[发明专利]一种通过单个钻孔测量地应力的装置及测量方法

权利要求书

1.一种通过单个钻孔测量地应力的测量方法，其特征在于，先利用孔内岩心定位拍照装置对处于原岩应力区的未断岩心在钻孔内进行定位拍照，获取岩心在原位上的断面特征点清晰图像，再利用岩心地面重定向装置在地面精确模拟重现钻孔的包括方位角和倾角参数的空间位置；

获得上述空间位置后，通过图形特征点比对还原出岩心在地下原位时的真实空间位置状态，并划出方位标记线，然后按标记线方向进行声发射小试件加工制作，最后通过开展各向岩石试件的声发射信号测试，获取对应Kaiser效应点，并计算出应力值；

所述孔内岩心定位拍照装置包括厚壁铜筒（8），所述厚壁铜筒（8）直径略小于钻孔直径，所述厚壁铜筒（8）前端盖中心孔上安装有无线高清摄像头（9），所述的无线高清摄像头（9）通过插在电脑（6）上的无线信号接收器（7）实现遥控实时视频监控或拍照；所述厚壁铜筒（8）前端盖上还安装有一个卡托（11），所述卡托（11）上放置有透明刻度盘（10），所述透明刻度盘在垂直于0°和180°刻度线位置上有两个水平校准气泡（12），用于微调孔内岩心定位拍照装置的位置；

所述岩心地面重定向装置包括万向支架（14），所述万向支架（14）由上部托板（15）、万向节（16）和紧固螺栓（17）组成，所述上部托板（15）与托管（13）下部外侧紧密连接，所述托管（13）的内径与钻孔直径相等，它以万向节（16）为中心任意旋转调整空间位置，并通过紧固螺栓（17）限制万向节（16）的转动来使其稳定保持在某一位置；所述托管（13）的外侧表面包括倾角仪（19），用于确定倾角；所述托管（13）的下部外表面固定两个对称的吊线锤（18），用于确定方位角；所述万向支架（14）固定于刻度底座（20）的中心点位置上，所述刻度底座（20）上刻绘有360°刻度盘，并标示出东南西北方位；

所述厚壁铜筒（8）后端盖中心处焊有一个安装杆铰链头（5），其与安装杆（4）牢固铰接，安装杆（4）可根据钻孔实际深度无限延长；

所述的无线高清摄像头（9）带有灯光补偿功能，对光线较暗的钻孔底进行清晰拍照；

所述刻度底座（20）为不锈钢厚板。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）利用探矿钻机在巷道壁上施工近水平钻孔，测试并记录钻孔方位角和倾角；

2）当钻出岩心长度小于钻进深度，则判断可能有未断岩心在孔底与围岩体未脱离，未断岩心长度约为钻进深度减去取出岩心长度；

3）将孔内岩心定位拍照装置推向孔底，拍得孔内情况的图像，缓慢推动安装杆使孔内岩心定位拍照装置最前端的透明刻度盘与孔底未断岩心前端刚好接触，转动安装杆，使透明刻度盘的0°刻度竖直向上，拍得未断岩心的断面照片，使断面上的特征点与透明刻度盘上的刻度唯一对应；

4）将孔内岩心定位拍照装置拉出，取出未断岩心；

5）调整岩心地面重定向装置的摆放，使其刻度底盘上的0°刻度线与地理北向重合，并调节使托管的方位角和倾角与钻孔空间位置一致；

6）将孔内岩心定位拍照装置（3）摆放在托管一侧，稍做调整使透明刻度盘的0°刻度竖直向上，固定；将取下的未断岩心穿过与步骤1）钻孔内外径相同的圆管后，固定在另一侧，且未断岩心断面与透明刻度盘（10）刚好接触，转动未断岩心，重现其在钻孔之前的原始空间位置；

7）准确标记出水平线和地理北向线；

8）按要求钻取加工地应力测试小试件；

9）利用材料试验机和声发射仪对加工好的地应力测试小试件进行单轴压缩声发射信号测试，获取岩心在各个方向上的Kaiser效应点，然后利用公式计算出地应力值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，第6）步中，重现未断岩心在钻孔之前的原始空间位置的方法为：使所摄图像与原断面照片上的特征点位置至少需核对不在同一直线上的三个特征点完全一致，重现其在钻孔之前的原始空间位置。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过获取岩心在各个方向上的Kaiser效应点，计算得到应力值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第1）步进行近水平钻孔时，仰角为3-5°。