[發明專利]一種定量分析環境因素對煤系泥巖力學性質影響的方法

在審

• 申請號: 202011086767.2
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112240847A
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 孫中光;王璇;孫維;趙慶川;戴書球;譚一川;彭邁;張建鑫;韓麟之;梁帥;周琪森
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團重慶研究院有限公司;中煤科工集團重慶智慧城市科技研究院有限公司
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N1/44;G01N1/30;G01N3/02;G01N3/08
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.一種定量分析環境因素對煤系泥巖力學性質影響的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、現場采集巖樣，測定現場煤系泥巖巖樣在常溫下(25℃)主要力學參數(單軸抗壓強度、軸向膨脹應變)和礦物組分；

S2、選擇煤、鈣基膨潤土或鈉基膨潤土、粘土、石英砂、水泥和水作為原料進行研磨，根據現場采集巖樣礦物組分和強度，按照不同實驗分組配比制備煤系泥巖測試用巖樣；

S3、通過專用塑性烘干磨具烘干制樣，對各組測試泥巖巖樣開展常溫下巖石力學實驗(25℃)，測定其單軸抗壓強度、軸向膨脹應變；

S4、選取與現場巖樣單軸抗壓強度和軸向膨脹應變最接近的一組煤系泥巖樣配方作為標準配比，按照標準配比通過專用塑性烘干磨具批量制備多組實驗巖樣；

S5、采用控制變量法分組試驗，其中：

S5-1：將批量制備的各分組實驗巖樣分別放在溫度控制柜中，保持不同設定溫度下恒溫1小時(如25℃、35℃、45℃)以備力學性能測試；

S5-2：在常溫下，將批量制備的各分組實驗巖樣分別浸水，浸水時間(如0.5h、1.0h、1.5h、2.0h)，取出實驗巖樣用烘干機烘干后以備力學性能測試；

S5-3：在常溫下，將批量制備的各分組實驗巖樣放在膨脹儀中并浸水，利用空壓機和穩壓閥調節氣壓，利用氣體壓力向容器中的水施加壓力(如0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa)，達到模擬不同環境水壓的效果，取出實驗巖樣用烘干機烘干后以備力學性能測試；

S6、利用單軸壓力機對S5中制備好的實驗巖樣分別開展單軸壓縮實驗，測量實驗巖樣的全應力-應變曲線；

S7：測量各組實驗巖樣的峰值應力和殘余應力；

S8：根據實驗統計結果，得到巖石試樣力學性質與各環境因素對應的擬合公式，定量分析環境因素(如環境溫度、環境水壓、浸水時間)對煤系泥巖力學性質的影響趨勢和影響程度。

2.如權利要求1所述定量分析環境因素對煤系泥巖力學性質影響的方法，其特征在于，步驟S2中煤系泥巖樣各組分的質量占比為：煤粉占總料比重為5％～15％，膨潤土占總料比重為10％～20％，粘土占總料比重為5％～10％，石英砂占總料比重為30％～40％，水泥占總料比重為5％～15％，其余占比為水。

3.如權利要求2所述定量分析環境因素對煤系泥巖力學性質影響的方法，其特征在于，步驟S3和S4中塑性烘干磨具包括保溫箱、放置在保溫箱內的若干塑形試件保護套、扣合在塑形試件保護套上的塑形試件保護蓋和放置在保溫箱底部的第一加熱管，塑形試件保護套上均勻開設有透氣孔，保溫箱上安裝有溫控器，塑形試件保護套為兩塊均勻開設有透氣孔的弧形板拼裝而成。

4.如權利要求3所述定量分析環境因素對煤系泥巖力學性質影響的方法，其特征在于，步驟S5-3中膨脹儀包括箱體、固定安裝在箱體上的蓋板、套裝在箱體內用于放置待檢測試樣的金屬套筒以及為箱體提供長期穩定壓力的空壓機，空壓機上安裝有穩壓閥，箱體內放置有便于待檢測試樣持續浸泡的水，箱體內的水中安裝有帶溫控器的加熱裝置，套筒內的待檢測試樣上方卡設有帶壓力傳感器的擋板，套筒中部安裝有自由端穿出蓋板且固定安裝有千分表的探針，蓋板上還安裝有與壓力傳感器信號連接的萬用表。

5.如權利要求4所述定量分析環境因素對煤系泥巖力學性質影響的方法，其特征在于，所述穩壓閥的控制精度為0.1Mpa，穩壓閥的調節范圍為0.1Mpa～1.0Mpa，千分表的控制精度為0.001mm，壓力傳感器為電阻式薄膜壓力傳感器，壓力傳感器的感應范圍為0～5Mpa，壓力傳感器能夠將0N～20N壓力轉換成萬用表上電阻值的變化。

6.如權利要求5所述定量分析環境因素對煤系泥巖力學性質影響的方法，其特征在于，所述加熱裝置為插在套筒下方水中的第二加熱管，溫控器上安裝有自帶插座的感溫探頭。

7.如權利要求6所述定量分析環境因素對煤系泥巖力學性質影響的方法，其特征在于，所述套筒內側的待檢測試樣外套有帶孔隔層。

8.如權利要求7所述定量分析環境因素對煤系泥巖力學性質影響的方法，其特征在于，所述箱體與蓋板通過螺栓緊固件連接。