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专利号: 2019105424154
申请人: 中国矿业大学
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:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种破碎煤体注浆加固后界面强度测试方法,其特征在于,包括以下步骤:

(一)制作煤基体两块:在现场取煤样,并根据现场煤体赋存状态,将煤体压制成立方体煤基体,该煤基体为实验所需的尺寸;

(二)制作水泥浆;

(三)将两块煤基体的侧面和底面均匀涂抹凡士林,防止注入带压水泥浆时,水泥浆从侧面或底面渗漏;

(四)制作试样:

a、注浆腔室的横截面大于两个煤基体的横截面之和,且能同时竖直放置两个煤基体;

将涂抹好凡士林的煤基体分两次紧贴注浆腔室相对的两个壁面竖直放入,两个煤基体分置注浆腔室两侧,确保煤基体表面与注浆腔室内表面贴合密实;两块煤基体间留有注浆间隙;

b、将水泥浆注入两块煤基体间的注浆间隙,让水泥浆完全与注浆间隙内的煤基体壁面充分接触密实,之后形成试样;

(五)从腔室中取出水泥浆加固好的试样,在恒温恒湿条件下保养28天,使水泥浆完全固结,并胶结两块煤基体,备用;

(六)水泥浆加固煤基体界面强度测试:将试样水平置于上下布置的两个直剪盒内,直剪盒中部有容纳煤基体的通孔,以在水平方向限制煤基体的位置;直剪盒的厚度与试样中的煤基体厚度相等,两个直剪盒的位置分别对应两个煤基体的位置,中间留出与水泥浆充填厚度一致的剪切缝;在试样上顶面均匀撒上厚度一定的细沙,以保证顶面受力均匀;开动直剪仪器,约束上方的剪切盒位置,并将压头施加于试样顶面,调整垂直应力到设定值,并采用伺服控制,剪切过程中垂直压力保持不变,采用位移控制慢慢移动位于下方的剪切盒,实时采集剪切力,待到试样完全剪断后,停止试验,记录位移,峰值剪切力,残余剪切力等参数;

(七)将下一个经步骤(一)至(五)制作好的试样,重新设定新的垂直应力,重复步骤(六),测定新的峰值剪切力和残余剪切力;测定至少四组不同垂直应力下的和水泥浆加固煤体的剪切峰值力和残余峰值力;

(八)对采集的实验数据进行处理,数据拟合,计算注浆加固煤体界面的峰值和残余的内聚力和内摩擦角;将所得到的峰值和残余试验数据分别置于纵坐标为剪切应力,横坐标为垂直应力的二维坐标系下,采用直线拟合方法,所得直线倾角为内摩擦角,直线与纵坐标截距为内聚力;

峰值试验数据采用公式: 进行拟合,其中τ为水泥浆加固煤体界面的总峰值剪切应力,c为水泥浆加固煤体界面的峰值内聚力,σ为施加的垂直应力,是水泥浆加固煤体界面的峰值内摩擦角;残余试验数据采用公式: 进行拟合,其中τ1为水泥浆加固煤体界面的残余剪切应力,c1为水泥浆加固煤体界面的残余内聚力,σ为施加的垂直应力, 是水泥浆加固煤体界面的残余内摩擦角;

(九)设置对照组,将没有注浆加固的煤体界面作为对比组,即将步骤(一)中的制作的两个煤基体,重复步骤(六),但不留剪切缝,上下煤基体完全贴合在一起进行剪切试验,计算自然状态煤体的峰值和残余的内聚力和内摩擦角。

2.根据权利要求1所述的一种破碎煤体注浆加固后界面强度测试方法,其特征在于,步骤(一)中,煤基体的压制步骤为:A、现场取样:在现场取煤样,同时记录该煤样的埋深H;

B、煤样坚固性系数f1测定:将步骤A中取的煤样按照国标《煤的坚固性系数测定方法(GB/T23561.12-2010)》测定其坚固性系数f1;

C、型煤制作:①、利用成型压力公式计算相应的长方体尺寸的成型压力,试样尺寸等宽度且高度可调,成型压力公式为:P=W·h·γH,其中W为试件宽度,h为试件高度,γ为煤层上覆岩层容重,H为所述煤样埋深;②、用上述步骤计算出的成型压力P,将在步骤A中取得的较为小块的破碎煤样压制成实验尺寸的型煤,采用的压力为P,保压时间为t;③、对型煤进行烘干;

D、型煤坚固性系数f2测定:测试根据步骤C中制作的型煤试件的单轴抗压强度P0,并根据单轴抗压强度P0与坚固性系数f2之间的关系,即f2=P0/10,计算出型煤的坚固性系数f2;

E、对比煤样坚固性系数f1及型煤坚固性系数f2,确定保压时间t0:

若f1=f2,证明上述步骤C中的型煤制作保压时间t合适,参数准确,型煤坚固性可以反映煤体坚固性,此时上述步骤C中的保压时间t为t0;

若f1>f2,则需重复步骤C并增加保压时间t,然后重复步骤D至步骤E,直至测算结果f1=f2,型煤试件坚固性反映煤体坚固性,此时上述步骤C中调整后的保压时间t为t0;

若f1

F、压制煤基体:将现场取的煤样压制成实验所要求的形状及尺寸,其中压制时间为t0,成型压力P0=s×γ×H,s为煤基体的上表面积,压制完成后低温烘干。

3.根据权利要求1所述的一种破碎煤体注浆加固后界面强度测试方法,其特征在于,步骤(四)中采用的注浆腔室通过输气管与氮气罐连通,输气管上设有控制输气管导通或关闭的阀门,输气管上设有压力表及气压控制装置;在两块煤基体之间的注浆间隙注入水泥浆后,打开阀门,保持注浆腔室内的气压恒定1-2MPa,并维持30分钟。

4.根据权利要求1所述的一种破碎煤体注浆加固后界面强度测试方法,其特征在于,步骤(六)中采用的直剪盒,其通孔横截面大于煤基体穿过通孔的截面,直剪盒的自由端设有水平的螺纹配合的紧固螺栓;该紧固螺栓穿过直剪盒的自由端表面进入所述通孔,并对煤基体产生压力以固定煤基体。

5.根据权利要求4所述的一种破碎煤体注浆加固后界面强度测试方法,其特征在于,所述紧固螺栓与煤基体之间设有垫片。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种破碎煤体注浆加固后界面强度测试方法,其特征在于,步骤(一)中,在压制完煤基体后,用粗粒砂纸打磨煤基体表面,以形成和现场相似的粗糙界面。

7.根据权利要求1至5任意一项所述的一种破碎煤体注浆加固后界面强度测试方法,步骤(二)中,制作水泥浆时,水灰比为0.8:1。