专利名称：基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试方法
技术领域：
本发明属于地质能源、矿产及岩土工程勘察技术领域，更具体的说涉及一种基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试方法。
背景技术：
地应力是指地下煤岩层受到的应力，主要包括由上覆岩层自重引起的自重应力和由地质构造作用引起的构造应力。自重应力ον = Y Z, Y为上覆煤岩层比重,Z为垂直深度。在煤炭等资源井下开采过程中，开采活动破坏了煤岩原始应力平衡状态，引起采动空间周围的应力重新分布。因此，采掘空间周围煤岩体的应力也包括采动应力。在采场和回采巷道周围，由于围岩应力的作用促使围岩发生变形、移动和破坏，可能出现顶板冒落与来压、顶底板移近、支架受载下缩、折损等矿压现象，也可能出现煤与瓦斯突出、突水、冲击地压等动力现象。地应力大小是煤矿开采、支护及顶板控制(含冲击矿压)、煤与瓦斯突出等灾害预防的基础参数，测试及评估煤岩体应力是矿压观测的主要内容，是解决受采动影响的巷道矿压控制、开采程序设计、巷道位置合理选择与维护、冲击地压和煤与瓦斯突出预测和防治、承压水上煤体安全开采等重大技术问题的决策依据。地应力测试是一项非常复杂的工程。目前，工程中检测应力的传感器种类繁多，适用范围较广，但真正适合煤矿井下生产条件，在构造作用区或受采动影响区可以实时监测煤岩体应力及其变化的测试装置及测试方法却较少。随着我国西部 交通基础设施特别是高等级公路建设的不断发展，穿越高地应力区的软岩隧道也越来越多。高地应力软岩隧道围压不仅变形大，而且力学性质具有高度的非线性。目前，常规的施工工法很难适应软岩隧道大变形的要求，施工过程中很容易出现衬砌的开裂和破坏，需要不断的修复施工，这不仅严重的影响施工进度，增加施工成本，而且给施工造成了安全隐患，隧道的施工质量也难以保证。因此急需发明一种成本相对较低，易于操作和控制，并适用于高地应力软岩隧道的卸压施工工法。煤与瓦斯突出事故是指煤矿开采过程中，煤体在地应力和瓦斯共同作用下，破碎的煤和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常的动力现象，表现为几吨至数千吨甚至达万吨以上的破碎的煤岩在数秒至几十秒时间内，由煤岩体向采掘空间抛出，同时伴有大量瓦斯涌出，危害较为严重。煤与瓦斯突出是煤矿井下最严重的动力灾害，其发生与地应力、瓦斯压力和煤岩物理力学性质密切相关。煤与瓦斯突出属于地质灾害，长期以来，由于无法直接观察到煤与瓦斯突出的破坏过程，也就无法预测和预防，因此，由于煤与瓦斯突出造成的事故也比较频
夢
ο模拟煤与瓦斯突出试验可以为研究、预测和预防煤与瓦斯突出提供理论依据，煤与瓦斯突出是由于地应力与瓦斯压力的共同作用下的结果，而现有技术中，模拟地应力的试验装置均存在无法均匀受力和煤样体积小的缺点，无法真实的模拟地应力对煤与瓦斯突出的作用。因此，需要一种模拟地应力的实验装置，能够真实的模拟地应力对煤层的作用，适用于体积较大的煤样，为煤与瓦斯突出的预测和预防提供理论依据。目前地质力学模型试验有利于在复杂的试验过程中突出主要矛盾，便于把握、发现现象的内在联系。在国外，以弗曼格林为首的专家在意大利结构模型试验所开创了工程地质力学模型试验技术。随后，美国、德国、法国、英国和日本等国也开展了大量模型试验研究。在国内，清华大学、总参工程兵科研三所、武汉大学、山东大学等众多科研院所，先后对国内许多大型工程项目进行了地质地应力勘察测试研究，并取得一大批研究成果。(I)《武汉水力电力大学学报》1992年第5期介绍了武汉水力电力大学一种平面应力试验装置及加载系统，其试验装置是净空为150cm X 140cm封闭平面刚性加力架，力口载系统由压力盒，气压泵、管路、压力表组成，试验时由气泵控制压力逐级加载或卸载。该系统为平面加载，无法实现三维加载。(2)《岩石力学与工程学报》2004年第3期介绍了一种岩土工程多功能模拟实验装置，该装置主体加载支承结构是由上、下盖板、三角形分配块和3套互相垂直正交的拉杆系统组成。试验时模型平放在上、下盖板之间，在模型相对两边分别施加垂直和水平地应力。该系统加载试件尺寸较小且无法实现高压加载。