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原文传递一种工作面三向采动应力场的无损定量测试方法

专利名称：	一种工作面三向采动应力场的无损定量测试方法
摘要：	本发明公开一种工作面三向采动应力场的无损定量测试方法，其最终得到的工作面前方的三向采动应力场是通过采用弹性波三维CT技术与采动应力场数据处理系统得到的，通过在工作面前方的弹性波三维CT测试区域设置初始地应力测试点，并充分结合采用真三轴加卸载试验与弹性波波速测试试验得到的弹性波波速变化梯度与应力变化梯度的对应关系，实现了工作面前方三向采动应力场的无损、定量测试。本发明所述的工作面三向采动应力场无损定量测试方法，可以实现对工作面前方煤岩体内的三向采动应力场进行定量监测，而且监测结果是连续的采动应力场值，测试方法不需要向工作面煤层内打深部钻孔，实现了无损、定量监测，解决了传统钻孔应力计测试方法只能进行局部单一方向采动应力的定性测试、测试结果离散度高、可靠性差等问题。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	天地科技股份有限公司
发明人：	庞义辉;王国法;任怀伟;马英;王红伟;姜鹏飞;文治国;赵国瑞;杜毅博
专利状态：	有效
申请日期：	2018-10-09T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-27T00:00:00+0800
申请号：	CN201811172517.3
公开号：	CN110174463A
分类号：	G01N29/06(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	100013 北京市朝阳区和平东街青年沟路5号
主权项：	1.一种工作面三向采动应力场的无损定量测试方法，其特征在于，包括：根据工作面煤层的开采厚度、埋深、工作面长度，估算采动应力场的监测高度范围；根据监测高度范围，在采动应力场监测区域的工作面的运输巷道和回风巷道内，每间隔固定距离，采用取芯钻机向煤层上部的顶板岩层、煤层内打测试钻孔；在工作面初始开采位置的前方，采用应力解除法或水压致裂法测试工作面开采区域的初始地应力值；基于煤岩层厚度、岩性的钻探结果及地应力值测试结果，采用数值模拟方法对工作面煤层开挖过程中，煤岩体内的三向采动载荷变化规律进行数值模拟分析，得到可能的煤岩体三向载荷变化规律；以数值模拟得到的煤岩体的三向载荷变化规律为加卸载边界条件，对上述打钻过程中取出的煤样、岩样进行真三轴加卸载试验与弹性波波速变化规律的测试试验，得到三个加载方向的弹性波波速变化梯度与应力变化梯度的对应关系；采用弹性波三维CT技术，测试工作面前方采动应力场监测区域的弹性波在三个方向（x,y,z）的波速变化值；将测试结果导入采动应力场数据处理系统，可以分别得出工作面前方采动应力场监测区域在三个方向的采动应力云图，通过计算三个方向的采动应力的合力，可以获得工作面前方三向采动应力合力的综合云图。 2.根据权利要求1所述的工作面三向采动应力场的无损定量测试方法，其特征在于，所述的初始地应力值的监测点应位于工作面前方未受采动影响的区域内，且该区域还位于首次采动应力场监测区域范围内，一般可布置在工作面初采位置前方100～150m范围内。 3.根据权利要求1所述的工作面三向采动应力场的无损定量测试方法，其特征在于，所述的弹性波波速变化梯度与应力变化梯度的对应关系，一般采用真三轴加卸载试验与弹性波波速测试试验获得煤岩体的应力-波速-应变关系曲线；由于工程现场煤岩体力学性质的不确定性，每种煤岩样至少需要做五组试验，然后将五组试验结果求平均值作为弹性波波速变化梯度与应力变化梯度的对应关系值。 4.根据权利要求1所述的工作面三向采动应力场的无损定量测试方法，其特征在于，所述弹性波三维CT技术包括：以运输巷道为弹性波的发射源，以回风巷道为弹性波的接收点，分别在运输巷道内的横向槽孔、煤层钻孔内自上而下按一定的时间间隔发射弹性波，同时在回风巷道内的所有横向槽孔、煤层钻孔内接收弹性波；将回风巷道作为弹性波的发射源，将运输巷道作为弹性波的接收点，在回风巷道内依次发射弹性波，并在运输巷道内接收弹性波；根据公式，计算每一个发射点发出弹性波后，所有接收点首次接收到该弹性波的时间；式中，为弹性波的第i个传播路径；为测试区内的弹性波慢度；为坐标值为的弹性波速度；根据接收点接收的多组数据，采用最小二乘法(LSQR)或联合迭代重建法(SIRT)将采动应力场监测区域进行三维网格化，并计算得出采动应力场监测区域任意网格点的三向波速变化值。 5.根据权利要求4所述的弹性波三维CT技术，其特征在于，所述弹性波的发射源与弹性波的接收点，均采用计算机程序进行发射时序与接收的自动控制。 6.根据权利要求1所述的工作面三向采动应力场的无损定量测试方法，其特征在于，所述的采动应力场数据处理系统，包括：根据获取的弹性波波速变化梯度与应力变化梯度的对应关系，对采用弹性波三维CT技术获取的三向波速变化值匹配应力变化值；为初始地应力测试点的三向波速变化值匹配应力变化值，并将获得的初始地应力值作为基准值，根据三向波速变化值匹配的应力变化值，反演采动应力场测试区域的三向采动应力值，实现对工作面前方三向采动应力场的无损定量测试；该系统自动将最终获取的工作面前方的三向采动应力值导入绘图软件，自动绘制工作面前方三向采动应力场的变化云图。
所属类别：	发明专利