用于研究煤矿巷道的逆断层地应力的实验方法技术

本发明专利技术公开了一种用于研究煤矿巷道的逆断层地应力的实验方法，包括以下步骤：S1、煤矿巷道现场钻取岩芯；S2、在实验室中，分别在1‑1、1‑2、2‑1、2‑2钻取的岩芯中钻取所需的岩芯试块；S3、通过MTS试验机结合声发射测试装置，分别将二次钻取的岩芯试块分别进行单轴压缩试验，获得各个试块的Kaiser效应点以及在Kaiser效应点时所对应的正应力；S4、进行声发射地应力的计算，得出主应力的大小；S5、根据Kaiser效应点以及主应力，分析逆断层地应力对于煤矿巷道布设的影响。本发明专利技术的实验方法能够保证得出逆断层地应力数据的精确性，为煤矿巷道的布设提供有效合理的依据。

Experimental method for studying reverse fault ground stress in coal mine laneway

The invention discloses an experimental method for studying reverse fault in-situ stress in coal mine roadways, which includes the following steps: drilling core in S1 and coal mine roadways; S2, drilling core blocks in 1 1, 1 2, 2 1, 2 2 cores in laboratory respectively; S3, drilling core blocks required by MTS test machine combined with acoustic emission test. Device, uniaxial compression tests are carried out on the core blocks drilled twice to obtain Kaiser effect points and corresponding normal stresses at Kaiser effect points; S4, calculation of acoustic emission in-situ stresses to obtain the magnitude of principal stresses; S5, analysis of reverse fault in-situ response according to Kaiser effect points and principal stresses. The influence of force on the layout of coal mine laneway. The experimental method of the invention can ensure the accuracy of the in-situ stress data of the reverse fault, and provide an effective and reasonable basis for the layout of the coal mine roadway.

