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原文传递一种基于岩芯Kaiser效应的地应力测试方法

专利名称：	一种基于岩芯Kaiser效应的地应力测试方法
摘要：	本发明公开一种基于岩芯Kaiser效应的地应力测试方法，包括：在母岩上沿母岩的岩芯轴向、以及沿垂直于母岩岩芯轴向的多个方向钻取多个岩芯试样；对每个岩芯试样进行声发射测试，通过岩芯试样的声发射计数、声发射计数累计、和/或声发射计数速率增量确定岩芯试样上的Kaiser效应点，并确定岩芯试样上的Kaiser效应点的应力；基于所述岩芯试样上的Kaiser效应点的应力，确定母岩的最大水平主应力、最小水平主应力、以及最大水平主应力与标志线的夹角；确定所述最大水平主应力相对于地理北极的方位角。本发明准确有效，提高煤系地层三向主应力大小和方向测试的精度，为矿区开发和巷道布置提供基础的参考数据。
专利类型：	发明专利
申请人：	神华神东煤炭集团有限责任公司
发明人：	吕情绪;赵毅鑫;贺安民;杨东辉;宋桂军;滕腾;张村
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T23:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T10:00:00+0805
申请号：	CN201911336714.9
公开号：	CN110987674A
代理机构：	北京邦信阳专利商标代理有限公司
代理人：	黄泽雄
分类号：	G01N3/32;G01L1/25;G01N33/24;G;G01;G01N;G01L;G01N3;G01L1;G01N33;G01N3/32;G01L1/25;G01N33/24
申请人地址：	719315 陕西省榆林市神木县大柳塔镇神东煤炭集团科技大楼1814室
主权项：	1.一种基于岩芯Kaiser效应的地应力测试方法，其特征在于，包括：在母岩上沿母岩的岩芯轴向、以及沿垂直于母岩岩芯轴向的多个方向钻取多个岩芯试样；对每个岩芯试样进行声发射测试，通过岩芯试样的声发射计数、声发射计数累计、和/或声发射计数速率增量确定岩芯试样上的Kaiser效应点，并确定岩芯试样上的Kaiser效应点的应力；基于所述岩芯试样上的Kaiser效应点的应力，确定母岩的最大水平主应力、最小水平主应力、以及最大水平主应力与标志线的夹角，所述标志线为沿母岩表面预先设定的平行于母岩轴线的直线；确定所述标志线与地理北极的方位角，基于所述标志线与地理北极的方位角，确定所述最大水平主应力相对于地理北极的方位角。 2.根据权利要求1所述的基于岩芯Kaiser效应的地应力测试方法，其特征在于，所述对每个岩芯试样进行声发射测试，通过岩芯试样的声发射计数、声发射计数累计、和/或声发射计数速率增量确定岩芯试样上的Kaiser效应点，并确定岩芯试样上的Kaiser效应点的应力，具体包括：对每个岩芯试样进行连续多个循环的单轴加载试验，并通过声发射监测系统，获取每次单轴加载试验中的声发射计数；确定声发射计数与时间关系曲线、以及应力与时间关系曲线；基于声发射计数与时间关系，确定声发射计数速率增量与时间关系曲线、以及声发射累计计数与时间关系曲线；从所述声发射计数与时间关系曲线、所述声发射计数速率增量与时间关系曲线、以及所述声发射累计计数与时间关系曲线中，确定声发射计数与声发射计数速率增量的共同激增点作为Kaiser效应点；从岩芯试样的应力与时间曲线上确定Kaiser效应点所对应的应力作为岩芯试样上的Kaiser效应点的应力。 3.根据权利要求2所述的基于岩芯Kaiser效应的地应力测试方法，其特征在于，所述从所述声发射计数与时间关系曲线、所述声发射计数速率增量与时间关系曲线、以及所述累计计数与时间关系曲线中，确定声发射计数与声发射计数速率增量的共同激增点作为Kaiser效应点，具体包括：从所述声发射计数与时间关系曲线、所述声发射计数速率增量与时间关系曲线、以及所述累计计数与时间关系曲线中，选择单轴加载试验的第二个循环中，声发射计数与声发射计数速率增量的共同激增点，作为Kaiser效应点。 4.