[發明專利]一種固體充填材料力學特性測試方法

有效

• 申請號: 201410149522.8
• 申請日: 2014-04-14
• 公開（公告）號: CN103940669A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 張吉雄;李猛;方坤;嚴紅
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種充填采煤中充填材料力學特性測試方法，特別是一種適用于矸石、黃土等固體充填采煤的充填材料力學特性測試方法。

背景技術

在固體充填采煤技術中，一般情況下采用矸石、粉煤灰、露天礦渣及黃土等作為固體充填材料，然后通過地面運輸系統、固體充填物料垂直投放系統輸送至井下，最后通過井下運輸系統直接充填于采空區，作為主要支撐承載上覆巖層的大部分載荷，從而限制上覆巖層的移動。由于充填材料自身的孔隙率較大，在充入采空區后在上覆巖層的作用下，會被壓實而產生較大的壓縮變形，因此，固體充填材料的力學特性對充填開采后巖層及地表沉陷控制起著至關重要的作用，必須對不同配比、粒徑級配等條件下固體充填材料力學特性進行深入研究，最大程度地降低固體充填材料的壓縮率，對實現“三下”煤層的安全開采提供一定的理論指導。

發明內容

技術問題：本發明的目的是克服現有充填材料力學特性測試方法中的不足，提供一種測試方法簡單、準確地固體充填材料力學特性測試方法。

技術方案：本發明的固體充填材料力學特性測試方法，其特征是將制備的固體充填材料試樣裝入壓實鋼筒，然后將壓實鋼筒固定于加載試驗機上，進行固體充填材料力學特性測試，其具體步驟如下：

（1）將固體充填材料進行破碎篩分處理，按設定粒徑級制備試驗試樣；

（2）將試驗試樣分多層逐層裝入鋼筒內壓實，每層厚度為50mm，裝完后平整裝料表面；

（3）測量固體充填材料裝料高度h；

（4）用與鋼筒口徑相同的活塞緩慢放入鋼筒中，并將鋼筒固定于加載試驗機上；

（5）以力加載速率對固體充填材料進行加載至工作面原巖應力σ₀，記錄加載過程中的壓力F與位移s；

σ₀＝γH

式中：γ為巖層平均容重；H為工作面埋深；

（6）處理試驗數據，按下列公式計算應力σ與應變ε，得到充填材料的應力-應變關系曲線；

σ=FA,ϵ=sh]]>

式中：A為壓實鋼筒的橫截面積；

（7）根據壓實度k計算公式：

k=VysVs=A(h-s)Ah=1-sh]]>

得到充填材料的壓實度-應力曲線，式中：V_ys為壓實后的體積；V_s為壓實前松散狀態的體積。

所述的固體充填材料為矸石、粉煤灰、黃土、風積沙及露天礦渣；所述的破碎后固體充填材料最大粒徑不超過50mm；所述的試樣分層數為4～6層；所述的壓實鋼筒內徑為120～150mm；所述的力加載速率為0.1～0.5kN/s。

有益效果：由于固體充填材料力學特性是影響固體充填采煤效果的重要因素，本發明對制備的固體充填材料試樣進行力學特性測試，通過固體充填材料力學特性對固體充填開采巖層移動及地表沉陷規律進行研究，解決了由于充填材料自身的孔隙率較大，在充入采空區后在上覆巖層的作用下，會被壓實而產生較大的壓縮變形的問題，最大程度地降低固體充填材料的壓縮率，為實現“三下”煤層的安全開采提供理論指導。此測試方法簡單易行，準確性高，具有廣泛的實用性。

附圖說明

圖1為本發明固體充填采煤力學特性測試方法流程圖；

圖2為本發明實例固體充填物料級配曲線；