(3)《水利学报》2002第5期介绍了清华大学一种离散化三维多主应力面加载试验系统，试验装置主要由垂直立柱、封闭式钢结构环梁、支撑钢架组成，加载系统主要由高压气囊、反推力板、限位千斤顶和空气压缩机组成。其试验架尺寸较大，并实现了按主应力方向进行加载，但试验架侧向挠度变形大，加载系统无法实现高压加载。(4)《岩石力学与工程学报》2004年第22期介绍了总参工程兵科研三所一种YD-A型岩土工程多功能模拟试验装置 。该装置为平面模型试验台，模型尺寸为160 cmX140cmX 40 cm,具有双向旋转功能,但该试验台无法实现改变模型尺寸和三维模拟。(5)《岩石力学与工程学报》2005年第16期介绍了一种三轴软岩非线性力学试验系统，该系统能进行三轴拉压、拉剪等多种组合试验和对不同加卸载过程进行模拟，系统最大压力450kN,最大拉力75kN,试件最大尺寸为450mmX 150mmX 150mm。该系统模型试件尺寸较小，同时无法模拟高压加载过程。(6)《地下空间》2004第4期介绍了重庆交通科研设计院一种公路隧道结构与围岩综合实验系统，该系统基于“先加载、后挖洞”的原理，采用液压千斤顶在模型试件外部加载以模拟上覆岩土层自重应力，用内置千斤顶及位移计模拟开挖体应力响应及位移变化。该系统无法模拟深部洞室高压加载。(7)《土木工程学报》2005年第12期，以及申请号为200510045291. 7的中国发明介绍了山东大学一种新型岩土地质力学模型试验系统，该系统主要由盒式台架装置、带扁千斤顶的变荷加载板、液压加载控制试验台组成。该系统具有规模大、组装灵活、尺寸可调、能进行同步非均匀加载的优点，但系统只能进行平面加载且加载荷载值有限，无法模拟深部洞室高压加载过程。(8)《岩石力学与工程学报》2008年第I期介绍了一种伺服控制高温高压岩体三轴试验机，该试验机可进行高温高压条件下的岩石假三轴试验，试样尺寸为Φ200πιπι X400mm。该试验机主要用于高温条件下的加载，虽然加载压力较高，但无法模拟岩体试件的真三轴加载，且试样尺寸较小。(9)山东大学专利200820023048. 4公布了一种高压加载结构模型试验系统，该装置采用六面加载，最大模型尺寸IOOOmmX IOOOmmX 1000mm，可模拟比例尺为1:100，开挖洞
室尺寸较小，不能开展大比例尺的模型试验。(10)山东大学专利200810138978. 9介绍了一种高地应力准三维可视化模型试验台架装置，包括反力墙装置，侧向外围设有门式反力框架，在门式反力框架和模型体之间设有液压加载装置，反力墙装置上洞室所在位置周围设有若干观察窗。但该装置系统反力装置结构简单，前后反力墙拉杆穿过模型体，影响模型内部应力场和实验精度。刚性加载不利于模型表面应力加载精度。空间不可调，只能做平面模型试验，不能做三维模型试验。(11)山东大学专利200810138981. O介绍了一种带滑动墙的自平衡式真三维加载模型试验台架，但该装置模型制作繁琐，操作复杂，模型体表面距装置外部较远，不方便开挖观测；尺寸不可调整，只能做平面模型试验。(12)山东大学专利2008100 16641. O介绍了一种高地应力真三维加载模型试验系统；包括智能液压控制系统、高压加载系统和反力装置系统，高压加载系统设置于反力装置系统六个面内为模型体六个侧面加载。该装置结构简单，不能自由组装；液压加载系统不是数字智能控制，采用千斤顶加载，不是双向油缸；模型表面距装置外部较远，不方便开挖观测。随着煤矿采深的不断延伸和开采范围的不断扩大，地应力随之增大，地质异常体也逐渐增多,水压逐渐升高,水文地质条件变得愈来愈复杂,突水威胁愈加严重。如果突水频繁，突水量大，给煤矿安全生产造成严重影响。煤层底板含水层注浆防治水技术主要是探查煤层底板隔水、含水层薄弱地段，注浆加固底板含水层，封堵底板突水通道，补强底板含水层阻水和堵水性能，实现工作面不突水开米。现有的煤层底板加固技术都采用普通的回转钻进，开孔倾角和方位角一定，成孔基本上都为直孔，钻孔轨迹不可控制，因此穿过含水层的距离较短，钻孔注浆段较短，致使钻孔注浆效果不好，钻孔利用率较低，施工成本较大，且当钻孔钻遇含水层时，不能计算钻孔轨迹坐标，无法确定含水层位的位置，严重影响钻孔注浆加固效果。专利申请号为200810050051. X，公开号为CN 101608552A的中国专利煤层底板含水层加固并在加固过程中保护隔水层的方法，采用大倾角钻孔，夹角α为20。