解決主要問題：
本技術(shù)實現(xiàn)原位實測煤巖體強度，可在同一鉆孔內(nèi)完成圍巖結(jié)構(gòu)測試、彈性（變形）模量測試、強度參數(shù)測試以及地應(yīng)力測試。
技術(shù)狀況
1：科技成果簡介
該技術(shù)來源于煤礦生產(chǎn)一線，可實現(xiàn)原位實測煤巖體強度，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。當前煤巖體力學(xué)參數(shù)的確定依據(jù)標準煤巖塊實驗室測試的數(shù)據(jù)，而該數(shù)據(jù)因巖塊已脫離巖體而失真。本技術(shù)可在同一鉆孔內(nèi)完成圍巖結(jié)構(gòu)測試、彈性（變形）模量測試、強度參數(shù)測試以及水壓致裂測試地應(yīng)力，可為地面和地下巖土工程力學(xué)、結(jié)構(gòu)參數(shù)的測試提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。由于該實測數(shù)據(jù)可以真實反映煤巖體強度和結(jié)構(gòu)參數(shù)，所實測的數(shù)據(jù)可以直接應(yīng)用于工程實踐。
2 ：主要技術(shù)指標
a、能夠現(xiàn)場實測巖體圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)：可確定圍巖松動圈、建立圍巖裂隙發(fā)育規(guī)律的時空關(guān)系函數(shù)，為巷道圍巖支護、采場支護參數(shù)確定、瓦斯抽放等提供依據(jù)。
b、現(xiàn)場實測彈性（變形）模量以及黏聚力、內(nèi)摩擦角等煤巖體關(guān)鍵強度參數(shù)：通過現(xiàn)場實測煤巖體關(guān)鍵強度參數(shù)，能夠為理論分析、數(shù)值計算提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，從而使得工程技術(shù)方案的提出更加可靠。
c、小孔徑水壓致裂快速測試地應(yīng)力：小孔徑水壓致裂快速測試地應(yīng)力技術(shù)可實現(xiàn)地應(yīng)力的快速測試，克服了應(yīng)力解除法對測試地點的工程地質(zhì)條件要求較高的缺點，有利于礦區(qū)大規(guī)模開展地應(yīng)力測試，從而繪制礦區(qū)的地應(yīng)力分布場，為礦井巷道布置及支護參數(shù)確定、瓦斯抽放、防突等提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。
3：適用范圍
該技術(shù)目前已比較成熟，相應(yīng)的儀器設(shè)備已在工程現(xiàn)場進行應(yīng)用，能夠在煤礦及其他工程巖體參數(shù)的測試中發(fā)揮重要作用，適用于具有一定強度和完整性的煤礦煤巖體或其他巖土工程，需要注意的是測試鉆孔成孔質(zhì)量要求較高。
4：達到的目標
本技術(shù)可原位測試煤巖體強度（包括內(nèi)摩擦角φ與內(nèi)聚力c）、彈性模量、圍巖結(jié)構(gòu)和地應(yīng)力等，所測試的內(nèi)容與煤巖體穩(wěn)定性相關(guān)，能夠反應(yīng)煤巖體的力學(xué)性能。
5：推廣前景
