计所处埋深对应深垂直应力的70%~100%，煤体单轴抗压强度20MPa以上时取90%~100%，煤体单轴抗压强度20MPa以下时取70%~90%，

步骤六），收集采动应力数据，该数据能够用于监测工作面推进方向和工作面侧向的支承压力的形态特征、影响范围，峰值大小及位置；监测的数据真实反映实际，用于分析和预防冲击地压事故，实测效率、稳定性及精度均显著提高。

进一步的，若实测位置在岩体区对孔内进行注浆，注浆压力为1~10MPa，若岩体单轴抗压强度大于40MPa时，注浆压力取4~10MPa注浆压力取4~10MPa，若岩体单轴抗压强度小于40MPa时取1~4MPa，满足钻孔的破碎区和塑性区的岩体能被注浆固结。

进一步的，所述定距杆的一端为弧形低阻力端头，另一端为螺母孔接头，所述的弧形低阻力端头处连接单向双倒刺卡头，弧形低阻力端头与定距杆之间连接弹簧，由弹簧提供张力。

进一步的，所述的三通道封孔塞的一端为封孔塞供液管接头，与三通道封孔塞供液管相连接；三通道封孔塞的内部有封闭的可穿过应力计供压管以及注浆管的应力计供压管通道、注浆管通道；当所述的三通道封孔塞供液膨胀后与注浆管以及应力计供压管紧密贴合；所述应力计供压管、注浆管与三通道封孔塞的接触位置罩有弹力橡胶套。

进一步的，所述应力计的一端设置螺栓接头，用于连接定距杆，另一端连接应力计供压管。

进一步的，所述注浆管的前端设置防反浆塞，防止浆液倒流。

进一步的，一种提高采动应力实测精度的方法，其特征在于，实测位置在屈服煤柱区时，具体实施步骤为：

步骤一），取塑性煤柱所在煤层的完整煤样，进行实验获得煤体单轴抗压强度及弹性模量，残余强度及残余变形阶段的变形模量；

步骤二），若待测试位置塑化煤体的单轴抗压强度为完整煤体的40%~80%，则选取的注浆材料凝固后的单轴抗压强度和弹性模量分别是完整煤样单轴抗压强度及弹性模量的40%~80%；待测试位置塑化煤体的单轴抗压强度为完整煤体的20%~40%，则选取的注浆材料固结后的单轴抗压强度和变形模量分别是完整煤块单轴抗压强度及弹性模量的20%~40%，且不小于煤体的残余强度和残余变形模量；

步骤三），钻孔并在待实测位置安装钻孔应力计，安装顺序为：先装入单通道封孔塞，再将定距杆和钻孔应力计连接后装入钻孔内，然后安装四通道封孔塞和注浆管；应力计的长度优选的为5~40cm，其中，需要实测某个点位的采动应力时取5~10cm，需要实测某个宽度范围内的采动应力均值时取10~40cm；应力计与单通道封孔塞、四通道封孔塞的间距h ₀与h为煤柱钻孔半径的5~10倍，这样可避免煤柱钻孔及封孔塞本身对应力计测试造成影响；

步骤四），对屈服煤柱钻孔进行注浆，注浆压力为0.1~1MPa，煤柱所在煤层的单轴抗压强度在15MPa以上且屈服煤柱承载能力是完整煤柱承载能力的70%以上时，注浆压力取0.5~1MPa，屈服煤柱所在煤层的单轴抗压强度在15MPa以下且屈服煤柱承载能力是完整煤柱承载能力的70%以下时，注浆压力取0.1~0.5MPa，实现钻孔应力计实测出的采动应力与实际采动应力的差距显著缩小，实测精度显著提高；

步骤五），注浆浆液固结后对应力计施加初始压力，初始压力高于煤体的残余强度且不高于完整煤样单轴抗压强度的50%；

步骤六），监测采动应力数据，监测的数据真实反映实际情况，用于分析煤柱的承载状况，为煤柱有效支护和稳定性评估提供关键可靠的科学依据等。

进一步的，若实测位置在屈服岩柱区时对孔内进行注浆，注浆压力为0.2~2MPa，屈服岩柱所在岩层的单轴抗压强度在30MPa以上且屈服岩柱承载能力是完整岩柱承载能力的50%以上时注浆压力取1~2MPa，屈服岩柱所在岩层的单轴抗压强度30MPa以下且屈服岩柱承载能力是完整岩柱承载能力的50%以下时取0.2~1MPa，确保钻孔应力计测试出的采动应力与实际采动应力差距显著缩小。