一 90°，同时使注浆终孔压力控制在L8灰岩水压的2倍以下，最小程度的破坏隔水层，但是钻孔都为直孔，钻孔钻遇含水层孔段较短，如果要达到较好的底板加固效果，需钻进密集型钻孔，导致钻孔施工工程量大，施工成本高，同时加大了煤矿工作面采掘交替时间，严重影响煤矿生产进度。地应力是引起各种地下及露天开挖工程变形、破坏以及诱发地质灾害的根本作用力，是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定性分析，实现采矿和岩土工程开挖设计和科学决策的前提条件。随着资源开采及岩土工程等的深化，人类工程活动扰动的深度和规模越来越大，地应力将随深度增加，对工程建设和运营的影响将更为凸显。由于恢复变形破坏的不可逆性，在工程建设前应对地应力进行充分测量，确定工程围岩应力的大小、方向及地应力场分布，为地下空间断面形状与尺寸、主轴方向、开挖步骤、支护形式、支护结构及支护时间的设计提供依据。水压致裂法及深钻孔套芯应力解除法地应力测量是目前国际上能较好地直接进行深部地应力测量的先进方法。前者的测深超过了 1200m，后者也超过了 500m。然而，测量过程需要经过完整的测试段选择、下放安装孔内封隔器、封座、加压、压裂、关泵、卸压、提取封隔器，再进行印模等严格而复杂的程序。在孔深增大时，因封隔器内外泥浆压力增大，封隔器收放困难，影响提升和下放。而且，受孔径及封隔器材料的限制，封隔器橡胶、薄壁金属压力阀及中心管承受的压力(最大60MPa)十分有限。加之，在高地应力、软岩或断裂破碎带等地层中，容易引起钻孔变形、塌孔，难以保证完整的测试段，使得可用的测段数大大减少。可见，在超大孔深时，水压致裂法及深钻孔套芯应力解除法仍存在许多难以克服的困难，很难满足工程要求。声波、超声波等地球物理方法由于地质条件的复杂性，受干扰因素多，测量结果存在不确定性和多解性，难以确定所测物理量和地应力之间的定量关系，因而存在许多局限。如果在钻孔过程中，直接实现地应力测量，则可避免现行水压致裂法及其他深孔地应力测试技术存在的技术瓶颈。一方面，可减少钻孔变形对测试的影响，增加钻孔壁的完整度，从而增加可测段数。无论是水压致裂法还是深钻孔套芯应力解除法，均须先完成钻孔才能进行测试。在IOOOm以上深孔中，完成一个钻孔的时间非常长，在取样钻进时，耗时更甚。在这一过程中，水压致裂钻孔发生变形，甚至局部崩塌，使得可测段数很少。在钻孔过程中进行实时测量，则节省了大量等待时间，可增加钻孔测段数。同时，也克服了钻孔变形造成的测量误差。另一方面，所测变形为天然条件下的原始变形，没有变形(含套孔)释放和损失，测试结果更准确。此外，因钻具始终保持在孔内，即使出现变形，钻具在回转机构作用下，也可轻松实现钻具的提升、下放，造成仪器损失的几率将大大降低。

发明内容
本发明的目的在于提供一种基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试方法，该勘察测试方法可在钻孔钻进过程中对任意地质构造、地层岩性、地层结构、地形地貌的任意深度深位置进行三维地应力大小、方向以及孔内温度与钻孔轨迹的测量，可克服传统水压致裂法及深孔套孔地应力测量技术方法的不足，在生产或勘探钻孔中即可随钻进行测量，无须专门为地应力测量施钻，可为工程初期地应力场分析提供大量数据。该基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试方法不受孔内大地磁场、温度及钻具振动影响，操作简单，测试精度高。同时，该基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试方法操作简单，能够消除人为因素的影响，能够自动找到各待识别的地应力的变量中钻孔倾角、方位角、深度和孔径等因素间的相互作用关系，可以很好的解决不同地质深部高地应力、高地下水压力、高地温等复杂条件下的岩体的基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试，具有很强的工程应用价值。为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的
