所述压力信息发送给 水力致裂测控仪24;所述流量传感器16监测致裂过程中的管路中的流量信息，并将所述流 量信息发送给水力致裂测控仪24;所述水力致裂测控仪24用于接收所述压力传感器15的压 力信息W及所述流量传感器16的流量信息，实时显示致裂过程中管路中的压力曲线及流量 曲线，并记录存储致裂过程中管路中的压力信息和流量信息，然后通过SD卡将记录的数据 传输给电脑，W便对监测数据进行二次处理;所述致裂管路泄压阀19用于在施工结束后卸 除致裂管路中的压力，W便于施工人员安全拆除管路。
[0127] 所述手压累25的排量为20ml/次，最高压力为60MPa，所述电控高压累26的排量为 6L/min，最高压力为60MPa;所述手压累25的阀块安装在电控高压累26的液箱上，所述电控 高压累26液箱上盖板上开有小孔，且手压累25的液管通过该小孔放入电控高压累26的液箱 中，两者共用一个液箱，集成为一整体;所述电控高压累的液箱旁边设置有工具箱27,所述 电控高压累26设置有底座及拉杆，且底座设置有四个轮子，前面两个轮子为万向轮，后边两 个轮子为固定向轮。
[0128] 需要说明的是，高压累的底座设计有四个轮子，前面两个轮子可W转向，后边两个 轮子固定，类似于汽车轮子，便于高压累移动。显著提高了地应力测量效率，克服了传统的 大排量高压累体积大、质量重、移动困难、测量效率低下的不足。
[0129] 如图2所示，封隔器的结构原理图，由=部分组成，包括前膨胀胶管封孔器、中间连 接钢管7、后膨胀胶管封孔器。
[0130] 所述封隔器由=部分组成，具体包括前膨胀胶管封孔器、中间连接钢管7和后膨胀 胶管封孔器；
[0131 ]所述前膨胀胶管封孔器包括内高压膨胀胶囊3、内高压膨胀胶囊进水口 6;
[0132] 所述后膨胀胶管封孔器包括外高压膨胀胶囊2、外高压膨胀胶囊进水口 5;
[0133] 所述滑动装置4设置在所述后膨胀胶管封孔器的前部；
[0134] 其中，所述前膨胀胶管封孔器的前端设有过压保护装置9;所述过压保护装置9具 体为一单向阀;所述单向阀用于通过螺栓预紧力调节封孔器的上限压力并防止压力出现异 常将封孔器爆裂;所述前膨胀胶管封孔器通过中间连接钢管7与后膨胀胶管封孔器连接，用 于通过高压水使前膨胀胶管封孔器膨胀;所述后膨胀胶管封孔器内设有伸出其两端的外金 属管11，所述外金属管11的里端与所述中间连接钢管7通过螺纹连接，所述外金属管11的外 端与所述封孔管路13连接；
[0135] 所述外金属管11内部还设置有所述内金属管12,所述内金属管12的里端用于连通 致裂段岩层，所述内金属管12的外端与所述致裂管路14连接。
[0136] 需要说明的是，整套设备结构紧凑，体积小，质量轻，材质好且便于携带和移动，对 于煤矿井下恶劣环境，水力致裂测量岩层的地应力的成套设备更加凸显其便携性。
[0137] 二、根据水压力曲线判读地应力大小：
[0138] 水力致裂测量地应力系统配套有自主设计的水力致裂分析系统，此系统嵌入在水 力致裂测控仪中，系统中的地应力测量模块根据施工水压力曲线能自动分析出水力致裂过 程中的岩石破裂压力、重张压力W及闭合压力，结合破裂压力与重张压力进一步分析出地 应力的大小。其中判读关闭压力的方法有单切线法、马斯卡特法、dpMt法、dT/化法等，分析 系统可W根据每次水压力曲线的特点选择合适的关闭压力判定方法判读出关闭压力，确保 关闭压力识别的准确可靠。
[0139] 水力致裂测量地应力的"压力一时间"曲线（即水压力-致裂时间曲线)上的破裂压 力、关闭压力、裂缝重张压力如图3所示。
[0140] 破裂压力的判读
[0141] 破坏压力是水力压裂法地应力测量中确定最大水平地应力OH的一个非常重要的 参数之一。破裂压力的选取一般W压力曲线上第一回次的峰值压力为准。实际压裂中，由于 液压累的流量不够大，可能会在W后的回次中出现最高的峰值压力，计算时应W该最高值 为准。
[0142] 关闭压力的判读
[0143] 瞬时关闭压力的判读问题，国内外从事水压致裂地应力测量的研究人员针对不同 的情况提出了多种确定方法，如拐点法、单切线法、双切线法、/^-?^/F法、马斯卡特法、压力-流量法、dPMt法、dT/dP法等。2003年国际岩石力学学会试验方法委员会建议了 5种确定瞬 时关闭压力的判读方法，分别为单切线法、dPMt法、马斯卡特法、dT/dP法和压力一流量法， 并要求在确定瞬时关闭压力时至少使用该5种方法中的两种或两种W上方法进行判读。
[0144] 水力致裂分析系统可W根据每次水压力曲线的特点选择合适的关闭压力判定方 法判读出关闭压力，确保关闭压力识别的准确可靠。
[0145] 重张压力的判读
