[發明專利]含斷層煤系巖層煤與瓦斯突出模擬試驗方法

有效

• 申請號: 201910281874.1
• 申請日: 2019-04-09
• 公開（公告）號: CN109991391B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 張東明;葉辰;尹光志;李樹建;楚亞培;葉茂林;楊邦友;李小明;肖偉晶;金磊
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 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

1.一種含斷層煤系巖層煤與瓦斯突出模擬試驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)試驗相似材料的制備；

(a)確定研究對象的巖層劃分情況，進行各巖層的物理力學性質測量；進一步根據試驗方案確定相似模型材料的相似比；

(b)選擇河沙、水泥及石膏作為相似模型材料，按照幾何相似比、應力相似比、質量相似比計算出各層相似材料所需質量；將河沙、水泥及石膏按一定比例混合均勻，加入適量水進一步攪拌均勻后制成各巖層的相似模型材料；

(2)含斷層煤系巖層相似模型制備；

將步驟(1)中制備的各巖層相似模型材料按研究對象的巖層劃分情況放入試件箱中，并將所研究的主要斷層布置在試件箱中部；在相似模型中埋設入應力傳感器、溫度傳感器、聲發射傳感器，并與數據采集系統連接；

(3)試件箱的安裝；

將伺服液壓油缸收回，將反力框架翻轉90°，使之呈水平布置，以方便后續將試件箱放入反力框架的預定位置；反力框架水平布置后，拆除反力框架的上橫梁；將試件箱翻轉90°，與安裝在反力框架上的液壓油缸位置對應；通過單軌電動葫蘆吊裝試件箱，將其安放在反力框架內的預定位置；安裝好拆除的上橫梁，將反力框架反方向翻轉90°，使反力框架與試件箱一同恢復原位；

(4)將壓頭與試件箱接觸，檢查傳感器連線是否正常，準備進行試驗；

(5)進行二維動靜組合加載相似模擬試驗并采集數據；

先進行靜載加載，再進行動荷載加載及數據采集，以上下方向為Z向，左右方向為X向，前后方向為Y向；

靜載加載：

(a)同時加載Z向和X向至a千牛，a為自然數；

(b)保持載荷t分鐘，t為自然數；

(c)同時加載Z向豎直壓力和X向水平壓力至2a千牛；

(d)重復步驟(a)～(c)直到雙向加載壓力達到預定值，步驟(a)～(d)中，加載速率恒定；

動荷載加載及數據采集：

(a)X向施加水平動荷載，包括設置動荷載振幅；設置動荷載頻率；設置動荷載循環次數；開始施加動荷載并觀測記錄數據；

(b)Z向施加垂直動荷載，包括設置動荷載振幅；設置動荷載頻率；設置動荷載循環次數；開始施加動荷載并觀測記錄數據；

(c)X向施加水平動荷載，Z向施加垂直動荷載，包括設置動荷載振幅；設置動荷載頻率；設置動荷載循環次數；開始施加動荷載并觀測記錄數據；

在(a)～(c)中，動荷載數據采集系統采集壓頭處的應力、位移數據，預先埋設在試件箱中的應力傳感器、溫度傳感器采集煤巖體內部的應力數據，利用高速攝像機拍攝突出過程，并結合聲發射裝置研究煤與瓦斯突出過程中的聲發射現象發展規律。

2.按照權利要求1所述的含斷層煤系巖層煤與瓦斯突出模擬試驗方法，其特征在于，所述靜載加載之后，先進行脫氣、充氣后，再進行動荷載加載及數據采集；

脫氣：保持液壓油缸壓力穩定在預定的壓力程度，檢查試件箱氣密性，用真空泵進行脫氣，脫氣時間根據成型煤樣強度而定，但至少脫氣24h，以保證良好的脫氣效果；

充氣：脫氣后，維持液壓油缸軸向壓力不變，將高壓高純甲烷鋼瓶或二氧化碳鋼瓶與試件箱的氣體充填管路連接妥當，并保證絕對的氣密性，再進行充氣，充氣時間36h～48h，使相似材料瓦斯充分吸附平衡。

3.按照權利要求1所述的含斷層煤系巖層煤與瓦斯突出模擬試驗方法，其特征在于，靜載加載的載荷范圍為5～500kN，動荷載頻率范圍為0.01Hz～10Hz。