[發(fā)明專利]一種采動區(qū)地面井剪切破壞模擬實驗方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210001058.2
• 申請日: 2022-01-04
• 公開（公告）號: CN114486563B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 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(wù)所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔

本發(fā)明公開了一種采動區(qū)地面井剪切破壞模擬實驗方法，步驟為：1)制作上下巖塊；2)上下巖塊采用鋸齒面咬合；3)在管道內(nèi)粘貼若干應(yīng)變片，將管道插入上下巖塊整體的通孔；4)試件養(yǎng)護(hù)；5)試件通過變角剪切夾具安裝MTS試驗機(jī)上；6)在試件上安裝聲發(fā)射探頭、內(nèi)窺鏡探頭和電阻監(jiān)測儀觸點，并連接好監(jiān)測設(shè)備；7)設(shè)置MTS試驗機(jī)的加載路徑，對試件加載；8)數(shù)據(jù)分析處理。本發(fā)明能精準(zhǔn)定位不同采動條件下地面井剪切破壞位置，并表征地面井井壁破壞程度。根據(jù)現(xiàn)場不同的地質(zhì)條件及時對實驗條件進(jìn)行調(diào)整，可針對不同開采階段、空間位置調(diào)整應(yīng)力加載路徑，提高研究的針對性，且該方法可重復(fù)性強(qiáng)，能更好的保障實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及礦山工程技術(shù)及煤礦安全生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種采動區(qū)地面井剪切破壞模擬實驗方法。

背景技術(shù)

采動卸壓地面井瓦斯抽采技術(shù)在工程應(yīng)用過程中往往會因為煤層的采動影響導(dǎo)致地面井的失穩(wěn)破壞進(jìn)而失效，因此探究地面井在煤層采動過程中的變形破壞過程對于該技術(shù)的應(yīng)用十分重要。基于國內(nèi)外學(xué)者的研究，采動區(qū)地面井的主要破壞形式包括剪切破壞、拉伸破壞和擠壓破壞，其中以剪切破壞最為常見，但由于地面井施工現(xiàn)場條件較為復(fù)雜，難以通過實驗室簡單的力學(xué)試驗來研究地面井在采動過程中的變形情況。目前針對地面井變形規(guī)律的研究大多利用數(shù)值模擬或者相似模擬試驗，相似模擬試驗條件雖然能夠比較接近實際工程實際情況，但實驗過程需要消耗大量的人力物力且試驗過程干擾因素較多，導(dǎo)致實驗結(jié)果往往不夠理想。

因此，亟需研發(fā)一種能解決上述問題的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種采動區(qū)地面井剪切破壞模擬實驗方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

為實現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種采動區(qū)地面井剪切破壞模擬實驗方法，包括以下步驟：

1)根據(jù)礦井地質(zhì)條件及地面井所處位置，選取對應(yīng)材料及相應(yīng)配比，分別制作出巖塊Ⅰ和巖塊Ⅱ。其中，所述巖塊Ⅰ的一側(cè)和巖塊Ⅱ的一側(cè)均為鋸齒面。

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

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

4)將所述試件放入養(yǎng)護(hù)箱中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

5)將變角剪切夾具安裝MTS試驗機(jī)上，并將所述試件安裝在變角剪切夾具上。

6)將若干所述應(yīng)變片與動態(tài)應(yīng)變監(jiān)測儀連接，聲發(fā)射探頭粘貼在試件的外壁上并靠近剪切面，聲發(fā)射探頭與聲發(fā)射監(jiān)測設(shè)備連接，將內(nèi)窺鏡的探頭放入地面井模擬管道并靠近試件的剪切面，將電阻監(jiān)測儀的兩個觸點分別連接到地面井模擬管道的兩端。

7)設(shè)置所述MTS試驗機(jī)的加載路徑，對試件進(jìn)行加載試驗，聲發(fā)射監(jiān)測設(shè)備、動態(tài)應(yīng)變監(jiān)測儀、內(nèi)窺鏡和電阻監(jiān)測儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

8)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到實驗結(jié)果。

進(jìn)一步，在步驟1)中，所述巖塊Ⅰ的材料按質(zhì)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的材料按質(zhì)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。

所述原型和模型的物理量包括幾何尺寸l、容重γ、時間t、彈性模量E和應(yīng)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(shù)，各物理量之間的相似比為：