基于数字化CSIRO双温补偿方法的岩体扰动应力长期监测系统的研发与应用

围岩应力扰动是引起工程失稳、破坏的直接因素,目前针对应力扰动的获取尚无有效手段和技术。随着深部岩体力学与开采理论研究的发展,对扰动应力监测成为深地课题需要研究的重要内容。本文利用空心包体地应力测量基本理论,提出双温度补偿技术,研发岩体扰动应力长期监测系统,并在工程现场实现对岩体扰动应力的实时监测。针对长期监测中环境温度影响过大、供电不稳、采集通道调平范围小等不足,研发了断电续采型数字化采集电路。基于空心包体地应力测量基本理论和完全温度补偿技术原理,提出采集电路的双温度补偿方法,并用该方法对采集电路进行室内标定。考虑应力监测环境特点,设计了岩体近开挖面测点应变片布片方案,并基于地应力测量原理推导了测量应变与应力的关系公式。断电续采型数字化采集电路的研发,实现了调平通道大范围量程的原位同步温度监测,克服了常规采集电路供电不稳造成的监测数据无法接续的问题,室内试验测定断电20 d数据连续性满足测量精度要求。根据室内标定数据,双温度补偿方法有效地剔除温度变化对监测系统监测精度的影响,并针对岩体边坡和地下硐室两种不同工程环境设计研发出相应的岩体扰动应力长期监测系统。现场应用显示,岩体扰动应力长期监测系统充分体现了断电续采和双温度补偿方法的优势,通过应变与应力关系式计算得出的结果显示,系统能对岩体扰动应力实现有效的监测。

基于双温度补偿的瞬接续采型空心包体地应力测试技术研究

为满足地应力精确测量和长期监测的技术发展要求,基于空心包体应变计地应力测量技术,通过对采集电路稳定性、完全温度补偿技术数字化及复杂环境下装备适应性进行研究,开发出具有瞬时采集、断电续采功能的前端数字化采集系统。基于温度自补偿技术及双温度补偿设计实现完全温度补偿技术在前端数字化型空心包体应变计地应力测量中的应用。室内标定试验和现场测试数据显示,双温度补偿技术对原温度补偿算法数据的修正量达到15%。采用围压率定法和真三维地应力试验台进行模拟现场条件的室内测试,结果显示数据真实反映空间应力变化。在3组现场地应力测量中,应变数据真实反映解除过程的岩芯缺陷、构造扰动、温度变化影响及解除应力演化过程,双温度影响修正应变值分别为64,86με。在温度强扰动条件下,通过双温度补偿算法修正,数据稳定性仍然达到了30 min内数据波动幅度小于5με的标准。双温度补偿算法的瞬接续采型前端数字化空心包体应变计地应力测量技术在室内试验和现场测试中均表现了良好的测试精度和采集系统稳定性。

玲珑金矿深部地应力测量及矿区地应力场分布规律

介绍玲珑金矿主矿区深部和浅部两期地应力测量的过程和结果。为提高测量结果的可靠性和准确性,采用完全温度补偿技术和实现完全温度补偿的空心包体应变计等一系列新的技术和方法,对传统的应力解除法进行重大改进。通过实测,获得矿区7个水平,18个测点的三维地应力大小和方向。根据实测结果,对玲珑金矿主矿区地应力场的分布规律进行定量的综合分析与研究。研究结果表明:(1)玲珑金矿主矿区地应力场以水平构造应力为主导,最大水平主应力平均为自重应力的2.26倍;(2)最大水平主应力的走向为NW向,基本与区域构造应力场最大主应力的方向相一致;(3)垂直主应力值基本上等于或略大于自重应力值;(4)深部与浅部相比,尽管岩性有较明显变化,但地应力场分布规律并没有显著改变;(5)最大水平主应力、最小水平主应力和垂直主应力值均随深度呈几乎线性增长关系。