[發明專利]模擬采動影響下不同區域煤體受力的非均布加載方法

有效

• 申請號: 201710683010.3
• 申請日: 2017-08-11
• 公開（公告）號: CN107478804B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 李楊楊;張士川;孫熙震;文志杰;王曉;陳紹杰;陳明;崔博強;郭浩
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 37252 青島智地領創專利代理有限公司
• 代理人: 黃鈺

本發明提出一種模擬采動影響下不同區域煤體受力的非均布加載方法，包括以下步驟：從煤礦回采施工現場采集制作煤巖試樣；利用現有材料制作類煤巖試樣；將多個類煤巖試樣依次排列為一列模擬煤巖依次排列的不同區域；對不同區域類煤巖試樣施加非均布載荷；記錄試驗數據；對試驗數據進行數據分析以研究深部采動應力下不同區域煤巖的變形破壞特征及動力災變孕育過程。本發明的有益效果：對不同區域的類煤巖試樣施加非均布載荷，逼真地模擬深部開采煤體支承應力分布規律，進而定量研究深部采動應力下不同區域煤巖變形破壞特征及動力災變孕育過程。

技術領域

本發明涉及采礦工程模擬試驗技術領域，特別是涉及一種模擬采動影響下不同區域煤體受力的非均布加載方法。

背景技術

如圖1所示，煤礦巷道掘進或工作面開采時，在采動壓力和開挖卸荷作用下，采掘空間圍巖經歷了支承壓力升高而圍壓逐漸降低的過程，巷道兩側和工作面前方不同部位煤(巖)體支承壓力和圍壓區域特征明顯。在不同開采深度及開采方式條件下，雖然支承應力的分布規律基本一致，但是不同區域煤體所承受的采動應力和圍壓不同，因此其承載能力和變形變形破壞特征也不相同。

目前國內外學者主要通過理論分析、數值模擬和室內力學實驗研究巖石的變形破壞特征，在室內力學實驗方面，目前主要的試驗方法為單軸、三軸、循環加卸載和卸圍壓等，上述方法的試驗對象為單一巖石試件，無法進行多個巖石試件的試驗，并且上述試驗方法主要通過改變巖石試件的圍壓來模擬該試件所處的不同區域。然而實際開采過程中，處在同一開采深度，距離采掘空間不同位置的煤巖體受到的采動應力和圍壓有明顯差異，并且不同區域的煤巖體的變形破壞往往受到相鄰區域煤巖體的變形破壞的影響。因此，目前國內外學者主要通過理論分析和室內力學試驗，對煤巖變形破壞特征進行了大量研究。姜德義等人在《鹽巖在圍壓卸荷作用下的擴容特征研究》中研究了巖鹽在圍壓卸荷作用下的變形擴容特征，認為與單軸壓縮條件相比，卸荷條件下變形速率及幅度減小，并且溫度對變形存在促進作用；劉泉聲等人在《高位應力下原煤三軸壓縮力學特性研究》中研究了常規三軸不同圍壓下原煤的變形破壞特性，結果表明在低圍壓條件下表現出變形機制，且圍壓越低變形特征越明顯；李楊楊在《采動影響下煤(巖)體變形破壞特征及能量演化規律研究》中研究了單軸循環加卸載下煤巖變形破壞特征及能量演化規律，提出了煤巖變形破壞過程發展階段能量的積聚和釋放機制。然而目前仍然以下問題有待進一步研究和探討，如傳統試驗只是對單個煤巖試樣進行均布加載分析，無法模擬深部開采煤體支承應力分布規律；如何通過非均布載荷試驗模擬深部采動的真實過程，非均布載荷試驗下不同區域煤巖損傷破壞行為與常規力學試驗存在怎樣的差異，該如何描述非均布載荷下煤巖變形破壞特征和破裂碎脹演化機制；某一區域煤巖變形破壞對相鄰區域煤巖承載能力、變形破壞特征及能量積聚和釋放的有何影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種模擬采動影響下不同區域煤體受力的非均布加載方法，對不同區域的類煤巖試樣施加非均布載荷，逼真地模擬深部開采煤體支承應力分布規律，進而定量研究深部采動應力下不同區域煤巖的變形破壞特征及災變孕育過程。

本發明提供一種模擬采動影響下不同區域煤體受力的非均布加載方法，包括以下步驟：

步驟一、從煤礦回采施工現場采集煤巖并制作煤巖試樣，對煤巖試樣進行力學試驗得到煤巖試樣的力學參數；

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類煤巖試樣，類煤巖試樣的力學參數與煤巖試樣的力學參數相似，在類煤巖試樣中設置有應力應變傳感器布置孔道，在應力應變傳感器布置孔道中布置有應力應變傳感器；

步驟三、將多個類煤巖試樣依次排列為一列，相鄰的類煤巖試樣接觸面之間通過粘合劑粘接，以模擬煤巖依次排列的不同區域；