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专利号: 2020114898330
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: 土层或岩石的钻进;采矿
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:

1.一种基于氡气析出浓度的围岩松动圈测量方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:在待测巷道内,选取代表性煤岩体钻取岩芯,制成煤岩试件(9),送至实验室;

步骤二:使用试件氡气析出测量装置对试件(9)进行加载,获得试件(9)应力‑应变曲线;并于试件(9)加载过程中,实时记录试件(9)氡气析出浓度,获得氡气浓度‑加载时间曲线;

步骤三:根据试件(9)应力‑应变曲线和氡气浓度‑加载时间曲线,得出试件(9)破坏时氡气析出浓度值,记为v;并根据该浓度值计算出现场松动圈氡气浓度阈值V;

步骤四:沿待测巷道布置多个测站,并根据待测巷道所属地质条件确定测站间距;

步骤五:在测站向两侧煤岩体施工探测钻孔(1),并于每一钻孔(1)内由里向外布置多个测点,分别编号为D1~Dn;

步骤六:使用巷道围岩氡气析出测量装置测量钻孔(1)内所设测点的氡气析出浓度值,记为S1、S2、S3...Sn;

步骤七:重复步骤六,完成全部探测钻孔(1)内氡气析出浓度测量;

步骤八:将步骤六、七中所获得的测点氡气析出浓度值S与步骤三中所获得的现场松动圈氡气浓度阈值V相比较,当S<V时,围岩未发生破环;当S≥V时,测点位于围岩松动圈范围内,从而确定围岩松动圈。

2.根据权利要求1所述的基于氡气析出浓度的围岩松动圈测量方法,其特征在于,步骤二中,所述试件氡气析出测量装置包括试件(9)、刚性实验机(7)、密封盒(8)、第一测氡仪(10)、贴于试件(9)上的应变片以及与应变片和刚性实验机电连接的计算机(12);所述刚性实验机(7)内设置有上压头(71)和下压头(72),密封盒(8)设置于上压头(71)和下压头(72)之间;所述密封盒(8)朝向上压头(71)一侧开口,并于开口处设置有带孔的弹性橡胶膜(81),试件(9)放置于密封盒(8)内,上压头(71)通过弹性橡胶膜(81)作用于试件(9)上;所述密封盒(8)一侧开连接孔(82),第一测氡仪(10)通过第一橡胶软管(11)与连接孔(82)连接;测试时,首先,将试件(9)放入密封盒(8)内,并将密封盒(8)通过盒顶带孔的弹性橡胶膜(81)与刚性实验机(7)压头连接,检查密封盒(8)密闭性;然后,将第一测氡仪(10)与密封盒(8)通过第一橡胶软管(11)连接,打开第一测氡仪(10),使其内部气泵循环工作5min,进行仪器校准;仪器校准完成后,读取第一测氡仪(10)所测量的密封盒(8)内氡气浓度,作为试件(9)加载前氡气析出浓度值,记为x;最后,通过刚性实验机(7)的上压头(71)加载试件(9),获得试件(9)应力一应变曲线;加载时间为2~3h,第一测氡仪(10)每5min记录一个浓度值,得出氡气浓度‑加载时间曲线。

3.根据权利要求2所述的基于氡气析出浓度的围岩松动圈测量方法,其特征在于,氡气浓度阈值V计算方法为:V=λ·v,λ=Xp/x;其中,v为试件(9)破坏时的氡气析出浓度值,λ为氡气修正系数,Xp为现场实测全部钻孔(1)孔底氡气析出浓度值的平均值,x为试件(9)加载前密封盒(8)内氡气浓度。

4.根据权利要求1所述的基于氡气析出浓度的围岩松动圈测量方法,其特征在于,步骤四中,相邻两测站之间间距为30~100m。

5.根据权利要求1所述的基于氡气析出浓度的围岩松动圈测量方法,其特征在于,步骤五中,探测钻孔(1)的深度计算方法为:L=k(1.5+B/10)+1,其中,L为探测钻孔(1)的深度,B为巷道的宽度,k为围岩影响系数,取值0.9~1.2。

6.根据权利要求1所述的基于氡气析出浓度的围岩松动圈测量方法,其特征在于,步骤六中,所述巷道围岩氡气析出测量装置包括第二测氡仪(2)、充气筒(5)、封隔器(6)、用于连接第二测氡仪(2)与封隔器(6)的塑料管(3)以及用于连接充气筒(5)与封隔器(6)的第二橡胶软管(4);所述塑料管(3)上标识有刻度线;所述封隔器(6)包括封隔气囊(61)、进气管(62)以及塑料支管(63);所述封隔气囊(61)为前后设置的两个,通过进气管(62)连通,其中一个封隔气囊(61)上设置有充气口(65)和封隔器接口(66),充气口(65)用于与第二橡胶软管(4)连接,封隔器接口(66)用于与塑料管(3)连接;所述塑料支管(63)连接两封隔气囊(61),并通过封隔器接口(66)与塑料管(3)连接,两封隔气囊(61)之间的管壁上均布多个进气口(64);测量时,首先,打开第二测氡仪(2)工作3h,校准测定系数,校准完成后关闭仪器;

然后,将封隔器(6)放入探测钻孔(1),并通过塑料管(3)上刻度线使封隔器(6)端头与测点D1对齐,使用充气筒(5)对封隔气囊(61)加压直至封隔气囊(61)紧贴探测钻孔(1)孔壁;接着,打开第二测氡仪(2),设置测量间隔为5min,连续测量30min,记录测定数据S1‑1、S1‑

2...S1‑6,取平均值作为测点D1的氡气析出浓度值,记为S1;再接着,打开充气筒(5),使两个封隔气囊(61)卸压,封隔气囊(61)脱离探测钻孔(1)孔壁,移动封隔器(6)位置;最后,重复上述步骤,依次测量测点D2、D3...Dn,测量结果记为S2、S3...Sn。

7.根据权利要求6所述的基于氡气析出浓度的围岩松动圈测量方法,其特征在于,每一进气口(64)上均设置有塑料滤网。