隨著我國煤礦開采強度的增大，煤礦開采設(shè)計對于煤巖體力學(xué)參數(shù)的準確掌握愈發(fā)重要。該技術(shù)可為煤礦圍巖控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，能夠為巷道支護、采場圍巖控制提供設(shè)計依據(jù)，降低支護成本，對于煤礦安全、高效、經(jīng)濟開采有著重要作用，具有很大的社會經(jīng)濟及環(huán)境效益。
6：詳細說明
通過鉆孔探測儀與鉆孔彈模儀、原位巖石鉆孔剪切儀和HYF-01型水壓致裂地應(yīng)力測試裝置的有機配合使用，實現(xiàn)在1個76-80 mm的煤巖體鉆孔中，快速、準確、低成本地完成對全鉆孔或者特定巖性巖層的圍巖結(jié)構(gòu)、彈性（變形）模量以及黏聚力、內(nèi)摩擦角等巖體地質(zhì)力學(xué)參數(shù)的測試。
1、圍巖結(jié)構(gòu)測試原理及技術(shù)
利用鉆孔探測儀器獲取鉆孔內(nèi)煤巖體的巖性、結(jié)構(gòu)等基本參數(shù)，并結(jié)合自主研發(fā)的軟件定量處理裂隙擴展特征；將獲得的相關(guān)技術(shù)參數(shù)與所處的工程地質(zhì)特征相結(jié)合，為巷道支護參數(shù)的確定提供依據(jù)。
2、煤巖體彈性模量原位測試原理
鉆孔彈模試驗是一種在巖石或堅硬地層鉆孔壁上利用多個活塞向部分孔壁徑向加壓（加壓塊為剛性），同時測定加壓方向的徑向變形以計算變形或彈性模量的原位測試方法。如圖1所示。
圖1 鉆孔彈模儀原理圖
3、煤巖體抗剪強度原位測試原理
巖石鉆孔剪切實驗是針對鉆孔側(cè)壁的原位剪切測試。用高達80 MPa的法向應(yīng)力將剪切盤插入到巖石中。通過提拉剪切頭對巖石施加剪應(yīng)力，同時記錄下最大的剪應(yīng)力。當剪切測頭收回時，旋轉(zhuǎn)測頭45°，施加一個更大的法向應(yīng)力，并重新開始剪切。在同一鉆孔同一深度作4次不同法向應(yīng)力的剪切實驗，繪制4點τ與σ的散點圖，通過最小二乘法或其他數(shù)據(jù)擬合方法繪制線性莫爾-庫侖強度包絡(luò)線，得到這一深度處巖體的C、φ值。設(shè)備原理如圖2所示。
圖2 原位巖石鉆孔剪切儀原理圖
4、小孔徑水壓致裂快速測試地應(yīng)力技術(shù)
在煤礦井下巷道中進行水壓致裂地應(yīng)力測量時，鉆孔通常布置在巷道頂板中部垂直向上布置，測量水平面 的最大和最小主應(yīng)力，測試原理如圖3所示：
圖3 小孔徑水壓致裂測試地應(yīng)力原理圖
創(chuàng)新性、先進性
（1）“有機配合使用”：孔內(nèi)原位彈性（變形）模量、黏聚力、內(nèi)摩擦角順利測定的前提是在測定之前選擇合適的孔內(nèi)試驗段，包括試驗段的巖性、圍巖完整性、節(jié)理裂隙發(fā)育狀況等。
（2）“快速”：煤巖體力學(xué)參數(shù)原位測試系統(tǒng)所需的測定周期短，效率高。
（3）“準確”：原位測試恰好彌補了實驗室試塊試驗的不足，可根據(jù)工程需要，在所需測定位置進行準確測試。
（4）“低成本”：單孔多參測定顯著提高了鉆孔的利用率；以往原位測試每次試驗都需要消耗大量人力物力和時間，不利于大范圍使用。
典型案例及成效
目前該成套設(shè)備已在皖北煤電錢營孜煤礦、恒源煤礦等過個煤礦進行推廣應(yīng)用。根據(jù)煤巖體力學(xué)參數(shù)原位測試系統(tǒng)單孔多參數(shù)測定原理，利用鉆孔探測儀、原位鉆孔剪切儀和彈模儀等儀器設(shè)備，實測了煤巖體強度、圍巖結(jié)構(gòu)、彈性模量等，并總結(jié)分析了他們之間的客觀規(guī)律。
圖4 鉆孔成像儀
圖5 鉆孔彈模儀
圖6 原位巖石鉆孔剪切儀
圖7 地應(yīng)力測試系統(tǒng)