本发明的一种基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试方法，其特征在于，所述基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试方法依次包括如下步骤深部地应力三维地质感应测量、载荷监测数据采集和勘察测试步骤。作为效果显著的更好优选的技术方案 其中，深部地应力三维地质感应测量步骤先进行收集地质调查数据，再通过分析地质构造、地层岩性、地层结构、地形地貌预估出地应力范围，设定若干个待识别的地应力的变量；然后，选取若干个测定地应力的地点向地质岩体内部通过进行钻孔，该钻孔采用小口径水平成孔钻机，按照设定的钻孔倾角、应力值、方位角、深度和孔径进行施工钻孔；其中，所述小口径水平成孔钻机包括钻机工作控制台和钻机本体，所述钻机本体包括高强机械叶片组合塔式钻头和钻杆系统，所述钻杆系统包括高压旋转密封装置、控制器、纠正导正装置和高压高速旋转钻杆，所述控制器安装在上述高压高速旋转钻杆的中央部分，且上述高压高速旋转钻杆贯穿所述控制器；所述控制器包括倾角传感器、应力传感器、方位角传感器、第一光电传感器、第二光电传感器、第一光电探测器、第二光电探测器、信号调节单元、数据处理单元以及数据分析控制单元，所述信号调节单元具有五个通道；所述倾角传感器对钻孔倾角值信号数据进行实时采集，再通过信号调节单元的第一通道进行调节后传送至数据处理单元；所述应力传感器为三个应力传感器，三个应力传感器之间的夹角都为60度，所述三个应力传感器采集小口径水平成孔钻机在旋转钻进过程中的上述高强机械叶片组合塔式钻头破碎岩石时所产生的应力波信号后，通过信号调节单元的第二通道进行调节后传送至数据处理单元；所述方位角传感器对钻孔方位角值信号数据进行实时采集，再通过信号调节单元的第三通道进行调节后传送至数据处理单元；所述第一光电探测器对其小口径水平成孔钻机深度值进行定位，并将定位值实时传输至上述第一光电传感器，再通过信号调节单元的第四通道进行调节后传送至数据处理单元；所述第二光电探测器对其小口径水平成孔钻机孔径值进行定位，并将定位值实时传输至上述第二光电传感器，再通过信号调节单元的第五通道进行调节后传送至数据处理单元；上述数据处理单元上述数据分析控制单元连接，上述数据分析控制单元包括计算机及其它终端构成，所述计算机通过专用程序对所述数据分析、存储和输出，计算分析测定地应力的地点的钻孔的倾角、三向地应力值、方位角、深度和孔径。其中，载荷监测数据采集和勘察测试步骤将上述计算分析测定地应力的地点的钻孔的倾角、三向地应力值、方位角、深度和孔径通过载荷数据采集仪进行采集数据，再对载荷数据采集仪采集的数据进行分析处理后，获得不同钻孔的倾角、方位角、深度和孔径下的对应三向地应力值，并将上述对应三向地应力值实时传输至电子显示装置进行存储和显示以完成测试，然后，通过多次测试分析出三向地应力值与对应的钻孔的倾角、方位角、深度和孔径的变化规律。其中，上述设定若干个待识别的地应力的变量为设定的钻孔倾角、方位角、深度和孔径。上述优选的技术方案中，获得的相应的技术效果显著提高数倍。有益效果
由于采用上述技术方案，该基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试方法通过设置三个应力传感器之间的夹角都为60度，在钻进过程中可实现三维地应力、钻孔倾斜和孔内温度的实时随钻测量。该地质勘察测试方法无须先套孔，克服了现行深孔地应力测量方法存在的缺点，不受孔深大小、钻孔方式、时间以及孔内条件的限制，易于操作简单，效率高，数据可靠。
具体实施方式
下面结合具体实施方式
，进一步阐述本发明。实施例1 :
一种基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试方法，其特征在于，所述基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试方法依次包括如下步骤深部地应力三维地质感应测量、载荷监测数据采集和勘察测试步骤。实施例2
