[發明專利]層理面粗糙度影響開采煤層變形與滲透性試驗方法

有效

• 申請號: 201810948240.2
• 申請日: 2018-08-20
• 公開（公告）號: CN108871905B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 劉義鑫;程衛民;江成浩;韓耀中
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N33/22
• 代理公司: 重慶天成卓越專利代理事務所(普通合伙) 50240
• 代理人: 譚小容

本發明公開了一種層理面粗糙度影響開采煤層變形與滲透性試驗方法，步驟為：制作試驗裝置，包括“凹”字形的密封腔體和透明盒，密封腔體的凹口部構成試件放置腔，前壓板配備有前壓桿，試件放置腔左、右、后側配備有側壓板，側壓板的首端開有透氣孔，側壓板配備有側壓桿，上墊板上方前后緊挨地設置有上壓板，上壓板均配備有上壓桿，上壓桿的端頭采用兩塊夾板之間安裝球形滾珠的結構；準備煤粉；型煤試件制備；型煤試件安裝；施加三軸應力；施加瓦斯壓力；進行試驗；同組其他試驗，更換不同表面粗糙度的上墊板，并重新壓制上表面與上墊板下表面粗糙度吻合的型煤試件；整理試驗數據。從而進行煤體層理面粗糙度與煤層變形與滲透率的三軸真實模擬試驗。

技術領域

本發明屬于煤礦安全技術領域，具體地講，涉及一種層理面粗糙度影響開采煤層變形與滲透性試驗方法。

背景技術

巖體中廣泛存在的各種不連續結構面，如褶皺、斷層、層理、節理、劈理等，是不同時期地質構造作用孕育的產物。層理作為一種重要的地質結構面，其力學性質明顯影響巖體各類力學性質(如抗壓強度、彈性模量等)，并常常成為控制大壩、邊坡、地下硐室等各類巖體工程穩定性的關鍵因素之一。

地下開采破壞了圍巖的平衡，導致應力重分布，從而使巖體中存在的破壞點接近破壞點。這種破壞可以以穩定或不穩定的方式發生，這取決于特征不連續剪切應力-剪切位移行為、應力場和周圍礦山環境的剛度。在煤礦開采過程中，由于煤層工作面掘進形成局部采空區，誘使頂板下沉或垮落，而頂板下沉過程中，其與煤層之間的層理面發生剪切錯動，導致煤層發生明顯變形或損傷破壞，從而誘發煤礦災害。因此，層理面粗糙度影響開采煤層變形與滲透性試驗，可為深入揭示煤與瓦斯突出機理與風險識別提供理論支撐和工程指導。

目前，國內外學者在層理面粗糙度影響開采煤層變形與滲透性方面的研究較少，僅有的室內研究亦集中于二維相似模擬，未考慮瓦斯壓力影響，且往往忽略了層理面粗糙度這一影響因素，仍缺乏一種有效的試驗裝置及方法來模擬真三軸應力狀態下層理面粗糙度影響開采煤層變形與滲透性演化，從而研究真三軸應力狀態下層理面粗糙度對煤體變形與滲透性的影響。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種層理面粗糙度影響開采煤層變形與滲透性試驗方法，用于研究真三軸應力狀態下層理面粗糙度對煤與瓦斯突出的影響。

為此，本發明所采用的技術方案為：一種層理面粗糙度影響開采煤層變形與滲透性試驗方法，包括以下步驟：

步驟一、制作試驗裝置；

所述試驗裝置包括“凹”字形的密封腔體，所述密封腔體的凹口朝向前方，在密封腔體的前方設置有與凹口部等高、等寬的透明盒，所述透明盒的后部、頂部均敞開并正好與凹口部相連接，所述透明盒與密封腔體共用同一底板，且密封腔體的凹口部與透明盒之間左右緊挨地設置有若干透明材質的前壓板，從而使密封腔體的凹口部構成試件放置腔；

每個所述前壓板均配備有前壓桿，前壓桿由前向后穿過透明盒與各自對應的前壓板相連，每個前壓板對應的前壓桿各自獨立控制，并通過依次卸載模擬工作面的掘進速度；所述試件放置腔的左側、右側、后側分別配備有一塊側壓板，側壓板的首端插入到密封腔體的對應側壁上，并在首端開有透氣孔用于連通試件放置腔與密封腔體，每塊側壓板分別配備有一根側壓桿，側壓桿由外向內穿過密封腔體與側壓板的末端相連；所述試件放置腔及透明盒的內壁上緣共用同一上墊板，所述上墊板上方前后緊挨地設置有若干上壓板，每個上壓板均配備有上壓桿，上壓桿的端頭采用兩塊夾板之間安裝球形滾珠的結構，每個上壓板對應的上壓桿各自獨立控制，并通過施加不同的載荷，以反映煤層頂板在非均布載荷下的不均勻變形；

所述密封腔體的側壁上開有流體入孔，透明盒的側壁上開有流體出孔；

步驟二、準備煤粉，將原煤破碎研磨至要求粒徑范圍，通過震動篩將研磨后煤粉篩分并烘干備用；