[發(fā)明專利]煤礦老采空區(qū)冒落帶破碎巖體二次變形壓實(shí)模擬實(shí)驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310634868.2
• 申請(qǐng)日: 2013-12-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103604698A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 淮北礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01N3/08
• 分類(lèi)號(hào): G01N3/08;G01N1/28
• 代理公司: 安徽匯樸律師事務(wù)所 34116
• 代理人: 胡敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及試驗(yàn)方法，尤其涉及一種煤礦老采空區(qū)冒落帶破碎巖體在外加荷載及與水耦合條件下產(chǎn)生二次變形壓實(shí)模擬實(shí)驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

煤炭資源的地下開(kāi)采必然形成煤礦老采空區(qū)和上覆巖體的冒落。實(shí)踐證明，煤層在開(kāi)采結(jié)束后經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間自然壓實(shí),老采空區(qū)及其上覆巖體會(huì)逐漸壓實(shí)穩(wěn)定，但實(shí)際上冒落帶中依然存在大量殘留裂隙空間。

當(dāng)整個(gè)礦井開(kāi)采結(jié)束或礦中的某個(gè)開(kāi)采水平開(kāi)采結(jié)束后，開(kāi)采區(qū)內(nèi)的地下水位會(huì)逐漸恢復(fù)。有些已基本穩(wěn)定的沉陷區(qū)下部采空區(qū)巖體因地下水的作用，有可能會(huì)使原本處于相對(duì)平衡狀態(tài)下的區(qū)域出現(xiàn)“活化”，使裂隙帶巖體再軟化壓密，上覆巖體產(chǎn)生二次變形導(dǎo)致采空區(qū)上方地表出現(xiàn)二次沉陷，從而危及老采空區(qū)上方建(構(gòu))筑物的安全。老采空區(qū)因后期充水、荷載作用下導(dǎo)致冒落巖體軟化后受壓變形是老采空區(qū)“活化”的特征之一。為了研究老采空區(qū)的“活化”機(jī)理，研究采空區(qū)在荷載和充水條件下破碎巖體二次變形的規(guī)律，同時(shí)對(duì)于合理利用老采空區(qū)上方采煤塌陷區(qū)土地資源，提高土地利用率、緩解礦區(qū)土地資源緊張局面和保障老采空區(qū)上方地表建筑物安全方面具有重要指導(dǎo)意義。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種煤礦老采空區(qū)冒落帶破碎巖體二次變形壓實(shí)模擬實(shí)驗(yàn)方法，即煤礦老采空區(qū)冒落帶破碎巖體在外加荷載及與水耦合條件下產(chǎn)生二次變形壓實(shí)模擬實(shí)驗(yàn)方法，模擬在荷載和充水條件下采空區(qū)冒落帶破碎巖體二次變形的環(huán)境，研究破碎巖體變形特征機(jī)理。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種煤礦老采空區(qū)冒落帶破碎巖體二次變形壓實(shí)模擬實(shí)驗(yàn)方法，其采用模擬實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)，該模擬實(shí)驗(yàn)裝置包括底座、筒體、筒蓋、活塞、多個(gè)電阻壓力應(yīng)變器、位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器；該筒體安裝在該底座上，該筒蓋密封該筒體的一端，該活塞安裝在該筒體的另一端而能由該筒體導(dǎo)引在該筒體內(nèi)來(lái)回做活塞運(yùn)動(dòng)；該筒體、該筒蓋、該活塞三者構(gòu)成儀器缸體，該儀器缸體用于收容實(shí)驗(yàn)物；該筒蓋開(kāi)設(shè)有注水口，該位移傳感器安裝在該活塞面向該筒體外部的一側(cè)上，該多個(gè)電阻壓力應(yīng)變器收容在該儀器缸體內(nèi)且均勻分布，該數(shù)據(jù)采集器電性連接該多個(gè)電阻壓力應(yīng)變器與該位移傳感器；該模擬實(shí)驗(yàn)方法包括以下步驟：

一、現(xiàn)場(chǎng)取樣，在煤層采空區(qū)內(nèi)采集粒徑塊度不同的頂板冒落煤矸石樣品，同時(shí)對(duì)樣品的粒徑進(jìn)行丈量、測(cè)算不同粒徑矸石樣品混合比率及混合規(guī)律以得到測(cè)算結(jié)果，并按該測(cè)算結(jié)果進(jìn)行相似比率取樣若干塊；

二、巖樣選取，按照步驟一的測(cè)算結(jié)果確定實(shí)驗(yàn)樣品的級(jí)配，實(shí)驗(yàn)采用的破碎巖體粒徑級(jí)配與老采空區(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際破碎巖體級(jí)配接近；

三、電阻壓力應(yīng)變器的放置，將該多個(gè)電阻壓力應(yīng)變器均勻分布、固定于不同位置及尺寸的巖體表面；

四、外加荷載和注水量計(jì)算，外加荷載大小根據(jù)采空區(qū)上部覆巖各巖層物理性質(zhì)計(jì)算而得，如公式（1）所示，若老采空區(qū)上方地表建有構(gòu)筑物，還需對(duì)構(gòu)筑物荷載進(jìn)行估算，綜合計(jì)算得出實(shí)驗(yàn)壓力總荷載量，擬定實(shí)驗(yàn)壓力初始值及壓力遞增量，從而確定實(shí)驗(yàn)組數(shù)；每次注水量根據(jù)填充巖石重量和容重算出體積，得出該儀器缸體的剩余體積，確定總注水量體積，擬定初次注水量及注水量遞增量，從而確定注水次數(shù)；

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其中：

Y—各巖層巖體容重，單位g/cm³；

h—各巖層厚度，單位m；

g—重力加速度；

五、模擬方法：

針對(duì)上述確定的每組實(shí)驗(yàn)，首先對(duì)該活塞進(jìn)行初始?jí)毫虞d，通過(guò)該位移傳感器監(jiān)測(cè)巖體總壓縮位移變化，通過(guò)該多個(gè)電阻壓力應(yīng)變器監(jiān)測(cè)巖體受力變化，直到巖體壓縮位移及受力趨于穩(wěn)定，進(jìn)行下一步操作；