CN116988786A - 一种地下矿山三维地应力测量方法 - Google Patents

一种地下矿山三维地应力测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地下矿山三维地应力测量方法，包括步骤：S1)确定原岩应力区边界,S2)顶板原岩钻孔取芯，S3)测定水平主应力方向，S4)钻凿监测钻孔，S5)安装地应力测量装置，S6)地应力数据监测与计算，本发明通过卸荷下竖直岩芯圆周上不同直径方向的电阻率差异确定最大水平主应力方向与最小水平主应力方向，借助三维地应力测量装置定向监测实现了原岩岩体中监测点三方向应力大小的准确测定。该方法设备简单，操作方便，测量成本低，适用性较强。

Description

一种地下矿山三维地应力测量方法
技术领域
本发明涉及地应力测试技术领域，尤其涉及一种地下矿山三维地应力测量方法。
背景技术
地应力是指存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，包括地心引力(上覆岩层重力)引起的自重应力和构造运动引起的构造应力两部分。地应力是引起岩体变形和破坏的重要力源之一，是井巷、隧硐等岩土工程设计和施工的重要参考依据。岩体之所以发生变形、破坏、冲击、失稳，其本质原因是地下开采或开挖活动破坏了原岩应力平衡状态，造成局部区域出现高应力集中或瞬态卸荷，继而诱发岩石出现灾变。可见，准确掌握矿山原岩中的地应力大小和分布规律至关重要。然而，地应力的成因非常复杂，迄今为止，对地应力还无法进行较完善的理论计算，只能依靠实际测量来获得岩体中原岩应力状态。实践表明，地下三维主应力中有一个主应力接近垂直方向，即重力引起的垂直应力，大小基本上等于上覆岩层的重量，理论上可以通过上覆各岩层的厚度和容重乘积求和近似获得。此外，研究还发现构造运动引起的构造应力对地应力的大小起决定性作用，而岩体的水平应力分量则主要由构造应力所控制，其大小比垂直应力要大得多，尤其是浅部岩体。一般来说，构造运动往往孕育一些构造类型，如褶皱、断层和节理等，根据构造形迹特征可以近似判别水平主应力的大致方向，但大小无法确定。事实上，矿山工程进行设计和施工前首先需要弄清岩体中的垂直应力、最大水平主应力和最小水平主应力的分布特征，继而为工程布局、支护决策和施工安全提供重要科学依据。
根据国际岩石力学与岩石工程学会建议规范，地应力测试推荐采用应力解除法和水压致裂法。应力解除法首先打钻孔深入到岩体中，在孔壁粘贴足够的应变片，将这些应变片的初始应变调零，随后利用套芯钻头实现套孔岩芯的完全应力解除，使岩芯的变形发生弹性恢复，并测出岩芯管的弹性恢复应变，根据这些弹性恢复应变和岩石弹性常数(围压率定实验测量岩芯筒)计算岩体应力，即工序为“钻大孔—换杆钻小孔并清洗—安装三轴应变计探头—钻大孔套孔解除—解除应变”。显然，该方法对岩体性质和操作工艺要求较高，劳动强度和成本较大。水力压裂法假定主应力之一为垂直应力，测量时先在向岩体中钻凿深部钻孔，用封隔器将上下两端密封起来；然后注入高压液体(水或油)，加压直到孔壁破裂，并记录压力随时间的变化，再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水平应力的大小和方向。该方法存在的缺陷是水力压裂时裂纹扩展受岩体内原生裂隙显著制约，以致压裂过程中液体压力突变时产生水力裂隙的时机难以准确把握，仅对岩体完整性较好的硬岩矿山较适用。此外，还有学者提出室内声发射法测量地应力，然而该法只能测量岩芯在轴向上曾经受到的最大应力大小但难以真实反映实际三维主应力大小和方向。鉴于目前大多数金属非金属矿山生产中缺少地应力数据资料，且施工多以经验为准，导致岩石灾害发生日益增多，低成本、准确便捷地获得矿山地应力大小成为了矿山目前亟待开展的首要工作。因此，发明一种适用性强、测量准确、实施方便且经济合理的地下矿山三维地应力测量方法刻不容缓。
发明内容