根据权利要求2所述的基于岩芯Kaiser效应的地应力测试方法，其特征在于，所述对每个岩芯试样进行声发射测试，通过岩芯试样的声发射计数、声发射计数累计、和/或声发射计数速率增量确定岩芯试样上的Kaiser效应点，并确定岩芯试样上的Kaiser效应点的应力，具体还包括：如果循环加载存在多个Kaiser效应点或单调加载时Kaiser效应点的表征指标超出预设范围，则：测量任两个相同加载周期的非弹性应变差，确定其中的非弹性应变差突降点；基于声发射计数与时间关系曲线、声发射计数累计与时间关系曲线、和/或声发射计数速率增量与时间关系曲线，确定以所述非弹性应变差突降点为基准的预设范围内的声发射激增点，作为岩芯试样上的Kaiser效应点；从岩芯试样的应力与时间曲线上确定Kaiser效应点所对应的应力作为岩芯试样上的Kaiser效应点的应力。 5.根据权利要求4所述的基于岩芯Kaiser效应的地应力测试方法，其特征在于，所述对每个岩芯试样进行声发射测试，通过岩芯试样的声发射计数、声发射计数累计、和/或声发射计数速率增量确定岩芯试样上的Kaiser效应点，并确定岩芯试样上的Kaiser效应点的应力，具体还包括：在Kaiser效应点的表征指标超出预设范围时，则：在岩芯试样的岩石弹性变形阶段找出声发射计数激增区间；计算声发射计数时间序列的关联分形维数，并绘制分维与时间曲线，确定岩石弹性变形阶段的降维范围，从所述降维范围确定分维突降点；基于岩石弹性变形阶段声发射计数激增点和分维突降点，确定以分维突降点为基准预设范围内的声发射计数激增点，作为岩芯试样上的Kaiser效应点；从岩芯试样的应力与时间曲线上确定Kaiser效应点所对应的应力作为岩芯试样上的Kaiser效应点的应力。 6.根据权利要求2至5任一项所述的基于岩芯Kaiser效应的地应力测试方法，其特征在于，所述对每个岩芯试样进行连续多个循环的单轴加载试验，具体包括：对每个岩芯试样进行连续多个循环的单轴加载试验，其中，首循环σp小于σhmax，之后多次循环σp大于σhmax，小于σe，σp是指循环峰值载荷，σhmax是指先前受到的最大应力，σe是指扩容点应力。 7.根据权利要求1所述的基于岩芯Kaiser效应的地应力测试方法，其特征在于，所述岩芯试样包括：在母岩上沿母岩的岩芯轴向钻取的第一岩芯试样、沿垂直于母岩岩芯轴向的0°方向钻取的第二岩芯试样、沿垂直于母岩岩芯轴向的45°方向钻取的第三岩芯试样，以及沿垂直于母岩岩芯轴向的90°方向钻取的第四岩芯试样，其中自母岩岩芯顶面向底面看，0°、45°和90°在母岩岩芯按逆时针方向排列；所述基于所述岩芯试样上的Kaiser效应点的应力，确定母岩的最大水平主应力、最小水平主应力、以及最大水平主应力与标志线的夹角，具体包括：基于第一岩芯试样上的Kaiser效应点的应力σv、第二岩芯试样上的Kaiser效应点的应力σ0°、第三岩芯试样上的Kaiser效应点的应力σ45°、以及第四岩芯试样上的Kaiser效应点的应力σ90°，确定母岩的最大水平主应力σH、最小水平主应力σh、以及最大水平主应力与标志线的夹角β分别为： 8.根据权利要求7所述的基于岩芯Kaiser效应的地应力测试方法，其特征在于，还包括：基于孔隙压力对所述母岩的最大水平主应力σH、最小水平主应力σh进行修正，修正后的最大水平主应力σH、最小水平主应力σh、以及垂直主应力σv为：其中，ρ(h)为测井密度，h为测井深度，H为测井的最大深度，α为岩层的有效应力系数。 9.根据权利要求1所述的基于岩芯Kaiser效应的地应力测试方法，其特征在于，所述确定所述标志线与地理北极的方位角，基于所述标志线与地理北极的方位角，确定所述最大水平主应力相对于地理北极的方位角，具体包括：沿母岩芯轴向方向钻取加工多块古地磁定向岩芯试样，对每块古地磁岩芯试样进行如下操作：测量古地磁岩芯试样的天然剩磁；对古地磁岩芯试样进行交变退磁或热退磁清洗，在交变退磁仪或热退磁仪上测量每块样品在母岩岩芯样品坐标系下不同温度、不同磁场强度时的磁偏角、磁倾角、以及其磁化强度；统计出多个古地磁定向岩芯试样的天然剩磁的平均磁偏角Da和平均磁倾角Ia；基于天然剩磁的平均磁偏角Da和平均磁倾角Ia，确定母岩岩芯上样品坐标系中天然剩磁相对于标志线的磁偏角为Da；确定母岩的取样地点相对于地理北极的磁偏角D0，则母岩岩芯上的标志线相对于地理北极的方位为D0－Da，最大水平主应力相对于地理北极的方位角为D0－Da－β，其中β为标志线与最大水平主应力方向的夹角。
所属类别：	发明专利