进一步的，所述的四通道封孔塞的一端为封孔塞供液管接头9a，与四通道封孔塞供液管相连接；四通道封孔塞的内部有封闭的可穿过应力计供压管、单通道封孔塞供液管、以及注浆管的应力计供压管通道、注浆管通道、封孔塞供液管通道；当所述的四通道封孔塞供液膨胀后与注浆管、单通道封孔塞供液管以及应力计供压管紧密贴合；所述应力计供压管、单通道封孔塞供液管、注浆管3与四通道封孔塞的接触位置罩有弹力橡胶套；单通道封孔塞的一端设有单通道注浆塞供液管接头，与单通道封孔塞供液管连接。

所述的单轴抗压强度及弹性模量，本发明专利并不仅局限于这两个参数，为了更精准的实测采动应力，配备的注浆材料可以在更多的力学参数上与待测试煤岩体的参数相同或者相近，以进一步提高采动应力的实测精度。

有益效果

通过配置和待测位置围岩相等或相近的注浆材料，进行钻孔注浆固结，这样钻孔内部、钻孔浅部破碎围岩、钻孔塑性区围岩均可以通过浆液固结成与未钻孔之前的围岩所具有的相同或相近的岩性，采动应力通过深部围岩传递到钻孔浅部围岩继而传递到应力计上，这样的传递相对于有破碎区和有塑性区的围岩来说基本是无损的采动应力传递，所以采用本发明方法的实测精度远高于传统的直接测试法，本发明的方法同时还具备以下优点：

①本发明的方法有效避免了传统安装方法导致的钻孔浅部围岩、应力计两端围岩钻孔的空洞区及应力计本身均处于单向或者二向受力状态而引起的采动应力传递到实测钻孔时围岩会更容易进一步破坏无法有效实测出采动应力的问题，

②地质条件的适应性强，无论钻孔的破碎区或者塑性区范围偏大还是偏小，本发明的方法均可以显著提高实测精度；

③应力计直径和钻孔孔径的差值较大时依然不影响测试精度，都可以实现准确如实测得实际围岩应力；

④本发明的提高采动应力实测精度的方法对于促进矿井安全高效科学生产意义重大，且实现方法简单，操作便捷、十分经济，且稳定性与可靠性都非常高，具有十分广泛的应用和推广价值。

附图说明

图1为本发明的一种提高采动应力实测精度的方法在实体煤区使用示意图。

图2为本发明的一种提高采动应力实测精度的方法在煤柱区使用示意图。

图3为单通道封孔塞示意图。

图4为图3中的单通道封孔塞的右视图示意图。

图5为三通道封孔塞示意图。

图6为图5中的三通道封孔塞的右视图示意图。

图7为四通道封孔塞示意图。

图8为图7中的四通道封孔塞的右视图示意图。

图9为定距杆示意图。

图10为应力计示意图。

图11为注浆管并安装注浆管的橡胶套的示意图。

附图中标记说明： 1-应力计，1g-应力计供压管，1t-弹力橡胶套，1b-螺栓接头，2-三通道封孔塞，2a-封孔塞供液管接头，2b-应力计供压管通道，2c-注浆管通道，2g-三通道封孔塞供液管，3-注浆管，3a-防反浆塞，4-定距杆，4a螺母孔接头，4b-弹簧，4c-单向双倒刺开头，4d-弧形低阻力端头，5-浆液与围岩固结区，6-围岩钻孔，7-巷道，8-单通道封孔塞，8a-单通道封孔塞供液管接头，9-四通道封孔塞，9a-封孔塞供液管接头，9b-应力计供压管通道，9c-注浆管通道，9d-封孔塞供液管通道，10-煤柱，11-浆液与煤柱固结区，12-煤柱钻孔，a ₁-定距杆长度，a-应力计长度，a ₂-应力计与三通道封孔塞距离，d-围岩钻孔直径，d _0-应力计直径，c-围岩钻孔之外浆液扩散距离，b ₁-巷道破碎区宽度，b ₂-巷道塑性区宽，n-应力计安装深度，h ₀-应力计与单通道止浆塞间距，h-应力计与四通道止浆塞间距，f-煤柱钻孔之外浆液扩散距离，d _m-煤柱钻孔直径。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明，以下实施例用来说明本发明，但是并不限制本发明的范围。