本发明提供一种地下矿山三维地应力测量方法以解决上述背景技术中的问题。
本发明提供一种地下矿山三维地应力测量方法，通过在巷道顶板围岩中钻凿一垂直取芯钻孔至原岩应力区并至少取三组原岩岩芯进行电阻率测试，根据电阻率极值原则确定最大、最小水平主应力方向；然后，在监测区域10m范围内巷道两帮上沿最大或最小水平主应力方向钻凿3～5个监测钻孔至原岩应力区，通过在各监测钻孔中定向安装地应力测量装置并进行注浆封堵，待浆液凝固后测定并计算各监测钻孔中测点的垂直应力、最大和最小水平主应力的稳定应力平均值，即为该监测区域的三维地应力大小。
本发明的方案是：
一种地下矿山三维地应力测量方法，包括下列步骤：
S1)确定原岩应力区边界,利用凿岩台车在巷道隅角围岩中打出探测钻孔，采用声波测试仪根据不同裂隙发育程度与受力状态下岩体的声波波速差异测定巷道围岩塑性区、弹性区和原岩应力区范围，确定巷道原岩应力区边界；
S2)顶板原岩钻孔取芯，采用定向取芯钻具对巷道顶板原岩区岩体进行垂直钻孔取芯，岩芯钻孔深度在原岩应力区边界以外，获得3组以上长度≥10cm、直径≥50mm的原岩岩芯，并标记各组原岩岩芯的初始方位；
S3)测定水平主应力方向，将原岩岩芯加工制备成3组相同的高50～100mm的岩芯试样并进行烘干处理，然后将其放置在回转台上借助电阻率测量仪旋转测量岩芯直径与圆周两交点间的电阻率；基于不同卸荷应力下岩芯试样内部产生裂隙数量不同的现象，获得岩芯圆周上电阻率最大的测量方向与最小的测量方向，即为最小水平主应力的方向与最大水平主应力方向；
S4)钻凿监测钻孔，利用凿岩台车在监测区域10m范围内的巷道中朝两帮原岩应力区内钻凿3～5个同时平行于最大水平主应力方向或最小水平主应力方向的水平监测钻孔，监测钻孔施工完成后采用风动工具及时进行清孔；
S5)安装地应力测量装置，现场组装地应力测量装置各部件并根据垂直应力，最大水平主应力、最小水平主应力朝向将地应力测量装置定向安装在各个监测钻孔内，安装完成后及时进行注浆封堵并记录初始数据；
S6)地应力数据监测与计算，待监测钻孔中的浆液凝固后，定期采集各监测钻孔中的垂直应力、最大水平主应力与最小水平主应力数据；待所有监测点应力数据趋于稳定后，计算各监测点的平均垂直应力、最大水平主应力与最小水平主应力，即为该监测区域的三维地应力。
作为优选的技术方案，所述探测钻孔需深入到巷道原岩应力区，所述探测钻孔深度20～40m，孔径40～90mm。
作为优选的技术方案，所述监测钻孔沿最大水平主应力方向或者最小水平主应力方向在巷道边帮中布置，监测钻孔深度在巷道原岩应力区边界外3～5m处以外，孔径40～90mm。
作为优选的技术方案，所述地应力测量装置包括振弦式三维地应力传感器、金属套管、电缆线、航空插头和数据采集器；振弦式三维地应力传感器可监测孔底测点岩体在X、Y、Z三个方向上的振动频率，应力按照下式1进行转换，各方向最大转换应力量程为50MPa，测量精度0.01MPa；金属套管用以定向安装三维地应力传感器，在钻孔中全长布置，直径30～40mm，每节1.5m，通过螺纹相互连接；电缆线三根一起布置在金属套管中，一端与传感器相连，另一端通过航空插头与数据采集器相连，用以传输振动频率数；式1：
式中，σn为X、Y或Z方向上的应力，A与B为该方向上的传感器常数，即出厂设定，f与f0分别表示传感器该方向上的实时频率与安装初始频率。
作为优选的技术方案，所述监测钻孔中地应力测量装置安装后的注浆方式为水泥注浆或化学注浆其中一种，注浆压力≤2MPa，确保钻孔围岩既不发生破裂又保证地应力监测装置与围岩充分耦合。
作为优选的技术方案，所述回转台包括底座、升降柱、控制旋钮、连接板、轴承与锥头；所述锥头内嵌在所述轴承中成为一体组件，其中一个组件与所述底座顶部焊接，另一个组件与所述连接板的一端焊接，两个组件上下对称设置，所述连接板的另一端与升降柱的顶部焊接，所述升降柱的底部与所述底座连接，所述升降柱上设有控制旋钮，通过控制旋钮调节升降柱的高度，从而调节两个相对锥头之间的距离，以匹配夹持不同高度的岩芯试样；将岩芯试样放置于上下相对的两锥头之间，能够调节岩芯试样沿圆周方向上的自由旋转，为电阻率测量仪测量岩芯试样在不同直径方向上的电阻率提供了前提条件，旋转角度可由轴承上的角度刻度线读取。