【技术实现步骤摘要】
用于研究煤矿巷道的逆断层地应力的实验方法
本专利技术涉及一种逆断层地应力测试技术，特别涉及一种用于研究煤矿巷道的逆断层地应力的实验方法。
技术介绍
逆断层是地质构造中断层的一种，为上盘上升，下盘相对下降的断层，主要由水平挤压与重力作用而形成。目前，在煤矿巷道的掘进中，也会遇到逆断层的情况。由于逆断层带附近的应力相对集中和围岩破碎给巷道布设和维护带来巨大的安全隐患，因此急需测试逆断层附近的地应力赋存情况，以便于为煤矿巷道的布设提供有效的依据。目前还没有一套完善实验方法，对逆断层地应力进行相关研究测试。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供了一种用于研究煤矿巷道的逆断层地应力的实验方法，该实验方法能够保证得出逆断层地应力数据的精确性，为煤矿巷道的布设提供有效合理的依据。为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种用于逆断层地应力测试研究的巷道岩芯钻取方法，包括以下步骤：S1、煤矿巷道现场钻取岩芯，现场钻取岩芯的步骤为，1)、确定岩芯的钻取位置：a、根据逆断层所在的位置，将巷道分割成逆断层上盘、逆断层下盘两部分，逆断层的坡面倾斜朝上的一侧为逆断层上盘，逆断层的坡面倾斜向下的一侧为逆断层下盘；b、在逆断层上盘、逆断层下盘的巷道壁上分别标记两个取芯钻孔，其中位于逆断层上盘的两个钻孔标记分别为1-1、1-2，位于所述逆断层下盘的两个钻孔标记分别为2-1、2-2；2)、根据所需的岩芯直径选取合适的取芯钻杆，并将钻机摆放到位；3)、依次在1-1、1-2、2-1、2-2标记处进行岩芯钻取，并分别将各个标记点钻取出的岩芯标记封存，在钻取岩芯时，通过水平定向系统将岩芯进行水平标记；4)、将取芯后的钻孔进行回填处理；S2、在实验室中，分别在1-1、1-2、2-1、2-2钻取的岩芯中钻取所需的岩芯试块；S3、通过MTS试验机结合声发射测试装置，分别将二次钻取的岩芯试块分别进行单轴压缩试验，获得各个试块的Kaiser效应点以及在Kaiser效应点时所对应的正应力；S4、进行声发射地应力的计算，得出主应力的大小；S5、根据Kaiser效应点以及主应力，分析逆断层地应力对于煤矿巷道布设的影响。优选的，在步骤S1中，位于上盘的两个钻孔标记1-1、1-2位于同一水平面上，位于上盘的两个钻孔标记2-1、2-2位于同一水平面上，且钻孔标记1-1、1-2位于靠近巷道顶部的巷道壁上，钻孔标记2-1、2-2位于巷道中部的巷道壁上。优选的，所述钻孔标记1-1、1-2与逆断层之间的距离为5.1m，误差范围±0.8m，钻孔标记2-1、2-2与逆断层的距离为4.5m，误差范围±0.6m。优选的，步骤S1中，在选取取芯钻杆之前，首先根据实验需求，确定所需的岩芯直径，然后再根据岩芯直径的大小，选取合适的取芯钻杆。优选的，岩芯直径的范围值为90mm～137mm。优选的，在步骤S1中，其取芯过程为，a、在钻机的输出端上安装取芯钻杆；b、将钻机摆放在钻孔标记1-1处，使取芯钻杆紧贴钻孔标记1-1处的巷道壁，并保证取芯钻杆的水平仰角为3°～5°，本实施例中，水平仰角为5°，取芯钻杆垂直于巷道的轴线布置；c、启动钻机，在钻孔标记1-1处钻取出3m长的破碎岩芯，然后再将取芯钻杆从该钻孔中抽出，并将该破碎岩芯从取芯钻杆中取出丢弃；d、确定岩芯的三位坐标系：沿3m钻孔的轴向为y方向，垂直于该钻孔的断面为x0z面，向上为z方向，水平向为x方向；e、使用水平定向系统在钻孔内标记出水平方向，即x0y面，然后再从钻孔中拿出水平定向系统；f、将取芯钻杆放入钻孔内，并按标定的水平方向，沿y方向推进取芯钻杆，直至钻取出1m的岩芯，然后再抽出取芯钻杆，取出该岩芯；g、重复e、f的取芯步骤，直至取出总计6块岩芯，并将6块岩芯按照钻取深度，依次标记为1-1a、1-1b、1-1c、1-1d、1-1e、1-1f；h、重复步骤a～g，在每个钻孔标记处分别钻取出6块长度为1m的岩芯，总计24块岩芯，并安装步骤g的标记方法，将各个钻孔标记处的岩芯，分别标记成相应的标记号。优选的，在步骤S2中，通过二次定角度取样装置对岩芯进行钻取。采用上述技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：1、本专利技术的实验方法，在钻取岩芯时，通过水平定向系统对取芯钻杆进行水平标定，保证了取芯钻杆在每次钻取岩芯时都能够保持相同的钻进角度，从而保证了钻取的岩芯两端受到的地应力分布方向保持一致，保证了对于逆断层地应力研究测试的精确性，从而保证了在为煤矿巷道提供布设依据时，降低了巷道的危险系数；2、本专利技术在进行深孔取芯时，在逆断层的上盘、下盘分别钻取两个取芯孔，并分别在每个取芯孔内钻取六段岩芯，方便了在实验室阶段，对岩芯进行二次钻取，同时，避免了同一个岩芯的长度过场，便于运输；3、本专利技术在同一个钻孔标记的取芯孔内钻取六段岩芯时，每次钻取岩芯，都进行一次岩芯水平方向标定，保证了在钻取岩芯时能够沿相同的轴线进行钻取，保证了同一个取芯孔内的六段岩芯的同心度，解决了传统的深孔取芯时无法直接标定岩芯水平方向的困扰；4、本专利技术的实验方法，在煤矿巷道现场只需要钻取岩芯即可，余下少量的测量和计算工作均在实验室内完成，加快了原岩应力测量的工序进行，减少了在地下空间的工作时间，大大减少了测量费用，特别适合大面积多点区域内的原理应力测量，而且比较其它原岩应力的测量方法，成功率明显提高，使得测量工作更易控制和操作。附图说明图1是本专利技术的水平定向系统的水准仪与外壳的装配示意图；图2是本专利技术的水平定向系统的水准仪的结构示意图；图3是本专利技术的水平定向系统的水准仪与水平调节装置、驱动杆的连接示意图；图4是本专利技术的水平定向系统的卡接件的结构示意图；图5是本专利技术的水平定向系统的第一支架的结构示意图；图6是本专利技术的水平定向系统的驱动杆与连接杆的连接示意图；图7是图6的水平定向系统的A-A剖视图；图8是本专利技术的水平定向系统的驱动杆的端面结构示意图；图9是本专利技术的实验流程图；图10是本专利技术的水平标定示意图；图11是本专利技术在计算主应力时的微应力坐标系示意图。具体实施方式下面结合附图，通过对实施例的描述，对本专利技术做进一步说明。本专利技术公开了一种用于研究煤矿巷道的逆断层地应力的实验方法，包括以下步骤：S1、煤矿巷道现场钻取岩芯，现场钻取岩芯的步骤为，1)、确定岩芯的钻取位置：a、根据逆断层所在的位置，将巷道分割成逆断层上盘、逆断层下盘两部分，逆断层的坡面倾斜朝上的一侧为逆断层上盘，逆断层的坡面倾斜向下的一侧为逆断层下盘；b、在逆断层上盘、逆断层下盘的巷道壁上分别标记两个取芯钻孔，其中位于逆断层上盘的两个钻孔标记分别为1-1、1-2，位于所述逆断层下盘的两个钻孔标记分别为2-1、2-2；2)、根据所需的岩芯直径选取合适的取芯钻杆，并将钻机摆放到位；3)、依次在1-1、1-2、2-1、2-2标记处进行岩芯钻取，并分别将各个标记点钻取出的岩芯标记封存，在钻取岩芯时，通过水平定向系统将岩芯进行水平标记；4)、将取芯后的钻孔进行回填处理；S2、在实验室中，分别在1-1、1-2、2-1、2-2钻取的岩芯中钻取所需的岩芯试块；S3、通过MTS试验机结合声发射测试装置，分别将二次钻取的岩芯试块分别进行单轴压缩试验，获得各个试块的Kaiser效应点以及在Kaiser效应点时所对应的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于研究煤矿巷道的逆断层地应力的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、煤矿巷道现场钻取岩芯，现场钻取岩芯的步骤为，1)、确定岩芯的钻取位置：a、根据逆断层所在的位置，将巷道分割成逆断层上盘、逆断层下盘两部分，逆断层的坡面倾斜朝上的一侧为逆断层上盘，逆断层的坡面倾斜向下的一侧为逆断层下盘；b、在逆断层上盘、逆断层下盘的巷道壁上分别标记两个取芯钻孔，其中位于逆断层上盘的两个钻孔标记分别为1‑1、1‑2，位于所述逆断层下盘的两个钻孔标记分别为2‑1、2‑2；2)、根据所需的岩芯直径选取合适的取芯钻杆，并将钻机摆放到位；3)、依次在1‑1、1‑2、2‑1、2‑2标记处进行岩芯钻取，并分别将各个标记点钻取出的岩芯标记封存，在钻取岩芯时，通过水平定向系统将岩芯进行水平标记；4)、将取芯后的钻孔进行回填处理；S2、在实验室中，分别在1‑1、1‑2、2‑1、2‑2钻取的岩芯中钻取所需的岩芯试块；S3、通过MTS试验机结合声发射测试装置，分别将二次钻取的岩芯试块分别进行单轴压缩试验，获得各个岩芯试块的Kaiser效应点以及在Kaiser效应点时所对应的正应力；S4、进行声发射地应力的计算，得出主应力的大小；S5、根据Kaiser效应点以及主应力，分析逆断层地应力对于煤矿巷道布设的影响。...

