[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

本發明公開了一種采動區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)在管道內粘貼若干應變片，將管道插入上下巖塊整體的通孔；4)試件養護；5)試件通過變角剪切夾具安裝MTS試驗機上；6)在試件上安裝聲發射探頭、內窺鏡探頭和電阻監測儀觸點，并連接好監測設備；7)設置MTS試驗機的加載路徑，對試件加載；8)數據分析處理。本發明能精準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。根據現場不同的地質條件及時對實驗條件進行調整，可針對不同開采階段、空間位置調整應力加載路徑，提高研究的針對性，且該方法可重復性強，能更好的保障實驗結果的準確性。

技術領域

本發明涉及礦山工程技術及煤礦安全生產領域，具體涉及一種采動區地面井剪切破壞模擬實驗方法。

背景技術

采動卸壓地面井瓦斯抽采技術在工程應用過程中往往會因為煤層的采動影響導致地面井的失穩破壞進而失效，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的應用十分重要。基于國內外學者的研究，采動區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場條件較為復雜，難以通過實驗室簡單的力學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律的研究大多利用數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，導致實驗結果往往不夠理想。

因此，亟需研發一種能解決上述問題的方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種采動區地面井剪切破壞模擬實驗方法，以解決現有技術中存在的問題。

為實現本發明目的而采用的技術方案是這樣的，一種采動區地面井剪切破壞模擬實驗方法，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和巖塊Ⅱ。其中，所述巖塊Ⅰ的一側和巖塊Ⅱ的一側均為鋸齒面。

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壁上粘貼若干應變片，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，另一端靠近巖塊Ⅱ背離巖塊Ⅰ的一側。

4)將所述試件放入養護箱中進行養護。

5)將變角剪切夾具安裝MTS試驗機上，并將所述試件安裝在變角剪切夾具上。

6)將若干所述應變片與動態應變監測儀連接，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連接，將內窺鏡的探頭放入地面井模擬管道并靠近試件的剪切面，將電阻監測儀的兩個觸點分別連接到地面井模擬管道的兩端。

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

8)對數據進行分析處理，得到實驗結果。

進一步，在步驟1)中，所述巖塊Ⅰ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。

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：