由于采用了上述技术方案一种地下矿山三维地应力测量方法，包括下列步骤：S1)确定原岩应力区边界,利用凿岩台车在巷道隅角围岩中打出探测钻孔，采用声波测试仪根据不同裂隙发育程度与受力状态下岩体的声波波速差异测定巷道围岩塑性区、弹性区和原岩应力区范围，确定巷道原岩应力区边界；S2)顶板原岩钻孔取芯，采用定向取芯钻具对巷道顶板原岩区岩体进行垂直钻孔取芯，岩芯钻孔深度在原岩应力区边界以外，获得3组以上长度≥10cm、直径≥50mm的原岩岩芯，并标记各组原岩岩芯的初始方位；S3)测定水平主应力方向，将原岩岩芯加工制备成3组相同的高50～100mm的岩芯试样并进行烘干处理，然后将其放置在回转台上借助电阻率测量仪旋转测量岩芯直径与圆周两交点间的电阻率；基于不同卸荷应力下岩芯试样内部产生裂隙数量不同的现象，获得岩芯圆周上电阻率最大的测量方向与最小的测量方向，即为最小水平主应力的方向与最大水平主应力方向；S4)钻凿监测钻孔，利用凿岩台车在监测区域10m范围内的巷道中朝两帮原岩应力区内钻凿3～5个同时平行于最大水平主应力方向或最小水平主应力方向的水平监测钻孔，监测钻孔施工完成后采用风动工具及时进行清孔；S5)安装地应力测量装置，现场组装地应力测量装置各部件并根据垂直应力，最大水平主应力、最小水平主应力朝向将地应力测量装置定向安装在各个监测钻孔内，安装完成后及时进行注浆封堵并记录初始数据；S6)地应力数据监测与计算，待监测钻孔中的浆液凝固后，定期采集各监测钻孔中的垂直应力、最大水平主应力与最小水平主应力数据；待所有监测点应力数据趋于稳定后，计算各监测点的平均垂直应力、最大水平主应力与最小水平主应力，即为该监测区域的三维地应力。
本发明的优点：
(1)设备简单，操作方便：
该方法通过室内原岩岩芯电阻率测定实验确定最大和最小水平主应力的方向，随后仅需利用矿山现有的钻探设备在巷道原岩应力区中钻凿钻孔并埋设一个三维地应力传感器即可实时获得监测点的三个应力分量，所需测量的设备和工序简单，操作技术要求低且不影响矿井正常生产，在各类矿山均具有较强的适用性。
(2)测量准确，经济低廉：
该地应力测试方法所需设备少，且消耗材料仅为成本低廉的三维应力传感器，所以地应力测量整体成本较低。另外，三维地应力传感器精度为1.0％FS，测量精度达0.01MPa，测量结果较准确。
附图说明
图1为本发明工程布置与设备结构A-A剖面图；
图2为本发明工程布置与设备结构B-B剖面图；
图3为地应力测量装置安装示意图；
图4为原岩岩芯电阻率测试示意图；
图中：1-巷道，2-塑性区，3-弹性区，4-原岩应力区，5-探测钻孔，6-取芯钻孔，7-原岩岩芯，8-监测钻孔，9-地应力测试装置，901-三维地应力传感器，902-金属套管，903-电缆线，904-航空插头，905-数据采集器，10-浆液，11-回转台，1101-底座，1102-升降柱，1103-控制旋钮，1104-连接版，1105-轴承，1106-锥头，12-电阻率测试仪。
具体实施方式
本发明提供了一种地下矿山三维地应力测量方法。
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例
如图1、图2、图3和图4所示；巷道1开挖以后，根据巷道1围岩受力和变形特征沿其径向方向可将周边岩体依次划分为塑性区2、弹性区3和原岩应力区4。
测定地下矿山三维地应力，将监测点置于原岩应力区4中，因而在巷道1隅角位置(对应原岩应力区边界最远)朝周边岩体钻一孔深20～40m、孔径40～90mm的探测钻孔5，并采用声波测试仪自孔底向孔口连续测量钻孔各段岩体的纵波声速。