一种基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试方法，其特征在于，所述基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试方法依次包括如下步骤深部地应力三维地质感应测量、载荷监测数据采集和勘察测试步骤；深部地应力三维地质感应测量步骤先进行收集地质调查数据，再通过分析地质构造、地层岩性、地层结构、地形地貌预估出地应力范围，设定若干个待识别的地应力的变量；然后，选取若干个测定地应力的地点向地质岩体内部通过进行钻孔，该钻孔采用小口径水平成孔钻机，按照设定的钻孔倾角、应力值、方位角、深度和孔径进行施工钻孔；其中，所述小口径水平成孔钻机包括钻机工作控制台和钻机本体，所述钻机本体包括高强机械叶片组合塔式钻头和钻杆系统，所述钻杆系统包括高压旋转密封装置、控制器、纠正导正装置和高压高速旋转钻杆，所述控制器安装在上述高压高速旋转钻杆的中央部分，且上述高压高速旋转钻杆贯穿所述控制器；所述控制器包括倾角传感器、应力传感器、方位角传感器、第一光电传感器、第二光电传感器、第一光电探测器、第二光电探测器、信号调节单元、数据处理单元以及数据分析控制单元，所述信号调节单元具有五个通道；所述倾角传感器对钻孔倾角值信号数据进行实时采集，再通过信号调节单元的第一通道进行调节后传送至数据处理单元；所述应力传感器为三个应力传感器，三个应力传感器之间的夹角都为60度，所述三个应力传感器采集小口径水平成孔钻机在旋转钻进过程中的上述高强机械叶片组合塔式钻头破碎岩石时所产生的应力波信号后，通过信号调节单元的第二通道进行调节后传送至数据处理单元；所述方位角传感器对钻孔方位角值信号数据进行实时采集，再通过信号调节单元的第三通道进行调节后传送至数据处理单元；所述第一光电探测器对其小口径水平成孔钻机深度值进行定位，并将定位值实时传输至上述第一光电传感器，再通过信号调节单元的第四通道进行调节后传送至数据处理单元；所述第二光电探测器对其小口径水平成孔钻机孔径值进行定位，并将定位值实时传输至上述第二光电传感器，再通过信号调节单元的第五通道进行调节后传送至数据处理单元；上述数据处理单元上述数据分析控制单元连接，上述数据分析控制单元包括计算机及其它终端构成，所述计算机通过专用程序对所述数据分析、存储和输出，计算分析测定地应力的地点的钻孔的倾角、三向地应力值、方位角、深度和孔径。实施例3:
一种基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试方法，其特征在于，所述基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试方法依次包括如下步骤深部地应力三维地质感应测量、载荷监测数据采集和勘察测试步骤；深部地应力三维地质感应测量步骤先进行收集地质调查数据，再通过分析地质构造、地层岩性、地层结构、地形地貌预估出地应力范围，设定若干个待识别的地应力的变量；然后，选取若干个测定地应力的地点向地质岩体内部通过进行钻孔，该钻孔采用小口径水平成孔钻机，按照设定的钻孔倾角、应力值、方位角、深度和孔径进行施工钻孔；其中，所述小口径水平成孔钻机包括钻机工作控制台和钻机本体，所述钻机本体包括高强机械叶片组合塔式钻头和钻杆系统，所述钻杆系统包括高压旋转密封装置、控制器、纠正导正装置和高压高速旋转钻杆，所述控制器安装在上述高压高速旋转钻杆的中央部分，且上述高压高速旋转钻杆贯穿所述控制器；所述控制器包括倾角传感器、应力传感器、方位角传感器、第一光电传感器、第二光电传感器、第一光电探测器、第二光电探测器、信号调节单元、数据处理单元以及数据分析控制单元，所述信号调节单元具有五个通道；所述倾角传感器对钻孔倾角值信号数据进行实时采集，再通过信号调节单元的第一通道进行调节后传送至数据处理单元；所述应力传感器为三个应力传感器，三个应力传感器之间的夹角都为60度，所述三个应力传感器采集小口径水平成孔钻机在旋转钻进过程中的上述高强机械叶片组合塔式钻头破碎岩石时所产生的应力波信号后，通过信号调节单元的第二通道进行调节后传送至数据处理单元；所述方位角传感器对钻孔方位角值信号数据进行实时采集，再通过信号调节单元的第三通道进行调节后传送至数据处理单元；所述第一光电探测器对其小口径水平成孔钻机深度值进行定位，并将定位值实时传输至上述第一光电传感器，再通过信号调节单元的第四通道进行调节后传送至数据处理单元；所述第二光电探测器对其小口径水平成孔钻机孔径值进行定位，并将定位值实