一种水压致裂测试煤岩体地应力的方法技术

本发明专利技术涉及一种水压致裂测试煤岩体地应力的方法，属于地应力测量技术领域，解决现有地应力测量不便、运输不便、设备过于复杂的问题。方法的步骤包括：选取待测试的岩心的测试段；连接测试装置，并对测试装置进行检漏试验；将测试装置的封隔器送至测试段，连接测试装置的动力源和液压介质；对封隔器加压，使其膨胀，启动压力传感器，开始实时监测压力，记录试验段的初始水压；向测试段泵入高压液体，使测试段压裂；停止泵入高压液体，至测试段压裂产生的裂纹闭合；重复步骤S5和S6至少3次，并记录压力传感器每次测到的测试段压裂时的压力；根据应力关系和裂纹产生时的受力关系，计算地应力。

【技术实现步骤摘要】
一种水压致裂测试煤岩体地应力的方法
本专利技术涉及地应力测量
，尤其涉及一种水压致裂测试煤岩体地应力的方法。
技术介绍
地应力是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，是引起地下工程变形和破坏的根本作用力。地应力测试是工程岩体稳定性分析及工程设计的重要参数，对地下岩体的分析及工程的建设具有极大指导意义。水压致裂测试地应力的方法适合在地下工程的初期勘探阶段应用。由于井下空间狭窄，所以在井下水压致裂测试地应力的主要难点在于仪器设备尺寸、安装及输送方面的问题。传统水压致裂测试地应力的装置一般于地面上测取地应力数值，试验装置沉重，安装配件较多。所以在准备试验时存在运输成本高、安装及操作复杂的问题，并且由于井下环境的特殊性，也有可能存在安全问题。所以，需要提供一种能够适用于井下，运输方便、安装快速、性能稳定的水压致裂测试煤岩体地应力的装置，便捷精准、安全稳定的进行地应力测试。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种水压致裂测试煤岩体地应力的方法，用以解决现有地应力测量不便、运输不便、设备过于复杂的问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：本专利技术技术方案中，一种水压致裂测试煤岩体地应力的方法，方法的步骤包括：S1、选取待测试的岩心的测试段；S2、连接测试装置，并对测试装置进行检漏试验；S3、将测试装置的封隔器送至测试段，连接测试装置的动力源和液压介质；S4、对封隔器加压，使其膨胀，启动压力传感器，开始实时监测压力，记录试验段的初始水压；S5、向测试段泵入高压液体，使测试段压裂；S6、停止泵入高压液体，至测试段压裂产生的裂纹闭合；S7、重复步骤S5和S6至少3次，并记录压力传感器每次测到的测试段压裂时的压力；S8、根据应力关系和裂纹产生时的受力关系，计算地应力。本专利技术技术方案中，方法使用的测试装置包括：风泵、测试系统、数据记录仪、五通阀、封隔器；风泵将高压水泵入五通阀，五通阀通过耐高压管将高压水通入封隔器内，封隔器安装在测试段的钻孔中；五通阀设有压力传感器，压力传感器将水压信号发送给测试系统，测试系统将接受的信号传递给数据记录仪进行储存和显示。本专利技术技术方案中，五通阀上设有压力表，用来显示五通阀内的水压；五通阀与排水管连接，且排水管设有排水阀。本专利技术技术方案中，风泵通过高压风管与高压风源连接，高压风管通过转换接头与高压风源连接；高压风源为风泵的动力源。本专利技术技术方案中，步骤S5中，通过封隔器将试验段泵入高压水，通过压力表判断水压的变化；试验段未压裂时，水压逐渐增大，当试验段压裂时水压下降，此时，通过压力传感器采集并记录破裂压力。本专利技术技术方案中，步骤S6中，停止泵入高压水后，水压逐渐减小，且减小的速度逐渐减慢，最后趋于稳定。本专利技术技术方案中，步骤S7中，当前一次的水压趋于稳定后，开始后一次对试验段的高压水泵入，并记录每一次的破裂压力。本专利技术技术方案中，步骤S7中，当重复次数大于3次时，第四次的破裂压力于第三次的破裂压力相比，如果差值在误差允许范围内，测量结果有效；否则，测量结果无效，直接从步骤S1重新开始测试。本专利技术技术方案中，步骤S8中，数据记录仪输出整个测试过程的水压与时间的曲线。本专利技术技术方案中，步骤S8中，地应力的计算公式为：其中：Pb为初始开裂时的水压，即第一次泵入高压水的破裂压力结果；Pr为再次裂开时的水压，即最后一次泵入高压水的破裂压力结果；Ps为多次开裂后的裂纹闭合的关闭压力，即最后一次停止泵入高压水稳定后的压力；P0为试验段的初始水压；T为岩石抗拉强度；s1为地应力的最大主应力、σ2为地应力的最小主应力；所有变量计算单位均为MPa；通过公式(1-2)、(1-3)计算求解σ1、σ2；通过公式(1-1)、(1-2)计算岩石抗拉强度。采用本专利技术技术方案的有益效果是：1、本专利技术结构简单，连接和操作方便，无需过多的定制设备，安全稳定；2、本专利技术通过水压压裂的方法来测量地应力，测量过程比较科学可靠，测量结果比较准确，而且循环测量的方式能够明显的削减工作量，提高了测试的效率；3、本专利技术的各个部件均方便拆卸，有利于整体设备的搬运和个别部件的更换，可能进行多次的重复使用，明显的降低了成本。本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本专利技术实施例的装置示意图；图2为本专利技术实施例的原理示意图；图3为本专利技术实施例的测量结果数据图。附图标记：1-转换接头；2-高压风管；3-风泵；4-五通阀；5-排水阀；6-测试系统；7-数据记录仪；8-压力表；9-耐高压管；10-封隔器；11-数据线。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理，并非用于限定本专利技术的范围。为了能够使地应力测试设备适用于井下，运输方便、安装快速、性能稳定，而且测量时便捷精准、安全稳定。如图1所示，本专利技术实施例提供了一种水压致裂测试煤岩体地应力的装置，测试装置包括：风泵3、测试系统6、数据记录仪7、五通阀4、封隔器10；风泵3将高压水泵入五通阀4，五通阀4通过耐高压管9将高压水通入封隔器10内，示例性的，耐高压管9可以采用耐高压金属管，封隔器10安装在测试段的钻孔中；五通阀4设有压力传感器，压力传感器将水压信号发送给测试系统6，测试系统6将接受的信号传递给数据记录仪7进行储存和显示；五通阀4与测试系统6之间、测试系统6与数据记录仪7之间，均通过数据线11连接。本专利技术实施例的工作原理为风泵3将水泵入五通阀4，高压水在流入封隔器10，对试验段的孔压裂，压力传感器采集不同时刻下的水压值，并输出图像或曲线，通过特殊时刻的水压值来计算地应力。本专利技术实施例中，五通阀4上设有压力表8，用来显示五通阀4内的水压，虽然数据记录仪7和测试系统6也能够得到水压的变化，但是考虑到程序运算的延迟，压力表8可以直观的观察水压变化，方便实施例的调整是否泵入高压水。由于本专利技术实施例的水压会达到几十倍的大气压，因此为了保证压力表8的安全有效工作，本专利技术实施例采用不锈钢耐震压力表。五通阀4与排水管连接，且排水管设有排水阀5，用来在测试结束后将整个装置内的水排出。本专利技术实施例的关键点在于五通阀4和五通阀4的使用方式：风泵3将高压水泵入五通阀4，五通阀4将高压水引入封隔器10，五通阀4上的压力表8与五通阀4内部连通，排水管与五通阀4连通，五通阀4内的压力传感器与测试系统6电连接。进而形成“五通”的形式。也正是五通阀4的结构，使得本专利技术实施例的各个部件能够很方便的组装或拆卸，便于本专利技术实施例的运输和存放。由于本专利技术实施例通常在巷道内使用，而巷道内存在现成的高压风源，为了简化本专利技术实施例，使用高压风源作为风泵3的动力源，风泵3通过高压风管2与高压风源连接。考虑到不同巷道内采用的高压风源的输出管道的结构可能不同，所以本专利技术实施例中，高压风管2通过转换接头1与高压风本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水压致裂测试煤岩体地应力的方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：S1、选取待测试的岩心的测试段；S2、连接测试装置，并对测试装置进行检漏试验；S3、将测试装置的封隔器(10)送至测试段，连接测试装置的动力源和液压介质；S4、对封隔器(10)加压，使其膨胀，启动压力传感器，开始实时监测压力，记录试验段的初始水压；S5、向测试段泵入高压液体，使测试段压裂；S6、停止泵入高压液体，直到测试段压裂产生的裂纹闭合；S7、重复步骤S5和S6至少3次，并记录压力传感器每次测到的测试段压裂时的压力；S8、根据应力关系和裂纹产生时的受力关系，计算地应力。

