[发明专利]基于BWSRM原理的水平孔地应力测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种岩石工程测量技术领域的装置，具体是一种基于BWSRM原理的水平孔地应力测量装置。

背景技术

地壳的应力状态是地壳最重要的性质之一，充分认识和理解地壳应力状态是岩石力学与工程科学中十分重要的问题之一。原位地应力测量是获取地壳应力状态资料最直接、最可靠的手段，与岩石材料的其它性质参数相比，岩石应力是一个很难准确测量的量。多年来，地质学家、地球物理学家和工程技术人员围绕地应力测量这一课题做了大量的研究工作，至今仍然未能得到一个比较满意的结果。就目前在岩石力学与工程中最常用的套芯应力解除法和水力压裂法这两种地应力测量方法而言，前者往往由于要套钻较长的岩芯使其在深孔中使用时易发生断芯问题而导致测量无效，后者所做的某一主应力方向与钻孔轴线方向一致的假定与实际情况可能会有很大误差而使得测试结果的可靠性存在疑问。

经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利《地质钻孔孔壁围岩应变测量装置》（侯明勋,涂光骞,葛修润.发明专利号：ZL200810034564.1.国家知识产权局，2011年04月）中提出了采用BWSRM法如何在垂直深钻孔中进行孔壁围岩应变测量的技术实施途径，所提出的围岩应变测量装置主要由提升机构、密封电缆接头、电子设备仓、多路应变测量仪、计算机控制单元、冷却泵仓、上封隔器、应变测量主工作部、推送机构、内缸套、下封隔器、下设备仓、外缸套等构成，其中：提升机构与外缸套的上端部相连接，密封电缆接头与电子设备仓相连，作为电子设备仓的输出端口，电子设备仓位于提升机构下方，电子设备仓内设置有多路应变测量仪和计算机控制单元，电子设备仓下方设有冷却泵仓，冷却泵仓下方设有上封隔器，上封隔器与外缸套固定连接，下封隔器与外缸套下端部固定连接，应变测量主工作部与内缸套、推送机构装配成一体，并置于上封隔器和下封隔器之间，下设备仓位于外缸套的尾部。该装置主要是用于测定近垂直钻孔孔壁围岩的正应变，无法适用于在地下洞室或矿山巷道近水平孔内的岩体三维地应力测量，其实用性受到一定的限制。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于BWSRM原理的水平孔地应力测量装置，适用于在地下洞室或矿山巷道里近水平孔内用于测量岩体三维地应力。通过将本装置用钻杆推送至水平孔内远离地下洞室或矿山巷道开挖扰动区外的某一钻孔深度的过程中，利用安装在其前端部的摄像头可以观测孔壁的质量状况，再结合水平孔成孔过程中获得的钻探资料来选择符合地应力测量要求的一小段局部孔段，待选定好适合进行应力解除作业的孔壁壁面（工作面）后，将设备支撑固定于水平孔内；然后对工作面进行必要的打磨和干燥处理，用预先设计的应变感应器贴片机构把防水应变感应器粘贴到工作面上，待应变感应器与工作面充分胶结固化后，启动切割机具在贴好应变片的工作面上进行环形切割钻进作业以对孔壁围岩实施应力解除，这样储存于被解除岩样的岩石应力即被释放，由此引起的工作面的应变变化就被粘贴在其上的应变感应器记录了下来。只要在水平钻孔内所选定的这一小段局部孔壁上用此方法测得几个不同部位的正应变值，然后把这些应变测量值组合起来，并根据岩石材料的本构关系即可确定该局部孔段围岩（测量点）的地应力分量，从而也就确定了测量点的初始地应力状态。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：密封电缆接头、应变测量主工作部、多路应变测量仪、测量控制单元和探测部，其中：密封电缆接头与应变测量主工作部的前端相连作为整个装置的动力电缆和通信电缆的输出端口，应变测量主工作部依次与用于记录薄壁金刚石取芯钻头对钻孔孔壁围岩实施环形切割过程中工作面上应变的变化的多路应变测量仪、测量控制单元以及用于在水平钻孔内推进整个设备入孔至工作孔深过程中观测和记录钻孔孔壁的质量状况并为选择实施应力解除的局部孔段提供参考依据的探测部相连并传输检测信息。

所述的多路应变测量仪、测量控制单元以及探测部均设置于电子设备仓内并与设置于水平孔的孔口的主控箱内的主控制模块相连接。

所述的应变测量主工作部包括：含有薄壁金刚石取芯钻头及带键齿钻具套的环形槽切割装置、岩石表面打磨组件、喷涂胶及应变片剥离组件、应变片贴片组件、工作过程状态检测元件、前基座和后基座，其中：带键齿钻具套与薄壁金刚石取芯钻头通过螺纹固定连接，岩石表面打磨组件固定在前基座上，喷涂胶及应变片剥离组件固定于后基座上并位于薄壁金刚石取芯钻头的前上侧，应变片贴片组件设置在由薄壁金刚石取芯钻头及带键齿钻具套所形成的筒体内，工作过程状态检测元件设置在薄壁金刚石取芯钻头的外侧。