水溶液浸泡后煤岩抗压强度的水岩耦合模型及建立方法，包括：选取若干煤岩试样，对其进行不同pH值的水溶液浸泡试验，浸泡若干天后取出岩样烘干称重，并进行声发射断铅试验、单轴压缩试验。通过浸泡试验获得煤岩质量及溶液中钙离子浓度的变化规律，通过断铅试验及单轴压缩试验分别得到浸泡后煤岩中的声速及浸泡后岩样的抗压强度。基于灰色关联度理论分析煤岩单轴抗压强度与5种影响因素的相关性，选取三种较显著因素，基于响应面法建立煤岩抗压强度关于浸泡后煤岩质量、声速、钙离子浓度的多元回归模型。对于水溶液浸泡后的煤岩试样，利用该回归模型结合三个显著参数可以不做煤岩的压缩破坏性试验即可较好地预测煤岩的抗压强度。度。
【技术实现步骤摘要】
水溶液浸泡后煤岩抗压强度的水岩耦合模型的建立方法
[0001]本专利技术涉及水岩作用对煤岩抗压强度分析，具体涉及一种水溶液浸泡后煤岩抗压强度的 水岩耦合模型的建立方法。
技术介绍
[0002]地下水是一种较复杂的化学溶液，在CO2作用下具有溶蚀力的地下水与岩土体之间的 物理化学作用可从微细观上改变岩土体的矿物组成与结构，进而改变其强度和刚度等宏观 力学性质。煤岩抗压强度的影响因素很多，包括煤岩内部的组成、结构、裂隙分布状态、 赋存的水化学环境条件、加载速率、温度等，现有的分析方法一般只从单一的溶液酸碱度 或岩性或干湿循环次数等因素研究其对煤岩强度及刚度劣化的影响，缺乏对煤岩强度多元 影响因素量化分析。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的在于提供一种水溶液浸泡后煤岩抗压强度的水岩耦合模型的建立方法， 通过对煤岩进行水溶液的浸泡试验、声发射断铅试验及单轴压缩试验，研究抗压强度与煤 岩浸泡后质量、煤岩中声速值、pH值、钙离子浓度、镁离子浓度的相关性，然后选取影响 最显著的3个因素，利用响应面法建立了抗压强度关于煤岩浸泡后质量、声速以及水溶液 中钙离子浓度的多元回归方程，弥补现有方法在煤岩强度多元影响因素分析的不足。
[0004]为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案具体如下：
[0005]水溶液浸泡后煤岩抗压强度的水岩耦合模型的建立方法，包括以下步骤：
[0006]S1：选取煤岩试样，对煤岩试样进行不同水溶液浸泡实验获得煤岩试样浸泡后质量及 溶液中若干离子浓度的变化数据；
[0007]S2：浸泡若干天后取出煤岩试样烘干称重，并进行若干测试获得浸泡后煤岩的抗压强 度与各项影响因素对应的测试数据；
[0008]S3：基于灰色关联度理论和所获得的数据分析煤岩抗压强度与若干种影响因素的相关 性，并选出其中若干种相关性最大的影响因素；
[0009]S4：基于响应面法建立煤岩抗压强度关于若干种相关性最大的影响因素的多元回归模 型。
[0010]优选的，所述步骤S1包括：选取煤、砂岩、灰岩三种试样，对其进行不同pH值的水 溶液浸泡试验获得煤岩浸泡后质量及溶液中钙离子、镁离子浓度的变化数据。
[0011]优选的，所述步骤S2包括：浸泡若干天后取出煤岩试样烘干称重，并进行声发射断铅 试验、单轴压缩试验以获得浸泡后煤岩试样中的声速及浸泡后煤岩试样的抗压强度数据。
[0012]优选的，所述步骤S3包括：基于灰色关联度理论和所获得的数据分析煤岩单轴抗压强 度与煤岩浸泡后质量、煤岩中声速值、pH值、钙离子浓度、镁离子浓度的相关性，并选出 其中若干种相关性最大的影响因素。
[0013]优选的，所述步骤S3包括：
[0014]先求出各项影响因素对应的测试数据的平均值，再用各次试验测量的实际值除以对应 的平均值，即可得到各个试验参数的均值像；
[0015]记岩样抗压强度均值像为X0，岩样质量均值像为X1，最终钙离子浓度均值像为X2，最终 pH均值像为X3，最终镁离子浓度均值像为X4，烘干后岩样中的声速均值像为X5；根据灰色 相对关联理论进行分析找出影响最大的参数，相应的关联度计算公式为：
[0016][0017]其中，
[0018][0019][0020]式中对应是X
i
(n)均值像的始点零化象，i＝0,1,2,3,4,5；
[0021]求出各个灰色相对关联度的值，得煤岩单轴抗压强度与煤岩浸泡后质量、煤岩中声速 值、pH值、钙离子浓度、镁离子浓度的相关性；其中，相关性最大的影响因素是煤岩浸泡 后质量、煤岩中声速值、钙离子浓度。
[0022]优选的，所述步骤S4包括：建立抗压强度关于浸泡干燥后质量m、声速v、溶液中Ca
2+
浓度c的多元回归模型。
[0023]优选的，所述步骤S4包括：
[0024]通过响应面法建立抗压强度多元回归模型；以岩样的抗压强度作为评价标准分析最终 质量m、声速v、水溶液中钙离子浓度c因素对模拟水岩作用后岩样力学性能的影响，建立 岩样抗压强度的多元二次响应曲面回归模型；进行响应面分析，得到回归方程为：
[0025]σ
b
＝203
‑
0.96m
‑
0.057v+2409c+0.00181m2+4
×
10