【技术特征摘要】
1.一种用于研究煤矿巷道的逆断层地应力的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、煤矿巷道现场钻取岩芯，现场钻取岩芯的步骤为，1)、确定岩芯的钻取位置：a、根据逆断层所在的位置，将巷道分割成逆断层上盘、逆断层下盘两部分，逆断层的坡面倾斜朝上的一侧为逆断层上盘，逆断层的坡面倾斜向下的一侧为逆断层下盘；b、在逆断层上盘、逆断层下盘的巷道壁上分别标记两个取芯钻孔，其中位于逆断层上盘的两个钻孔标记分别为1-1、1-2，位于所述逆断层下盘的两个钻孔标记分别为2-1、2-2；2)、根据所需的岩芯直径选取合适的取芯钻杆，并将钻机摆放到位；3)、依次在1-1、1-2、2-1、2-2标记处进行岩芯钻取，并分别将各个标记点钻取出的岩芯标记封存，在钻取岩芯时，通过水平定向系统将岩芯进行水平标记；4)、将取芯后的钻孔进行回填处理；S2、在实验室中，分别在1-1、1-2、2-1、2-2钻取的岩芯中钻取所需的岩芯试块；S3、通过MTS试验机结合声发射测试装置，分别将二次钻取的岩芯试块分别进行单轴压缩试验，获得各个岩芯试块的Kaiser效应点以及在Kaiser效应点时所对应的正应力；S4、进行声发射地应力的计算，得出主应力的大小；S5、根据Kaiser效应点以及主应力，分析逆断层地应力对于煤矿巷道布设的影响。2.根据权利要求1所述的用于研究煤矿巷道的逆断层地应力的实验方法，其特征在于，在步骤S1中，位于上盘的两个钻孔标记1-1、1-2位于同一水平面上，位于上盘的两个钻孔标记2-1、2-2位于同一水平面上，且钻孔标记1-1、1-2位于靠近巷道顶部的巷道壁上，钻孔标记2-1、2-2位于巷道中部的巷道壁上。3.根据权利要求2所述的用于研究煤矿巷道的逆断层地应力的实验方法，其特征在于，所述钻孔标记1-1、1-2与逆断层之间的距离为5.1m，误差范围±0....

【专利技术属性】
技术研发人员：彭瑞，欧阳振华，刘金海，朱建明，刘晓辉，秦洪岩，赵希栋，朱权洁，陈莞阳，王一哲，王柳茜，
申请(专利权)人：华北科技学院，
类型：发明
国别省市：河北,13