深部软弱围岩流变应力恢复法地应力测试技术

摘要

针对煤矿深部软弱围岩地应力难以测量的技术难题,基于深部围岩在高应力作用下具有强流变性的特点,提出了一种地应力测试新方法——流变应力恢复法地应力测试技术.该方法的提出给予如下假设:在深部巷道软弱围岩中钻孔埋设岩石压力传感器,由于围岩的强流变特性,传感器附近围岩的应力会随时间逐渐恢复,传感器感受到的应力随时间逐渐上升并最终趋于稳定,可以根据传感器的实测应力来分析围岩的初始应力状态和巷道围岩应力分布的演化.该方法的分析原理是:在巷道围岩的钻孔中某一点,在位于两个完全不同轴的直角坐标系oxyz和o'x'y'z'上放置两个三向岩石压力传感器A和B,通过实测可以得出测点处位于oxyz和o'x'y'z'两个坐标系中的六个正应力分量σx,σy,σz和σ'x,σ'y,σ'z,在已知oxyz和o'x'y'z'坐标轴方向余弦的条件下,即可通过应力分析的转轴公式求解得出该测点处位于oxyz和o'x'y'z'两个坐标系中的六个剪应力分量τxy,τyz,τzx和τ'xy,τ'yz,τ'zx,从而确定该测点的应力状态.该方法不需要对岩体的力学性质做出任何假定,也不需要知道被测岩体的本构关系,仅需在测点处放置两个完全不同轴的三向压应力测试传感器,通过应力分析的坐标转换公式求解同一点两个完全不同轴坐标系的六个剪应力分量,从而严密确定一点的应力状态.基于该方法的原理,发明了三向岩石压力传感器、现场测试的孔内推送定位装置和注浆固定材料技术.采用数值模拟和模型试验相结合的方法,研究了三向岩石压力传感器埋入浆体介质后的嵌入效应及其自身的感知性能,建立了三向岩石压力传感器实测应力与浆体介质初始应力状态之间的数学关系.该方法获得中国国家发明专利和澳大利亚国际发明专利.