由于岩体的波速和裂隙发育程度及应力环境有关(裂隙越发育，波速越低；应力越大，波速越高)，显然巷道1围岩塑性区2、弹性区3和原岩应力区4内岩体的波速存在“低-高-低”的特征，由此可确定原岩应力区4的边界。巷道周边同一岩性的岩体的波速和岩体完整性及所受的应力大小有关(裂隙越发育，波速越低；应力越大，波速越高)，巷道围岩由近及远可分为塑性区(开挖引起的新生的节理裂隙较发育，且处于卸荷应力区)、弹性区(开挖未引起新生节理裂隙产生，但所受的次生应力大于原岩应力)和原岩应力区(未受开挖扰动影响)。
然后，在巷道1中采用定向取芯机具朝顶板施工一垂直的取芯钻孔6至原岩应力区4中并对顶部原岩进行取芯，原岩岩芯7的数量不少于3组，各组岩芯7长度不低于10cm、孔径不低于50mm；同时，记录下各组原岩岩芯7的初始方位。将原岩岩芯7运至室内加工制作成同等高度在50～100mm之间的岩芯试样，经过烘干(烘箱温度108℃、时间24h)后放置在回转台11上采用电阻率测试仪12旋转测定不同直径方向上圆周两点间的电阻率大小。事实上，原岩应力下原岩岩芯7的钻取是一个应力解除过程，由岩石力学理论可知，卸荷作用下岩芯试样内部会出现垂直于最大应力方向的微小张裂隙且裂隙数量和卸荷幅度有关，而岩体电阻率和裂隙分布数量成反比。显然，最大和最小主应力方向为最小和最大电阻率处对应的岩芯试样的直径方向。基于最大或最小水平主应力方向，在巷道1朝两帮原岩应力区4边界3～5m外的岩体中钻凿3～5个孔径40～90mm的水平监测钻孔8并进行压风吹孔清洗。之后将振弦式三维地应力传感器901、金属套管902、电缆线903、航空插头904和数据采集器905进行连接组装形成地应力测量装置9；随后将其定向安装在水平监测钻孔8中并进行注浆封堵，与钻孔围岩充分耦合。三维地应力传感器901用以监测孔底监测点三方向上的垂直应力和最大、最小水平主应力大小，量程50MPa，分辨率0.01MPa；安装过程中由多节接长的每节1.5m、直径30～40mm的金属套管902(孔内全长布置)定向送入监测钻孔8孔底，电缆线903穿过金属套管902可将三维地应力传感器901监测的岩体振动频率经航空插头904传输到钻孔外的数据采集器905中，安装完成后及时灌入浆液10进行封堵。根据注浆(水泥或化学注浆，注浆压力低于2MPa)后三维地应力传感器901的初始频率和最终稳定频率，按照公式(1)可获得监测点的三维地应力。通过计算监测区域附近多个监测点的加权平均值可得监测区域的三维地应力大小。
岩芯试样电阻率测试主要借助自制的回转台11和电阻率测试仪12。回转台11包括底座1101、升降柱1102，控制旋钮1103、连接板1104、轴承1105和锥头1106。锥头1106内嵌在轴承1105中组合为一体组件以成对方式出现且可以沿圆周自由旋转，一对焊接在底座1101上，另一对焊接在连接板1104端头上与之对称分布，连接板1104另一端和升降柱1102顶部相连，升降柱1102底部焊接在底座1101上，升降柱1102上还安装一个控制旋钮1103，用以控制升降柱1102的高度以调整两锥头1106之间的距离来匹配夹持不同高度的岩芯试样。
另外，轴承1105上刻有角度刻度线，可以记录带初始方位标记的岩芯试样进行电阻率测定时旋转的角度。电阻率测试仪12将探针对准岩芯试样并随着其圆周旋转可测量任意直径方向上圆周两点的电阻率。
下面结合一实验例说明本发明的步骤：
某磷矿设计产能200万吨/年，矿山基岩岩性主要为白云岩、砂岩、页岩和泥岩等，矿层岩性为磷块岩。巷道工程主要位于寒武系下统中谊村组和渔户村组上部(∈1z+∈1y)碳酸盐岩岩溶裂隙含水层中，巷道埋深240m，断面尺寸净宽4.5m、墙高2.0、拱高1.5m，围岩岩性主要为白云岩和磷块岩，巷道施工时发现围岩时常发生冒顶现象，亟需掌握矿山地应力大小，为巷道工程施工和采矿设计提供科学依据。本发明方法进行矿山三维地应力测量的步骤如下：
