一种全方位研究地下采矿的岩石力学实验方法技术

本发明专利技术公开了一种全方位研究地下采矿的岩石力学实验方法。该方法通过实验室可模拟矿井下不同部位岩石的受载破坏情况，本方法通过控制卸载速率和加载速率可模拟出矿井使用垮落和充填方法处理采空区的长壁与短壁采煤方法工作面前方的岩石受载破坏情况，并将它们和单轴实验、常规三轴实验及常规卸载实验进行比较和融合，提出了地下采矿各部位岩石受载破坏情况是不同的。本发明专利技术公开的采矿岩石力学实验是根据矿井不同区域围岩受力真实情况设计载荷路径，模拟矿井不同区域岩石的受载破坏实验。本发明专利技术可有效降低实验误差，解决以往常规加载破坏实验的缺陷，提高实验的准确性，最关键的是使得室内实验与实际工程更加紧密的联系在一起。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】所属
本专利技术涉及了采矿岩石力学的实验方法，尤其涉及一种在不同采空区处理方法下采用不同采煤方法时工作面前方或者巷道两侧围岩受载破坏过程的实验方法，属于采矿工程领域。
技术介绍
室内实验室做岩石破坏实验时，大多是加载破坏即单轴实验和常规三轴实验，然而矿井开采工作面前方与后方等多部位岩石属于卸压破坏，而且工作面前方岩石破坏方式与常规卸载又存在不同，这是由于煤矿开采会引起工作面前方应力变化，并且该应力是个动态变化过程。实践表明，无论是常规三轴还是常规卸载实验，它们只是能够模拟出煤矿下某个部位的岩石的受载破坏情况。专利技术人发现现有的实验中存在以下问题:单轴实验只是模拟了矿井工作面或者巷道边墙岩石的受载破坏;常规三轴实验只是加压破坏，即保持围压不变增大轴压，观察岩石的破坏，只模拟远离巷道和工作面处不受采动影响岩石的破坏;而常规卸载实验保持轴压不变将围压卸载，观察岩石破坏，只模拟了矿井处于正开挖状态下的岩石破坏。然而工作面前方等多部位岩体的破坏与上述几种方式存在很大不同，这就需要建立一组实验来进行采矿岩石力学的研究，因此本专利技术在原有实验的基础上提出了采动应力加卸载实验，结合了单轴实验、常规三轴实验和常规卸载实验，建立了一整套研究采矿岩石受载破坏情况的实验系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是为研究采矿工程领域各部位的岩石破坏提供一种全面的实验研究方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的:本专利技术实施方式提供了一种新的采矿岩石力学的实验方法，该方法包括如下:所述的采矿岩石力学的实验方法，其特征在于:包括单轴压缩实验、常规三轴实验、常规卸载实验和采动应力加卸载实验，采动应力加卸载实验本专利技术中主要研究不同采空区处理下的长壁和短壁采煤法，包括模拟垮落法处理采空区时长壁采煤法的实验、模拟充填法处理采空区时长壁采煤法的实验、模拟垮落法处理采空区时短壁采煤法的实验、模拟充填法处理采空区时短壁采煤法的实验。其中，单轴实验是模拟矿井工作面或者巷道边墙岩石的受载破坏情况;常规三轴实验是模拟远离巷道和工作面处岩石的受载破坏情况;常规卸载实验是模拟巷道掌子面和工作面刚开挖状态时的岩石受载破坏情况;采动应力加卸载实验是模拟工作面前方50m处岩石受载破坏情况。所述实验方法，其特征在于:单轴实验是没有围压时加轴压破坏，常规三轴实验是保持围压不变加轴压破坏，常规卸载实验是保持轴压不变卸载围压破坏，采动应力加卸载实验是卸围压的同时加轴压破坏。所述的实验方法，其特征在于:每组实验是针对矿井不同区域或位置岩石的受力方式而设计的，利用不同的实验方法，可全面研究矿井各个区域位置岩石的破坏行为。所述采动应力加卸载实验的分类，其特征在于:工作面前方岩体受扰动的剧烈程度依据采矿方法而不同。首先是垮落法处理采空区的长壁采煤法采动应力变化最剧烈，垮落法处理采空区的短壁采煤法的采动应力变化次之，充填法处理采空区的长壁采煤法再次之，而充填法处理采空区的短壁采煤法采用应力影响最弱。根据所述采动影响实验的分类，其特征在于:工作面前方岩体受扰动的剧烈程度，首先，是垮落法处理采空区时长壁采煤法最明显；其次，是垮落法处理采空区时短壁采煤法;再次，是充填法处理采空区时长壁采煤法;最后，是充填法处理采空区时短壁采煤法最弱。根据所述采动实验的区别，其特征在于:首先是使用垮落法处理采空区时的长壁采煤法工作面前方应力集中最大，其次是使用垮落法处理采空区时的短壁采煤法，再次是使用充填法处理采空区时的长壁采煤法，而使用充填法处理采空区时的短壁采煤法的应力集中是最小的。