如图1~11所示，在附图中，一种提高采动应力实测精度的方法，所用的设备包括应力计1、单通道封孔塞8、三通道封孔塞2、四通道封孔塞9、定距杆4、注浆管3、弹力橡胶套1t、防反浆塞3a。先在实验室测试应力计1预计安装位置所在层位的煤岩体单轴抗压强度及弹性模量，配置具有相同或相近力学特征的注浆材料，在待测采动应力的煤岩体中钻孔并安装钻孔应力计1，封孔后对钻孔注入所配置的注浆材料，使得钻孔周边的破碎及塑性围岩重新固结，这样钻孔及周边围岩就具备完整煤岩体的力学特性，当采动应力发生变化时，注浆后的钻孔围岩可以及时、有效且基本无损的将采动应力传递到钻孔应力计上，显著提高采动应力的实测精度，实现高精度且高灵敏度测量采动应力的增加及降低过程，本发明的方法主要针对的是在实体煤区，屈服煤柱区提高采动应力实测精度同时也适用也适用于岩体区和屈服岩柱区。

如图1、9所示，所述定距杆4的一端为弧形低阻力端头4c，另一端为螺母孔接头4a，所述的弧形低阻力端头4c处连接单向双倒刺卡头4c，弧形低阻力端头4c与定距杆4之间连接弹簧，由弹簧4b提供张力。

如图1、5、6所示，所述的三通道封孔塞2的一端为封孔塞供液管接头2a，与三通道封孔塞供液管2g相连接；三通道封孔塞2的内部有封闭的可穿过应力计供压管1g以及注浆管3的应力计供压管通道2b、注浆管通道2c；当所述的三通道封孔塞8供液膨胀后与注浆管3以及应力计供压管1g紧密贴合；所述应力计供压管1g、注浆管3与三通道封孔塞2的接触位置罩有弹力橡胶套1t。

如图1、10所述应力计1的一端设置螺栓接头1b，用于连接定距杆4，另一端连接应力计供压管1g。

如图11所示，所述注浆管3的前端设置防反浆塞3a，防止浆液倒流。

如图2、7、8所示，所述的四通道封孔塞9的一端为封孔塞供液管接头9a，与四通道封孔塞供液管9g相连接；四通道封孔塞9的内部有封闭的可穿过应力计供压管1g、单通道封孔塞供液管8g、以及注浆管3的应力计供压管通道9b、注浆管通道9c、封孔塞供液管通道9d；当所述的四通道封孔塞9供液膨胀后与注浆管3、单通道封孔塞供液管8g以及应力计供压管1g紧密贴合；所述应力计供压管1g、单通道封孔塞供液管8g、注浆管3与四通道封孔塞9的接触位置罩有弹力橡胶套1t；如图3、4所示，单通道封孔塞8的一端设有单通道注浆塞供液管接头8a，与单通道封孔塞供液管8g连接。

实施例1

图1为本发明的一种提高采动应力实测精度的方法在实体煤区使用示意图，从图中可以看出沿围岩钻孔6由浅到深依次设置有三通道封孔塞3、应力计1和定距杆4，围岩钻孔6的外部在注浆后形成浆液与围岩固结区5，图中围岩钻孔6，的直径为d，应力计直径为d ₀，围岩钻孔之外浆液扩散距离为c，巷道破碎区宽度为b ₁，巷道塑性区宽为b ₂；实施本发明的具体方法及步骤分别为：

步骤一：在待实测的实体煤区取煤样，实验室测试该煤样的单轴抗压强度及弹性模量；

步骤二：根据这个参数，配置注浆材料，优选快凝浆液，要求该注浆材料凝固后的固结体抗压强度和弹性模量与待测试煤体的抗压强度和弹性模量相等或相近；

步骤三：在待实测位置钻孔并安装钻孔应力计1，安装顺序依次是：定距杆4和钻孔应力计1钻三通道封孔塞2与注浆管3；

应力计1的安装深度n优选的为3~6倍的巷道7宽度，实现应力计1的安装位置不受或基本不受巷道7本身应力分布对采动应力实测的交叉影响；

应力计长度a优选的为10~50cm，需要实测某个点位的围岩采动应力时a取小值10~15cm，需要实测围岩某个范围内的采动应力大致均值时a取大值15~50cm；

优选的围岩钻孔的直径d与应力计直径d ₀的差值为8mm~50mm，当应力计安装方便时，可以取8mm~20mm，当应力计安装不方便时可以取20~50mm；

定距杆4的长度a ₁优选的为5~10倍的钻孔半径，这样显著减弱钻孔孔底的边缘效应对应力计1实测采动应力的影响；

应力计1与三通道封孔塞2的间距a ₂优选的为不低于5~10倍的钻孔半径且不小于1~2m，这样可实现注浆材料凝固后钻孔应力计的两端均是注浆固结体可实现钻孔应力计两端受力平衡，不受偏载荷影响测试的准确度；同时应力计1处于四周注浆围岩包围的三向受力状态，这样应力计1所在的钻孔围岩不易破坏塑化而影响实测的精确度，抗干扰能力很强，稳定性很高；