时传输至上述第二光电传感器，再通过信号调节单元的第五通道进行调节后传送至数据处理单元；上述数据处理单元上述数据分析控制单元连接，上述数据分析控制单元包括计算机及其它终端构成，所述计算机通过专用程序对所述数据分析、存储和输出，计算分析测定地应力的地点的钻孔的倾角、三向地应力值、方位角、深度和孔径；载荷监测数据采集和勘察测试步骤将上述计算分析测定地应力的地点的钻孔的倾角、三向地应力值、方位角、深度和孔径通过载荷数据采集仪进行采集数据，再对载荷数据采集仪采集的数据进行分析处理后，获得不同钻孔的倾角、方位角、深度和孔径下的对应三向地应力值，并将上述对应三向地应力值实时传输至电子显示装置进行存储和显示以完成测试，然后，通过多次测试分析出三向地应力值与对应的钻孔的倾角、方位角、深度和孔径的变化规律。实施例4
一种基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试方法，其特征在于，所述基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试方法依次包括如下步骤深部地应力三维地质感应测量、载荷监测数据采集和勘察测试步骤；深部地应力三维地质感应测量步骤先进行收集地质调查数据，再通过分析地质构造、地层岩性、地层结构、地形地貌预估出地应力范围，设定若干个待识别的地应力的变量；然后，选取若干个测定地应力的地点向地质岩体内部通过进行钻孔，该钻孔采用小口径水平成孔钻机，按照设定的钻孔倾角、应力值、方位角、深度和孔径进行施工钻孔；其中，所述小口径水平成孔钻机包括钻机工作控制台和钻机本体，所述钻机本体包括高强机械叶片组合塔式钻头和钻杆系统，所述钻杆系统包括高压旋转密封装置、控制器、纠正导正装置和高压高速旋转钻杆，所述控制器安装在上述高压高速旋转钻杆的中央部分，且上述高压高速旋转钻杆贯穿所述控制器；所述控制器包括倾角传感器、应力传感器、方位角传感器、第一光电传感器、第二光电传感器、第一光电探测器、第二光电探测器、信号调节单元、数据处理单元以及数据分析控制单元，所述信号调节单元具有五个通道；所述倾角传感器对钻孔倾角值信号数据进行实时采集，再通过信号调节单元的第一通道进行调节后传送至数据处理单元；所述应力传感器为三个应力传感器，三个应力传感器之间的夹角都为60度，所述三个应力传感器采集小口径水平成孔钻机在旋转钻进过程中的上述高强机械叶片组合塔式钻头破碎岩石时所产生的应力波信号后，通过信号调节单元的第二通道进行调节后传送至数据处理单元；所述方位角传感器对钻孔方位角值信号数据进行实时采集，再通过信号调节单元的第三通道进行调节后传送至数据处理单元；所述第一光电探测器对其小口径水平成孔钻机深度值进行定位，并将定位值实时传输至上述第一光电传感器，再通过信号调节单元的第四通道进行调节后传送至数据处理单元；所述第二光电探测器对其小口径水平成孔钻机孔径值进行定位，并将定位值实时传输至上述第二光电传感器，再通过信号调节单元的第五通道进行调节后传送至数据处理单元；上述数据处理单元上述数据分析控制单元连接，上述数据分析控制单元包括计算机及其它终端构成，所述计算机通过专用程序对所述数据分析、存储和输出，计算分析测定地应力的地点的钻孔的倾角、三向地应力值、方位角、深度和孔径；载荷监测数据采集和勘察测试步骤将上述计算分析测定地应力的地点的钻孔的倾角、三向地应力值、方位角、深度和孔径通过载荷数据采集仪进行采集数据，再对载荷数据采集仪采集的数据进行分析处理后，获得不同钻孔的倾角、方位角、深度和孔径下的对应三向地应力值，并将上述对应三向地应力值实时传输至电子显示装置进行存储和显示以完成测试，然后，通过多次测试分析出三向地应力值与对应的钻孔的倾角、方位角、深度和孔径的变化规律；上述设定若干个待识别的地应力的变量为设定的钻孔倾角、方位角、深度和孔径。最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
权利要求
1.一种基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试方法，其特征在于，所述基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试方法依次包括如下步骤深部地应力三维地质感应测量、载荷监测数据采集和勘察测试步骤。