[0146] 重张压力Pr是水力压裂应力测量中估算OH时所设及的另一个重要参数，由于岩石 抗拉强度Ot不易确定，采用破裂重张压力Pr来确定最大水平主应力OH，破裂重张压力由累进 回次过程中上升曲线的变化来取值。
[0147] 地应力方向的判断
[0148] 上述水力致裂测量地应力的方法只是测量了地应力的大小，还需判断出地应力的 方向。传统的方法是采用印模器和定向仪判断地应力的方向，需要在水力致裂结束后将印 模系统送入孔内致裂段，通过高压累重新打压，工序繁琐。针对此问题，设计了一种快速、简 便的地应力方向测量方法。
[0149] 首先对彩色钻孔摄像仪进行改进，在彩色钻孔摄像仪探头的顶部设置一根很细的 圆环形透明软管，环形管内有一粘度很低的红色小液滴或者有色小钢珠。钻孔摄像仪的探 头转动时，软管内的红色液滴或有色小钢珠在重力作用下，在软管内移动，但圆屯、与液滴或 有色小钢珠的连线始终指向重力方向，类似于重力感应功能。同时在环形软管的上部会装 有一刻度盘，标有0~360°的角度标识(如图4所示）。
[0150] 水力致裂完成后，取出孔内致裂管路，将彩色钻孔摄像仪探头送入孔内致裂段。通 过彩色钻孔摄像仪的=维成像功能可W清晰的看见致裂段孔壁的裂缝，通过记录裂缝与探 头顶部环形软管内红色液滴的夹角（图5中的0角)就可W判断出裂缝与重力方向的夹角，并 结合钻孔的方位角度，进而推算出水压裂缝的方位，确定出测试段岩层地应力的方向。
[0151] 二、水压致裂法测量地应力的施工步骤：
[0152] (1)打钻孔到准备测量应力的部位，将封隔器放入到钻孔中待加压段。
[0153] (2)连接设备，向封隔器内注水，封隔器受压膨胀，等压力达到阀值后，封隔器单向 阀打开，开始向钻孔隔离段注水，不断加大水压，直至孔壁出现开裂，获得初始开裂压力Pb, 然后继续加压W扩展裂隙，当裂隙扩展至少3倍直径长度时(至少需要3个波峰），停止注水， 获得瞬时关闭压力Ps,最后卸压，使裂隙闭合。在整个加压过程中，同时记录压力一时间曲 线图和流量一时间图，使用适当的方法可W从压力一时间曲线图确定Pb、Ps值，从流量一时 间曲线图可W判断裂隙扩展长度。
[0154] (3)重新向封隔器注水，使裂隙重新打开并记录下裂隙重新打开时的压力Pr及随 后的恒定关闭压力Ps,运种卸压一重新加压的过程重复2~3次，W提高测试数据的准确性。 记录数据，同样Pr和Ps由压力一时间曲线和流量一时间曲线确定。
[0155] (4)完全卸压，将加压管及封隔器等全部设备从钻孔中取出。
[0156] (5)将装有环形透明软管和刻度盘的彩色钻孔窥视仪伸入孔内，观察孔内致裂段 附近孔壁岩层的水压裂缝分布情况，判断裂缝与重力方向的夹角，从而确定出裂缝的方位。
[0157] 综上所述，本发明提供的矿井下岩层地应力快速测量装备及方法，具有诸多方面 的技术优势：
[0158] 1、水力致裂测量地应力系统配套有自主设计的水力致裂分析系统，此系统嵌入在 水力致裂测控仪中，系统中的地应力测量模块根据施工水压力曲线能自动分析出水力致裂 过程中的岩石破裂压力、重张压力W及关闭压力，进一步分析出地应力的大小。其中判读关 闭压力的方法有单切线法、dPMt法、马斯卡特法、dT/dP法和压力一流量法，可W根据每次 水压力曲线的特点选择合适的关闭压力判定方法判读出关闭压力，确保关闭压力识别的准 确可靠。
[0159] 2、采用自主设计的水力致裂封隔器，可W实现良好的密封效果。同时封隔器的S 部分通过螺纹连接，可W拆卸，便于携带。
[0160] 3、地应力方向的判断，利用重力感应的功能，简单、快速的测量出地应力的方位。 克服了传统使用印模测量裂缝方位的工序复杂。
[0161] 4、水力致裂测量地应力成套装置体积小、质量轻、便于携带、操作简单、可实现快 速测量，显著提高测量效率。尤其是便携式致裂累，显著提高了地应力测量效率，克服了传 统的大排量高压累体积大、质量重、移动困难、测量效率低下的不足。只需一台小型便携致 裂累，便可实现地应力的测量。而传统水力致裂测量地应力需要两路水，手摇累提供封孔高 压水，大排量高压累提供致裂水。克服了传统管路复杂，设备多且难于移动的不足。
[0162] W上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可W有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种矿井下岩层地应力快速测量装备，其特征在于，包括水力致裂测量地应力的装 备； 所述水力致裂测量地应力的装备具体包括钻孔（1 )、外高压膨胀胶囊（2)、内高压膨胀 胶囊(3)、滑动装置(4)、外高压膨胀胶囊进水口（5)、内高压膨胀胶囊进水口（6)、中间连接 钢管(7)、致裂管出水孔(8)、过压保护装置(9)、液压快速接头（10)、外金属管