[發(fā)明專(zhuān)利]模擬采動(dòng)影響下不同區(qū)域煤體受力的非均布加載方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710683010.3
• 申請(qǐng)日: 2017-08-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107478804B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李楊楊;張士川;孫熙震;文志杰;王曉;陳紹杰;陳明;崔博強(qiáng);郭浩
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N33/24
• 分類(lèi)號(hào): G01N33/24
• 代理公司: 37252 青島智地領(lǐng)創(chuàng)專(zhuān)利代理有限公司
• 代理人: 黃鈺

1.一種模擬采動(dòng)影響下不同區(qū)域煤體受力的非均布加載方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、從煤礦回采施工現(xiàn)場(chǎng)采集煤巖并制作煤巖試樣，對(duì)煤巖試樣進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)得到煤巖試樣的力學(xué)參數(shù)；

步驟二、將水泥、碳酸鈣、煤粉、水和外加劑按照比例注入模具中制作多個(gè)類(lèi)煤巖試樣，類(lèi)煤巖試樣的力學(xué)參數(shù)與煤巖試樣的力學(xué)參數(shù)相似，在類(lèi)煤巖試樣中設(shè)置有應(yīng)力應(yīng)變傳感器布置孔道，在應(yīng)力應(yīng)變傳感器布置孔道中布置有應(yīng)力應(yīng)變傳感器；所述模具的一側(cè)開(kāi)設(shè)有槽口，槽口中滑動(dòng)連接有調(diào)整墊板，根據(jù)調(diào)整墊板伸入槽口的長(zhǎng)度來(lái)設(shè)置成型的類(lèi)煤巖試樣中應(yīng)力應(yīng)變傳感器布置孔道的深度；通過(guò)粘合劑將應(yīng)力應(yīng)變傳感器粘貼于應(yīng)力應(yīng)變傳感器布置孔道內(nèi)，向應(yīng)力應(yīng)變傳感器布置孔道內(nèi)裝滿填充物并將槽口打磨平整；

步驟三、將多個(gè)類(lèi)煤巖試樣依次排列為一列，相鄰的類(lèi)煤巖試樣接觸面之間通過(guò)粘合劑粘接，以模擬煤巖依次排列的不同區(qū)域；

步驟四、通過(guò)同步位移控制方式對(duì)多個(gè)類(lèi)煤巖試樣施加水平應(yīng)力F至預(yù)定值，通過(guò)同步位移控制方式對(duì)多個(gè)類(lèi)煤巖試樣從右到左分別施加垂向應(yīng)力P₁、P₂、P₃……Pn至預(yù)定值P，此時(shí)P與P₁、P₂、P₃……Pn均相等，側(cè)向約束力F_C由水平應(yīng)力F和垂向應(yīng)力P₁、P₂、P₃……Pn共同作用產(chǎn)生；

步驟五、通過(guò)位移控制方式對(duì)最右端的類(lèi)煤巖試樣加載，設(shè)定停止加載閾值σ_m，其中，σ_m為巖石的峰后強(qiáng)度，設(shè)定σ_m＝40％×峰值強(qiáng)度，峰值強(qiáng)度在試驗(yàn)過(guò)程中自動(dòng)識(shí)別，加載作位移保持，以模擬實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中煤體卸壓區(qū)；

通過(guò)位移控制方式分別對(duì)最右端和最左端之間的類(lèi)煤巖試樣加載，設(shè)定停止加載閾值分別為P′₂、P′₃……P′_n-1，P′₂＝2P，P′₃……P′_n-1在小于2P且大于P的范圍內(nèi)依次遞減，以模擬實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中煤體應(yīng)力集中區(qū)；

對(duì)最左端的類(lèi)煤巖試樣保持Pn＝P的加載不變，加載作位移保持，以模擬實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中原巖應(yīng)力區(qū)；

步驟六、通過(guò)同步應(yīng)力控制方式對(duì)最右端和最左端之間的類(lèi)煤巖試樣加載至類(lèi)煤巖試樣完全破壞；

步驟七、在步驟一至步驟六的過(guò)程中，記錄水平應(yīng)力和水平位移的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，記錄垂向應(yīng)力和垂向位移的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，由應(yīng)力應(yīng)變傳感器監(jiān)測(cè)獲得側(cè)向約束力和側(cè)向位移的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)聲發(fā)射系統(tǒng)監(jiān)測(cè)類(lèi)煤巖試樣破壞各階段聲發(fā)射能量、累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)和波形的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；

步驟八、由步驟七的試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到在不同垂向應(yīng)力、水平應(yīng)力和側(cè)向約束力下煤巖進(jìn)入峰前損傷變形與峰后破裂碎脹階段的臨界條件，以及得到在不同垂向應(yīng)力、水平應(yīng)力和側(cè)向約束力下煤巖變形破壞行為與能量演化的內(nèi)在關(guān)系，分析某一區(qū)域煤巖變形破壞對(duì)相鄰區(qū)域煤巖承載能力、變形破壞特征及能量積聚和釋放的影響，以研究深部采動(dòng)應(yīng)力下不同區(qū)域煤巖的變形特征及災(zāi)變?cè)杏^(guò)程。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬采動(dòng)影響下不同區(qū)域煤體受力的非均布加載方法，其特征在于：步驟一中，對(duì)煤巖試樣進(jìn)行單軸和三軸力學(xué)試驗(yàn)得到煤巖試樣抗壓強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角及泊松比的力學(xué)參數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬采動(dòng)影響下不同區(qū)域煤體受力的非均布加載方法，其特征在于：步驟二中，采用正交試驗(yàn)法確定水泥、碳酸鈣、煤粉、水和外加劑的比例，以使類(lèi)煤巖試樣的力學(xué)參數(shù)與煤巖試樣脆性、剪脹及摩擦特性的力學(xué)參數(shù)相似。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬采動(dòng)影響下不同區(qū)域煤體受力的非均布加載方法，其特征在于：步驟二中，先將水泥、碳酸鈣、煤粉、水和外加劑按照比例混合成配比材料并攪拌，將攪拌好的配比材料注入模具中，通過(guò)振動(dòng)臺(tái)將模具中的配比材料振動(dòng)均質(zhì)密實(shí)，1天后拆除模具，將得到的類(lèi)煤巖試樣放入養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)28天。