根据所述不同处理采空区的方法，其特征在于:使用垮落法处理采空区时顶板下沉较大，而且垮落的矸石所承受的上覆岩层重量少，这就导致了工作面前方煤体所受上覆岩层重量大；而使用充填法处理采空区时顶板变形很少，工作面前方煤体所受上覆岩层重量少;长壁与短壁的区别就在于工作面长度是否大于50m。—种基于上述采矿岩石力学的实验方法，其特征在于，该方法包括:室内实验室通过三轴试验机对岩石试件进行不同加载，卸载及其组合方案，用以模拟矿井不同区域围岩的受载情况。通过控制卸载速率和加载速率来做变量，代表不同采空区处理方法时不同的采煤方法，与单轴实验、常规三轴实验和常规卸载实验进行对比和统计，分析了矿井不同部位岩石受载破坏不同，真实的模拟了矿井各部位煤岩体采动力学行为，再现了矿井各部位煤岩体所经历受载破坏过程。【附图说明】图1为垮落法处理采空区长壁采煤法的平面图；图2为充填法处理采空区长壁采煤法的平面图；图3为垮落法处理采空区短壁采煤法的平面图；图4为充填法处理采空区短壁采煤法的平面图；图5为不同实验方案下岩石加载和卸载路径对比图；图6为不同实验方案对应的煤矿下岩石部位。图1和图2中:1_轨道上山；2-运输上山；3-区段进风平巷;4-区段运输平巷;5-区段联络巷;6-中部车场;7-采煤方向；8-采空区；9-采煤工作面；10-区段回风平巷；11-上部车场。图3和图4中:1_进风平巷;2-采空区；3-采煤方向；4-采煤工作面;5-回风平巷;6-运输上山。图5中:坐标点a(yh，yh)；b(0.5yh, yh)；d(0,0)oA-常规二轴实验;B-单轴实验;C-常规卸载;Ml-模拟跨落法处理米空区的长壁米煤法实验;M2-模拟充填法处理采空区的长壁采煤法实验;M3-模拟垮落法处理采空区的短壁采煤法实验;M4-模拟充填法处理采空区的短壁采煤法实验。图6中A*-符合常规三轴实验的岩石部位;B*-符合单轴实验的岩石部位;C*-符合常规卸载实验的岩石部位;D*-符合采动应力加卸载实验的岩石部位.。【具体实施方式】1、单轴实验是将岩石试件置于三轴实验机下，按照一定的加载速率加轴压，记录下应力应变曲线，观察岩石受载破坏情况；2、常规三轴实验是将岩石试件置于三轴实验机下，首先给岩石试件一个预应力，然后稳定加载围压至岩石取出前的状态，即Th，之后按照一定的加载速率加轴压，记录下应力应变曲线，观察岩石受载破坏情况；3、常规卸载实验是将岩石试件置于三轴实验机下，首先给岩石试件一个预应力，然后稳定加载围压至岩石取出前的状态，即yh，之后稳定加载轴压至岩石取出前的状态，即Th，最后按照一定的卸载速率卸围压，记录下应力应变曲线，观察岩石受载破坏情况；4、采动影响实验是将岩石试件置于三轴实验机下，首先给岩石试件一个预应力，然后稳定加载围压至岩石取出前的状态，即Th，之后稳定加载轴压至岩石取出前的状态，即γ h，最后按照一定的卸载速率卸围压和一定的加载速率加轴压模拟矿井下不同采空区处理方法时的不同的采煤方法，这里需要通过控制卸载速率和加载速率来做变量，模拟出上述4种不同采空区处理方法时的不同的采煤方法，记录下应力应变曲线，观察岩石受载破坏情况。注:本专利技术只提供实施方法，不提供具体的加载速率和卸载速率。【主权项】1.全方位研究地下采矿岩石力学的实验方法，其特征在于:包括单轴压缩实验、常规三轴实验、常规卸载实验和采动应力加卸载实验，采动应力加卸载实验本专利技术中主要研究不同采空区处理下的长壁和短壁采煤法，包括模拟垮落法处理采空区时长壁采煤法的实验、模拟充填法处理采空区时长壁采煤法的实验、模拟垮落法处理采空区时短壁采煤法的实验、模拟充填法处理采空区时短壁采煤法的实验。其中， 单轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
全方位研究地下采矿岩石力学的实验方法，其特征在于：包括单轴压缩实验、常规三轴实验、常规卸载实验和采动应力加卸载实验，采动应力加卸载实验本专利技术中主要研究不同采空区处理下的长壁和短壁采煤法，包括模拟垮落法处理采空区时长壁采煤法的实验、模拟充填法处理采空区时长壁采煤法的实验、模拟垮落法处理采空区时短壁采煤法的实验、模拟充填法处理采空区时短壁采煤法的实验。其中，单轴实验是模拟矿井工作面或者巷道边墙岩石的受载破坏情况；常规三轴实验是模拟远离巷道和工作面处岩石的受载破坏情况；常规卸载实验是模拟巷道掌子面和工作面刚开挖状态时的岩石受载破坏情况；采动应力加卸载实验是模拟工作面前方30‑100m处岩石受载破坏情况。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：左建平，李永栋，王廷征，周宏伟，刘建峰，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11