2.根据权利要求1所述的基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试方法,其特征在于，深部地应力三维地质感应测量步骤先进行收集地质调查数据，再通过分析地质构造、地层岩性、地层结构、地形地貌预估出地应力范围，设定若干个待识别的地应力的变量；然后，选取若干个测定地应力的地点向地质岩体内部通过进行钻孔，该钻孔采用小口径水平成孔钻机，按照设定的钻孔倾角、应力值、方位角、深度和孔径进行施工钻孔；其中，所述小口径水平成孔钻机包括钻机工作控制台和钻机本体，所述钻机本体包括高强机械叶片组合塔式钻头和钻杆系统，所述钻杆系统包括高压旋转密封装置、控制器、纠正导正装置和高压高速旋转钻杆，所述控制器安装在上述高压高速旋转钻杆的中央部分，且上述高压高速旋转钻杆贯穿所述控制器；所述控制器包括倾角传感器、应力传感器、方位角传感器、第一光电传感器、第二光电传感器、第一光电探测器、第二光电探测器、信号调节单元、数据处理单元以及数据分析控制单元，所述信号调节单元具有五个通道；所述倾角传感器对钻孔倾角值信号数据进行实时采集，再通过信号调节单元的第一通道进行调节后传送至数据处理单元；所述应力传感器为三个应力传感器，三个应力传感器之间的夹角都为60度，所述三个应力传感器采集小口径水平成孔钻机在旋转钻进过程中的上述高强机械叶片组合塔式钻头破碎岩石时所产生的应力波信号后，通过信号调节单元的第二通道进行调节后传送至数据处理单元；所述方位角传感器对钻孔方位角值信号数据进行实时采集，再通过信号调节单元的第三通道进行调节后传送至数据处理单元；所述第一光电探测器对其小口径水平成孔钻机深度值进行定位，并将定位值实时传输至上述第一光电传感器，再通过信号调节单元的第四通道进行调节后传送至数据处理单元；所述第二光电探测器对其小口径水平成孔钻机孔径值进行定位，并将定位值实时传输至上述第二光电传感器，再通过信号调节单元的第五通道进行调节后传送至数据处理单元；上述数据处理单元上述数据分析控制单元连接，上述数据分析控制单元包括计算机及其它终端构成，所述计算机通过专用程序对所述数据分析、存储和输出，计算分析测定地应力的地点的钻孔的倾角、三向地应力值、方位角、深度和孔径。
3.根据权利要求1或2所述的基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试方法，其特征在于，载荷监测数据采集和勘察测试步骤将上述计算分析测定地应力的地点的钻孔的倾角、三向地应力值、方位角、深度和孔径通过载荷数据采集仪进行采集数据，再对载荷数据采集仪采集的数据进行分析处理后，获得不同钻孔的倾角、方位角、深度和孔径下的对应三向地应力值，并将上述对应三向地应力值实时传输至电子显示装置进行存储和显示以完成测试，然后，通过多次测试分析出三向地应力值与对应的钻孔的倾角、方位角、深度和孔径的变化规律。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试方法，其特征在于，上述设定若干个待识别的地应力的变量为设定的钻孔倾角、方位角、深度和孔径。
全文摘要
本发明涉及一种基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试方法，依次通过深部地应力三维地质感应测量、载荷监测数据采集和勘察测试步骤的特殊设计和相关参数的特殊优化，克服了传统水压致裂法及深孔套孔地应力测量技术方法的不足，在生产或勘探钻孔中即可随钻进行测量，无须专门为地应力测量施钻，可为工程初期地应力场分析提供大量数据；可以很好的解决不同地质深部高地应力、高地下水压力、高地温等复杂条件下的岩体的基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试，具有很强的工程应用价值。
文档编号G01L1/00GK103063335SQ20131001323
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月11日 优先权日2013年1月11日
发明者戴国忠, 谷鸿飞, 张敏, 石泉, 苏德垠, 张庆鹏, 池永峰, 张斌 申请人:福建岩土工程勘察研究院