‑5v2+1467c2[0026]‑
1.65
×
10
‑4m
·
v
‑
5.19m.c
‑
0.092v
·
c
[0027]拟合相关度为0.9962。
[0028]本专利技术还提供了一种浸泡后煤岩的抗压强度预测方法，包括，基于所述模型，根据浸 泡后煤岩质量、声速、钙离子浓度预测煤岩的抗压强度。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0030]本专利技术通过浸泡试验获得煤岩质量及溶液中钙离子浓度的变化规律，通过断铅试验及 单轴压缩试验分别得到浸泡后煤岩中的声速及浸泡后岩样的抗压强度。基于灰色关联度理 论分析煤岩单轴抗压强度与5种影响因素的相关性，选取三种最显著因素，基于响应面法 建立煤岩抗压强度关于浸泡后煤岩质量、声速、钙离子浓度的多元回归模型。本专利技术的方 法建立的模型拟合出的抗压强度的拟合值与实测值的曲线非常接近，对于水溶液浸泡后的 煤岩试样，利用该回归模型结合三个显著参数可以不做煤岩的压缩破坏性试验即可较好地 预测煤岩的抗压强度。
附图说明
[0031]图1是本专利技术的方法的流程图；
[0032]图2是本专利技术实施例中浸泡煤样后溶液中钙离子浓度的时变曲线；
[0033]图3是本专利技术实施例中浸泡烘干后煤岩单轴压缩应力应变曲线；
[0034]图4是本专利技术实施例中抗压强度的实测值与拟合值的比较。
具体实施方式：
[0035]煤岩抗压强度的影响因素很多，包括煤岩内部的组成、结构、裂隙分布状态、赋存的 水化学环境条件、加载速率、温度等，以上考虑水岩作用的现有分析方法多从单一的溶液 酸碱度或岩性或干湿循环次数等因素研究其对煤岩强度及刚度劣化的影响，缺乏煤岩强度 多元影响因素量化分析。
[0036]本专利技术通过煤岩的水水溶液浸泡试验、声发射断铅试验及单轴压缩试验，基于灰色关 联度理论综合研究抗压强度与煤岩浸泡后质量、煤岩中声速值、pH值、钙离子浓度、镁离 子浓度的相关性，最后选取影响较显著的3个因素，基于响应面法建立了煤岩强度的多元 回归模型，本专利技术的方法的流程图如图1所示，具体如下：
[0037]1试验设备与试样
[0038]采用长春科新SAM
‑
2000微机控制岩石三轴试验机进行煤岩的单轴压缩试验。试验采 用公称直径为50mm、高度为100mm的三种标准岩样：煤、砂岩及灰岩。浸泡前采用超声 检测分析仪测量煤岩中的声速值。采用滴定管、保持架、500ml容量瓶、锥形瓶、烧杯本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.水溶液浸泡后煤岩抗压强度的水岩耦合模型及建立方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：选取煤岩试样，对煤岩试样进行不同水溶液浸泡实验获得煤岩试样浸泡后质量及溶液中若干离子浓度的变化数据；S2：浸泡若干天后取出煤岩试样烘干称重，并进行若干测试获得浸泡后煤岩的抗压强度与各项影响因素对应的测试数据；S3：基于灰色关联度理论和所获得的数据分析煤岩抗压强度与若干种影响因素的相关性，并选出其中若干种相关性最大的影响因素；S4：基于响应面法建立煤岩抗压强度关于若干种相关性最大的影响因素的多元回归模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：选取煤、砂岩、灰岩三种试样，对其进行不同pH值的水溶液浸泡试验获得煤岩浸泡后质量及溶液中钙离子、镁离子浓度的变化数据。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：浸泡若干天后取出煤岩试样烘干称重，并进行声发射断铅试验、单轴压缩试验以获得浸泡后煤岩试样中的声速及浸泡后煤岩试样的抗压强度数据。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3包括：基于灰色关联度理论和所获得的数据分析煤岩单轴抗压强度与煤岩浸泡后质量、煤岩中声速值、pH值、钙离子浓度、镁离子浓度的相关性，并选出其中若干种相关性最大的影响因素。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S3包括：先求出各项影响因素对应的测试数据的平均值，再用各次试验测量的实际值除以对应的平均值，即可得到各个试验参数的均值像；记岩样抗压强度均值像为X0，岩样质量均值像为X1，最终钙离子浓度均值像为X2，最终pH均值像为X3，最终镁离子浓度均值像为X4，烘干后岩样中的声速均值像为X5；根据灰色相对关联理论进行分析找出影响最大的参...
【专利技术属性】
技术研发人员：李顺才，赵云龙，张农，阚甲广，薛禾辛，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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