(S1)确定原岩应力区边界：利用DL-4型凿岩台车在运输巷道1(方位NE90°)的45°隅角围岩中钻凿一深30m、孔径60mm的探测钻孔5，采用CT2矿用超声波围岩裂隙探测仪测定探测钻孔5围岩纵波波速，测出巷道1围岩塑性区2、弹性区3的宽度分别为3.2m和10.3m，即巷道1原岩应力区4的最远边界为巷道外13.5m。
(S2)顶板原岩钻孔取芯：采用XYD-200定向取芯钻具对巷道顶板原岩应力区4岩体进行垂直钻孔取芯，取芯钻孔6深度18m、孔径60mm，获得3组长度12cm左右的原岩岩芯7并标记各组岩芯7的初始方位；
(S3)测定水平主应力方向：将原岩岩芯7加工制备成3组相同的高75mm的岩芯试样11并进行烘干处理消除水分影响，然后将其放置在自制的回转台12上借助SLTZ电阻率测量仪13旋转测量岩芯试样11直径与圆周两交点间的电阻率。测出了岩芯圆周上电阻率最大和最小的直径方向，即NE0°和NE90°，分别对应最小和最大水平主应力的方位；
1、本发明拟获得的是垂直应力，最大水平主应力和最小水平主应力的大小和方向(默认x/y/z三维坐标系的z是竖直，x和y在水平面上)。
2、垂直应力是由重力引起，水平面上的最大水平主应力和最小水平主应力方向的朝向确定之后，根据方向钻孔并埋设一个三维应力计，使三维应力计内置的三个感应元件对准三个方向很容易确定垂直应力，最大水平主应力和最小水平主应力的大小。这样地应力的大小即可确定。
3、垂直应力是竖直的，最大和最小水平主应力方向(已知是水平的，但具体朝向不清)确定方法如下：
采用定向钻朝巷道顶板深部岩体中钻一垂直钻孔并取芯，原岩应力区的岩芯被取出，相当于卸荷过程。卸荷作用下岩芯会产生于垂直于受力方向的微裂隙，数量和卸荷程度有关。也就是说，垂直于最大水平主应力方向上产生的卸荷裂隙最多，而垂直于最小水平主应力方向上的卸荷裂隙最少。岩芯烘干后通过旋转进行不同直径方向上电阻率测量，显然裂隙最发育方向上的电阻率最小，裂隙不发育方向上的电阻率最大。因此，通过不同直径方向上岩芯的电阻率测试即可确定最大和最小水平主应力的方向。
(S4)钻凿监测钻孔：利用DL-4型凿岩台车在监测区域巷道1朝两帮原岩应力区内各钻凿2个NE0°深18m、孔径60mm的水平监测钻孔8，孔间距5m，监测钻孔8施工完成后采用风动工具及时进行清孔；
(S5)安装地应力测量装置：现场组装地应力测量装置9各部件并将量程为50MPa、精度0.01MPa的三维地应力传感器901的X、Y和Z三个方向分别对准竖直方向、NE90°和NE0°，通过12节接长的单节长1.5m、孔径40mm的金属套管902将三维地应力传感器901定向安装在监测钻孔8孔底，连接三维地应力传感器901的电缆线903经金属套管901内穿过并引到孔外通过航空插头904与可实时监测监测点的振动频率的数据采集器905相连。安装完成后及时采用水泥单液浆(P.O42.5水泥，水灰质量比1:1，注浆压力1.0MPa)进行注浆封堵并记录三维地应力传感器901三方向上的初始振动频率数据；
(S6)地应力数据监测和计算：待监测钻孔8中的浆液10凝固后，定期采集4组监测钻孔8中的垂直应力，最大、最小水平主应力的频率数据并按照公式(1)进行应力换算。在现场持续监测3个月后发现4组三维应力传感器901的数据趋于稳定，根据初始频率数据由此计算该监测区域内4个监测点的平均垂直应力和最大、最小水平主应力分别为6.4MPa、14.8MPa和3.7MPa。要获得矿山地应力分布规律，重复(S1)～(S6)对5～6处不同埋深的监测区域进行测量通过数据分析即可获得。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种地下矿山三维地应力测量方法，其特征在于，包括下列步骤：
S1)确定原岩应力区边界,利用凿岩台车在巷道隅角围岩中打出探测钻孔，采用声波测试仪根据不同裂隙发育程度与受力状态下岩体的声波波速差异测定巷道围岩塑性区、弹性区和原岩应力区范围，确定巷道原岩应力区边界；