步骤四：对围岩钻孔6通过注浆管3进行注浆，注浆压力优选的为0.5~5MPa，煤体单轴抗压强度在20MPa以上时注浆压力取2~5MPa，煤体单轴抗压强度在20MPa以下时注浆压力取0.5~2MPa，满足钻孔的巷道破碎区和巷道塑性区的煤体能被注浆固结，在钻孔周围形成浆液与围岩固结区5，这样方可确保应力计测试出的采动应力是不受钻孔围岩破坏的影响确保采动应力进行无损或者基本无损的传递到应力计；

步骤五：注浆浆液最终固结后对应力计1施加初始压力，优选的初始压力为应力计1所处埋深对应深垂直应力的70%~100%，煤体单轴抗压强度20MPa以上时取90%~100%，煤体单轴抗压强度20MPa以下时取70%~90%；

步骤六：收集采动应力数据，该数据可以用以监测工作面推进方向和工作面侧向的支承压力的形态特征、影响范围，峰值大小及位置；监测的数据真实反映实际，特别的还可用于分析和预防冲击地压事故等，实测效率、稳定性及精度均显著提高。

实施例2

如图2，测试位置在屈服煤柱区时提高采动应力实测精度的方法及具体实施步骤为：

从图中可以看出沿煤柱钻孔12由浅到深依次设置有四通道封孔塞9、应力计1、定距杆4和单通道封孔塞8，煤柱钻孔12的外部在注浆后形成浆液与煤柱固结区11，图中煤柱钻孔直径为d _m ，应力计直径为d ₀，煤柱钻孔之外浆液扩散距离为f，应力计与单通道止浆塞间距为h ₀；应力计与四通道止浆塞间距为h，实施本发明的具体方法及步骤分别为：

步骤一：取塑性煤柱10所在煤层的完整煤样，进行实验获得煤体单轴抗压强度及弹性模量，残余强度及残余变形阶段的变形模量；

步骤二：若待测试位置塑化煤体的单轴抗压强度为完整煤体的40%~80%，则选取的注浆材料凝固后的单轴抗压强度和弹性模量分别是完整煤样单轴抗压强度及弹性模量的40%~80%；待测试位置塑化煤体的单轴抗压强度为完整煤体的20%~40%，则选取的注浆材料固结后的单轴抗压强度和变形模量分别是完整煤块单轴抗压强度及弹性模量的20%~40%，且不小于煤体的残余强度和残余变形模量；

步骤三：钻孔并在待实测位置安装钻孔应力计1，安装顺序依次是单通道封孔塞8安钻孔应力计1和定距杆4定四通道封孔塞9和注浆管3；

应力计1的长度优选的为5~40cm，其中，需要实测某个点位的采动应力时取小值5~10cm，需要实测某个宽度范围内的采动应力均值时取大值10~40cm；应力计与单通道止浆塞间距间距h ₀以及应力计与四通道止浆塞间距h优选的为5~10倍煤柱钻孔12的半径，这样可避免煤柱钻孔12及封孔塞本身对应力计1测试造成影响；

煤柱钻孔直径d _m与应力计直径d _0-与的差优选的为15~60mm，当应力计安装便捷时可选15~30mm，当应力计安装不方便时可选30~60mm；

步骤四：对煤柱钻孔12进行注浆，注浆压力优选的为0.1~1MPa，煤柱10所在煤层的单轴抗压强度在15MPa以上且屈服煤柱承载能力是完整煤柱承载能力的70%以上时，注浆压力取0.5~1MPa，屈服煤柱所在煤层的单轴抗压强度在15MPa以下且屈服煤柱承载能力是完整煤柱承载能力的70%以下时，注浆压力取0.1~0.5MPa，在煤柱钻孔12周围形成浆液与煤柱固结区11，实现钻孔应力计实测出的采动应力与实际采动应力的差距显著缩小，实测精度显著提高；

步骤五：注浆浆液固结后对应力计1施加初始压力，初始压力高于煤体的残余强度且不高于完整煤样单轴抗压强度的50%，煤体强度大且塑化程度小时取大值，煤体强度小且塑化程度大时取小值；

