[發明專利]一種采動區地面井剪切破壞模擬實驗方法

有效

• 申請號: 202210001058.2
• 申請日: 2022-01-04
• 公開（公告）號: CN114486563B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 鄒全樂;劉瑩;梁運培;王鑫;王智民;冉啟燦;夏曉峰;孔繁杰
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/02;G01N3/04;G01N3/06
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔

1.一種采動區地面井剪切破壞模擬實驗方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)根據礦井地質條件及地面井所處位置，選取對應材料及相應配比，分別制作出巖塊Ⅰ（10）和巖塊Ⅱ（11）；其中，所述巖塊Ⅰ（10）的一側和巖塊Ⅱ（11）的一側均為鋸齒面；

2)將所述巖塊Ⅰ（10）與巖塊Ⅱ（11）安裝并通過鋸齒面咬合，在巖塊Ⅰ（10）和巖塊Ⅱ（11）的整體上開設供地面井模擬管道（12）安裝的通孔，通孔的兩端分別貫穿巖塊Ⅰ（10）和巖塊Ⅱ（11）；

3)在所述地面井模擬管道（12）內壁上粘貼若干應變片，并將地面井模擬管道（12）插入巖塊Ⅰ（10）和巖塊Ⅱ（11）整體上的通孔，在通孔與地面井模擬管道（12）外壁之間注入水泥漿，完成試件的制作；其中，所述巖塊Ⅰ（10）和巖塊Ⅱ（11）的咬合面記為試件的剪切面，若干應變片均靠近試件的剪切面，地面井模擬管道（12）的一端靠近巖塊Ⅰ（10）背離巖塊Ⅱ（11）的一側，另一端靠近巖塊Ⅱ（11）背離巖塊Ⅰ（10）的一側；

4)將所述試件放入養護箱中進行養護；

5)將變角剪切夾具（9）安裝MTS試驗機（1）上，并將所述試件安裝在變角剪切夾具（9）上；

6)將若干所述應變片與動態應變監測儀（4）連接，聲發射探頭粘貼在試件的外壁上并靠近剪切面，聲發射探頭與聲發射監測設備（3）連接，將內窺鏡（7）的探頭放入地面井模擬管道（12）并靠近試件的剪切面，將電阻監測儀（8）的兩個觸點分別連接到地面井模擬管道（12）的兩端；

7)設置所述MTS試驗機（1）的加載路徑，對試件進行加載試驗，聲發射監測設備（3）、動態應變監測儀（4）、內窺鏡（7）和電阻監測儀（8）進行數據采集；

8)對數據進行分析處理，得到實驗結果；利用所述動態應變監測儀（4）測得的應變數據計算出地面井模擬管道（12）靠近試件剪切面位置的軸向變形和環向變形，結合試驗機加載應力數據，畫出對應位置的應力-應變曲線，根據聲發射監測設備（3）測得的數據推算采動過程中地面井發生破壞時間，利用聲發射定位系統定位各個時段地面井發生損傷破壞的位置，根據電阻監測儀（8）記錄的地面井模擬管道（12）電阻，利用電阻計算公式和內窺鏡（7）的視圖，計算出地面井模擬管道（12）在剪切面處的有效截面。

2.根據權利要求1所述的一種采動區地面井剪切破壞模擬實驗方法，其特征在于：在步驟1)中，所述巖塊Ⅰ（10）的材料按質量份包括：石英砂30份、石膏5份、碳酸鈣10份、骨料10份和水15份；所述巖塊Ⅱ（11）的材料按質量份包括：石英砂10份、水泥粉15、石膏15份、碳酸鈣15份、骨料5份和水15份；

原型和模型的物理量包括幾何尺寸、容重γ、時間t、彈性模量E和應力σ，p?和?m分別表示原型和模型的物理量，C表示相似常數，各物理量之間的相似比為：

3.根據權利要求1所述的一種采動區地面井剪切破壞模擬實驗方法，其特征在于：所述地面井模擬管道（12）由鎂鋁合金材料制成。

4.根據權利要求1所述的一種采動區地面井剪切破壞模擬實驗方法，其特征在于：所述巖塊Ⅰ（10）背離巖塊Ⅱ（11）的一側設置有水泥護環（13），地面井模擬管道（12）的上端位于水泥護環（13）內。

5.根據權利要求1所述的一種采動區地面井剪切破壞模擬實驗方法，其特征在于：所述應變片的表面涂有隔熱膠。

6.根據權利要求1所述的一種采動區地面井剪切破壞模擬實驗方法，其特征在于：步驟7)對所述試件進行加載時，施壓類型包括加載型、卸載型和穩定型，加載路徑為加載型、卸載型和穩定型中的至少一種；

所述加載型為逐漸增大對試件的荷載，卸載型為逐漸減小對試件的荷載，穩定型為對試件的荷載恒定不變，施壓類型根據礦井實際的開采階段以及空間位置進行確定。

7.根據權利要求1所述的一種采動區地面井剪切破壞模擬實驗方法，其特征在于：實驗過程中，采用攝像機（2）進行全程拍攝。