【技术特征摘要】
1.一种水压致裂测试煤岩体地应力的方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：S1、选取待测试的岩心的测试段；S2、连接测试装置，并对测试装置进行检漏试验；S3、将测试装置的封隔器(10)送至测试段，连接测试装置的动力源和液压介质；S4、对封隔器(10)加压，使其膨胀，启动压力传感器，开始实时监测压力，记录试验段的初始水压；S5、向测试段泵入高压液体，使测试段压裂；S6、停止泵入高压液体，直到测试段压裂产生的裂纹闭合；S7、重复步骤S5和S6至少3次，并记录压力传感器每次测到的测试段压裂时的压力；S8、根据应力关系和裂纹产生时的受力关系，计算地应力。2.根据权利要求1所述的水压致裂测试煤岩体地应力的方法，其特征在于，所述测试装置还包括：风泵(3)、测试系统(6)、数据记录仪(7)和五通阀(4)；所述风泵(3)将高压水泵入所述五通阀(4)，所述五通阀(4)通过耐高压管(9)将高压水通入封隔器(10)内，所述封隔器(10)安装在测试段的钻孔中；所述五通阀(4)设有压力传感器，所述压力传感器将水压信号发送至所述测试系统(6)，所述测试系统(6)将接受的信号传递给数据记录仪(7)进行储存和显示。3.根据权利要求2所述的水压致裂测试煤岩体地应力的方法，其特征在于，所述五通阀(4)上设有压力表(8)，用来显示所述五通阀(4)内的水压；所述五通阀(4)与排水管连接，且所述排水管设有排水阀(5)。4.根据权利要求2或3所述的水压致裂测试煤岩体地应力的方法，其特征在于，所述风泵(3)通过高压风管(2)与高压风源连接，所述高压风管(2)通过转换接头(1)与高压风源连接；所述高压风源为所述风泵(3)的动力源。5.根据权利要求1-4所述的水...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚强岭，杨朴，闫凯，李学华，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32