步骤六：监测采动应力数据，监测的数据真实反映实际，可用于分析煤柱的承载状况，为煤柱有效支护和稳定性评估提供关键可靠的科学依据等。

实施例3

所述的采动应力实测位置在实体煤区时提高采动应力实测精度的方法及具体实施步骤，若实测位置在岩体区中对孔内进行注浆，注浆压力优选的为1~10MPa，若岩体单轴抗压强度大于40MPa时，注浆压力取4~10MPa注浆压力取4~10MPa，若岩体单轴抗压强度小于40MPa时取1~4MPa，满足钻孔的破碎区和塑性区的岩体能被注浆固结。

实施例4

所述的实测位置在屈服煤柱区时提高采动应力实测精度的方法及具体实施步骤，若实测位置在屈服岩柱区时对孔内进行注浆，注浆压力为0.2~2MPa，屈服岩柱所在岩层的单轴抗压强度在30MPa以上且屈服岩柱承载能力是完整岩柱承载能力的50%以上时注浆压力取1~2MPa，屈服岩柱所在岩层的单轴抗压强度30MPa以下且屈服岩柱承载能力是完整岩柱承载能力的50%以下时取0.2~1MPa，确保钻孔应力计测试出的采动应力与实际采动应力差距显著缩小。

所述的单轴抗压强度及弹性模量，本发明专利并不仅局限于这两个参数，为了更精准的实测采动应力，配备的注浆材料可以在更多的力学参数上与待测试煤岩体的参数相同或者相近，比如剪切强度、剪切模型、抗拉强度等等，以进一步提高采动应力的实测精度。

本发明的提高采动应力实测精度的方法对于促进矿井安全高效科学生产意义重大，且实现方法简单，操作便捷、十分经济和成功率非常高，具有十分广泛的应用价值。

Claims

1.一种提高采动应力实测精度的方法，适用于实体煤区、岩体区或屈服煤柱区、屈服岩柱区的采动应力测试，其特征在于，先在实验室测试应力计预计安装位置所在层位的煤岩体特性参数，配置具有相同或相近力学特征的注浆材料；在待测采动应力的煤岩体中钻孔并安装钻孔应力计，封孔后对钻孔注入所配置的注浆材料，使得钻孔周边的破碎及塑性围岩重新固结，这样钻孔及周边围岩就具备未开挖应力计钻孔前待实测采动应力位置的煤岩体力学特性，当采动应力发生变化时，注浆后的钻孔围岩能够及时、有效且基本无损的将采动应力传递到钻孔应力计上，显著提高采动应力的实测精度，实现高精度且高灵敏度测量采动应力的增加及降低过程。

2.根据权利要求1所述的一种提高采动应力实测精度的方法，其特征在于，采动应力实测位置在实体煤区时，具体实施步骤为：

步骤三），在待实测位置钻孔并安装钻孔应力计，安装顺序为：先将定距杆和钻孔应力计连接后装入钻孔内，使定距杆的前端位于钻孔孔底，然后安装三通道封孔塞与注浆管；应力计的安装深度n为巷道宽度的3~6倍，实现应力计的安装位置不受或基本不受巷道本身应力分布对采动应力实测的交叉影响；应力计长度a为10~50cm，需要实测某个点位的围岩采动应力时a取10~15cm，需要实测围岩某个范围内的采动应力大致均值时a取15~50cm；定距杆的长度a ₁为钻孔半径的5~10倍，显著减弱钻孔孔底的边缘效应对应力计实测采动应力的影响；应力计与三通道封孔塞的间距a ₂为不低于钻孔半径的5~10倍，且不小于1~2m，实现注浆材料凝固后钻孔应力计的两端均是注浆固结体可实现钻孔应力计两端受力平衡，不受偏载荷影响测试的准确度；同时应力计处于四周注浆围岩包围的三向受力状态，应力计所在的钻孔围岩不易破坏塑化而影响实测的精确度，抗干扰能力强，稳定性高；

步骤四），对围岩钻孔通过注浆管进行注浆，注浆压力为0.5~5MPa，煤体单轴抗压强度在20MPa以上时注浆压力取2~5MPa，煤体单轴抗压强度在20MPa以下时注浆压力取0.5~2MPa，满足钻孔的破碎区和塑性区的煤体能被注浆固结，确保应力计测试出的采动应力是不受钻孔围岩破坏的影响，确保采动应力无损或者基本无损的传递到应力计；

