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专利号: 2017106830103
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种模拟采动影响下不同区域煤体受力的非均布加载方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤一、从煤矿回采施工现场采集煤岩并制作煤岩试样,对煤岩试样进行力学试验得到煤岩试样的力学参数;

步骤二、将水泥、碳酸钙、煤粉、水和外加剂按照比例注入模具中制作多个类煤岩试样,类煤岩试样的力学参数与煤岩试样的力学参数相似,在类煤岩试样中设置有应力应变传感器布置孔道,在应力应变传感器布置孔道中布置有应力应变传感器;所述模具的一侧开设有槽口,槽口中滑动连接有调整垫板,根据调整垫板伸入槽口的长度来设置成型的类煤岩试样中应力应变传感器布置孔道的深度;通过粘合剂将应力应变传感器粘贴于应力应变传感器布置孔道内,向应力应变传感器布置孔道内装满填充物并将槽口打磨平整;

步骤三、将多个类煤岩试样依次排列为一列,相邻的类煤岩试样接触面之间通过粘合剂粘接,以模拟煤岩依次排列的不同区域;

步骤四、通过同步位移控制方式对多个类煤岩试样施加水平应力F至预定值,通过同步位移控制方式对多个类煤岩试样从右到左分别施加垂向应力P1、P2、P3……Pn至预定值P,此时P与P1、P2、P3……Pn均相等,侧向约束力FC由水平应力F和垂向应力P1、P2、P3……Pn共同作用产生;

步骤五、通过位移控制方式对最右端的类煤岩试样加载,设定停止加载阈值σm,其中,σm为岩石的峰后强度,设定σm=40%×峰值强度,峰值强度在试验过程中自动识别,加载作位移保持,以模拟实际开采过程中煤体卸压区;

通过位移控制方式分别对最右端和最左端之间的类煤岩试样加载,设定停止加载阈值分别为P′2、P′3……P′n-1,P′2=2P,P′3……P′n-1在小于2P且大于P的范围内依次递减,以模拟实际开采过程中煤体应力集中区;

对最左端的类煤岩试样保持Pn=P的加载不变,加载作位移保持,以模拟实际开采过程中原岩应力区;

步骤六、通过同步应力控制方式对最右端和最左端之间的类煤岩试样加载至类煤岩试样完全破坏;

步骤七、在步骤一至步骤六的过程中,记录水平应力和水平位移的试验数据,记录垂向应力和垂向位移的试验数据,由应力应变传感器监测获得侧向约束力和侧向位移的试验数据,通过声发射系统监测类煤岩试样破坏各阶段声发射能量、累计振铃计数和波形的试验数据;

步骤八、由步骤七的试验数据得到在不同垂向应力、水平应力和侧向约束力下煤岩进入峰前损伤变形与峰后破裂碎胀阶段的临界条件,以及得到在不同垂向应力、水平应力和侧向约束力下煤岩变形破坏行为与能量演化的内在关系,分析某一区域煤岩变形破坏对相邻区域煤岩承载能力、变形破坏特征及能量积聚和释放的影响,以研究深部采动应力下不同区域煤岩的变形特征及灾变孕育过程。

2.根据权利要求1所述的模拟采动影响下不同区域煤体受力的非均布加载方法,其特征在于:步骤一中,对煤岩试样进行单轴和三轴力学试验得到煤岩试样抗压强度、内摩擦角及泊松比的力学参数。

3.根据权利要求2所述的模拟采动影响下不同区域煤体受力的非均布加载方法,其特征在于:步骤二中,采用正交试验法确定水泥、碳酸钙、煤粉、水和外加剂的比例,以使类煤岩试样的力学参数与煤岩试样脆性、剪胀及摩擦特性的力学参数相似。

4.根据权利要求1所述的模拟采动影响下不同区域煤体受力的非均布加载方法,其特征在于:步骤二中,先将水泥、碳酸钙、煤粉、水和外加剂按照比例混合成配比材料并搅拌,将搅拌好的配比材料注入模具中,通过振动台将模具中的配比材料振动均质密实,1天后拆除模具,将得到的类煤岩试样放入养护箱养护28天。

5.根据权利要求1所述的模拟采动影响下不同区域煤体受力的非均布加载方法,其特征在于:步骤四中,施加水平应力F的同步位移控制方式设定为0.5mm/min,施加垂向应力的同步位移控制方式设定为0.5mm/min。

6.根据权利要求1所述的模拟采动影响下不同区域煤体受力的非均布加载方法,其特征在于:步骤五中,对最右端的类煤岩试样加载的位移控制方式设定为0.5mm/min,对最右端和最左端之间的类煤岩试样加载的位移控制方式设定为0.5mm/min。

7.根据权利要求1所述的模拟采动影响下不同区域煤体受力的非均布加载方法,其特征在于:步骤六中,对最右端和最左端之间的类煤岩试样加载的同步应力控制方式设定为

0.5kN/s。

8.根据权利要求1所述的模拟采动影响下不同区域煤体受力的非均布加载方法,其特征在于:步骤七中,声发射系统为PCI-2声发射系统,设置PCI-2声发射系统的主放为40dB,门槛值为45dB,探头谐振频率为20-400kHz,采样频率为106次/s。