S2)顶板原岩钻孔取芯，采用定向取芯钻具对巷道顶板原岩区岩体进行垂直钻孔取芯，岩芯钻孔深度在原岩应力区边界以外，获得3组以上长度≥10cm、直径≥50mm的原岩岩芯，并标记各组原岩岩芯的初始方位；
S3)测定水平主应力方向，将原岩岩芯加工制备成3组相同的高50～100mm的岩芯试样并进行烘干处理，然后将其放置在回转台上借助电阻率测量仪旋转测量岩芯直径与圆周两交点间的电阻率；基于不同卸荷应力下岩芯试样内部产生裂隙数量不同的现象，获得岩芯圆周上电阻率最大的测量方向与最小的测量方向，即为最小水平主应力的方向与最大水平主应力方向；
S4)钻凿监测钻孔，利用凿岩台车在监测区域10m范围内的巷道中朝两帮原岩应力区内钻凿3～5个同时平行于最大水平主应力方向或最小水平主应力方向的水平监测钻孔，监测钻孔施工完成后采用风动工具及时进行清孔；
S5)安装地应力测量装置，现场组装地应力测量装置各部件并根据垂直应力，最大水平主应力、最小水平主应力朝向将地应力测量装置定向安装在各个监测钻孔内，安装完成后及时进行注浆封堵并记录初始数据；
S6)地应力数据监测与计算，待监测钻孔中的浆液凝固后，定期采集各监测钻孔中的垂直应力、最大水平主应力与最小水平主应力数据；待所有监测点应力数据趋于稳定后，计算各监测点的平均垂直应力、最大水平主应力与最小水平主应力，即为该监测区域的三维地应力。
2.如权利要求1所述一种地下矿山三维地应力测量方法，其特征在于：所述探测钻孔需深入到巷道原岩应力区，所述探测钻孔深度20～40m，孔径40～90mm。
3.如权利要求1所述一种地下矿山三维地应力测量方法，其特征在于：所述监测钻孔沿最大水平主应力方向或者最小水平主应力方向在巷道边帮中布置，监测钻孔深度在巷道原岩应力区边界外3～5m处以外，孔径40～90mm。
4.如权利要求1所述一种地下矿山三维地应力测量方法，其特征在于：所述地应力测量装置包括振弦式三维地应力传感器、金属套管、电缆线、航空插头和数据采集器；振弦式三维地应力传感器可监测孔底测点岩体在X、Y、Z三个方向上的振动频率，应力按照下式1进行转换，各方向最大转换应力量程为50MPa，测量精度0.01MPa；金属套管用以定向安装三维地应力传感器，在钻孔中全长布置，直径30～40mm，每节1.5m，通过螺纹相互连接；电缆线三根一起布置在金属套管中，一端与传感器相连，另一端通过航空插头与数据采集器相连，用以传输振动频率数；式1：
σn＝A(f2-f0 2)-B(f2-f0 2)
式中，σn为X、Y或Z方向上的应力，A与B为该方向上的传感器常数，即出厂设定，f与f0分别表示传感器该方向上的实时频率与安装初始频率。
5.如权利要求1所述一种地下矿山三维地应力测量方法，其特征在于：所述监测钻孔中地应力测量装置安装后的注浆方式为水泥注浆或化学注浆其中一种，注浆压力≤2MPa，确保钻孔围岩既不发生破裂又保证地应力监测装置与围岩充分耦合。
6.如权利要求1所述一种地下矿山三维地应力测量方法，其特征在于：所述回转台包括底座、升降柱、控制旋钮、连接板、轴承与锥头；所述锥头内嵌在所述轴承中成为一体组件，其中一个组件与所述底座顶部焊接，另一个组件与所述连接板的一端焊接，两个组件上下对称设置，所述连接板的另一端与升降柱的顶部焊接，所述升降柱的底部与所述底座连接，所述升降柱上设有控制旋钮，通过控制旋钮调节升降柱的高度，从而调节两个相对锥头之间的距离，以匹配夹持不同高度的岩芯试样；将岩芯试样放置于上下相对的两锥头之间，能够调节岩芯试样沿圆周方向上的自由旋转，为电阻率测量仪测量岩芯试样在不同直径方向上的电阻率提供了前提条件，旋转角度可由轴承上的角度刻度线读取。
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CN117688854A (zh) * 2024-02-04 2024-03-12 煤炭科学研究总院有限公司 基于单孔六分量式监测设备的三维应力场生成方法和装置

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