步骤五），注浆浆液最终固结后对应力计施加初始压力，初始压力为应力计所处埋深对应深垂直应力的70%~100%，煤体单轴抗压强度20MPa以上时取90%~100%，煤体单轴抗压强度20MPa以下时取70%~90%；

步骤六），收集采动应力数据，该数据能够用于监测工作面推进方向和工作面侧向的支承压力的形态特征、影响范围，峰值大小及位置；监测的数据真实反映实际，还可用于分析和预防冲击地压事故，实测效率、稳定性及精度均显著提高。

3.根据权利要求2所述的一种提高采动应力实测精度的方法，其特征在于，若实测位置在岩体区对孔内进行注浆，注浆压力为1~10MPa，若岩体单轴抗压强度大于40MPa时，注浆压力取4~10MPa，若岩体单轴抗压强度小于40MPa时取1~4MPa，满足钻孔的破碎区和塑性区的岩体能被注浆固结。

4.根据权利要求2所述的一种提高采动应力实测精度的方法，其特征在于，所述定距杆的一端为弧形低阻力端头，另一端为螺母孔接头，所述的弧形低阻力端头处连接单向双倒刺卡头，弧形低阻力端头与定距杆之间连接弹簧，由弹簧提供张力。

5.根据权利要求2所述的一种提高采动应力实测精度的方法，其特征在于，所述的三通道封孔塞（2）的一端为封孔塞供液管接头2a，与三通道封孔塞供液管2g相连接；三通道封孔塞（2）的内部有封闭的可穿过应力计供压管1g以及注浆管3的应力计供压管通道2b、注浆管通道；当所述的三通道封孔塞（8）供液膨胀后与注浆管（3）以及应力计供压管1g紧密贴合；所述应力计供压管（1g）、注浆管3与三通道封孔塞（2）的接触位置罩有弹力橡胶套（1t）。

6.根据权利要求2所述的一种提高采动应力实测精度的方法，其特征在于，所述应力计的一端设置螺栓接头，用于连接定距杆，另一端连接应力计供压管。

7.根据权利要求2所述的一种提高采动应力实测精度的方法，其特征在于，所述注浆管3的前端设置防反浆塞，防止浆液倒流。

8.根据权利要求1所述的一种提高采动应力实测精度的方法，其特征在于，实测位置在屈服煤柱区时，具体实施步骤为：

步骤三），钻孔并在待实测位置安装钻孔应力计，安装顺序为：先装入单通道封孔塞，再将定距杆和钻孔应力计连接后装入钻孔内，然后安装四通道封孔塞和注浆管；应力计的长度优选的为5~40cm，其中，需要实测某个点位的采动应力时取5~10cm，需要实测某个宽度范围内的采动应力均值时取10~40cm；

应力计与单通道封孔塞和四通道封孔塞的间距h ₀与h为煤柱钻孔半径的5~10倍，这样可避免煤柱钻孔及封孔塞本身对应力计测试造成影响；

步骤六），监测采动应力数据，监测的数据真实反映实际情况，用于分析煤柱的承载状况，为煤柱有效支护和稳定性评估提供关键可靠的科学依据。

9.根据权利要求8所述的一种提高采动应力实测精度的方法，其特征在于，若实测位置在屈服岩柱区时对孔内进行注浆，注浆压力为0.2~2MPa，屈服岩柱所在岩层的单轴抗压强度在30MPa以上且屈服岩柱承载能力是完整岩柱承载能力的50%以上时注浆压力取1~2MPa，屈服岩柱所在岩层的单轴抗压强度30MPa以下且屈服岩柱承载能力是完整岩柱承载能力的50%以下时取0.2~1MPa，确保钻孔应力计测试出的采动应力与实际采动应力差距显著缩小。

10.根据权利要求8所述的一种提高采动应力实测精度的方法，其特征在于，所述的四通道封孔塞的一端为封孔塞供液管接头，与四通道封孔塞供液管相连接；四通道封孔塞的内部有封闭的可穿过应力计供压管、单通道封孔塞供液管、以及注浆管的应力计供压管通道、注浆管通道、封孔塞供液管通道；当所述的四通道封孔塞供液膨胀后与注浆管、单通道封孔塞供液管以及应力计供压管紧密贴合；所述应力计供压管、单通道封孔塞供液管、注浆管与四通道封孔塞的接触位置罩有弹力橡胶套；单通道封孔塞的一端设有单通道注浆塞供液管接头，与单通道封孔塞供液管连接。