一种煤岩组合体能量分布试验确定方法技术

本发明专利技术提供了一种煤岩组合体能量分布试验确定方法，涉及冲击地压防治技术领域。本发明专利技术的煤岩组合体能量分布试验确定方法，包括如下步骤：步骤1、构建煤岩组合体力学模型；步骤2、制作煤岩组合体标准试件；步骤3、轴向压缩加载试验；步骤4、数据处理。本发明专利技术的煤岩组合体能量分布试验确定方法，基于煤岩结构特征和力学特性构建煤岩组合体力学模型，开展煤岩组合体轴向压缩加载试验，利用应力

【技术实现步骤摘要】
一种煤岩组合体能量分布试验确定方法


[0001]本专利技术涉及冲击地压防治
，具体地说是涉及一种煤岩组合体能量分布试验确定方法。

技术介绍

[0002]冲击地压作为煤矿最为典型和常见的地质动力灾害，在内蒙、山西、山东、陕西、黑龙江、河南、河北、安徽等地区广泛存在，严重威胁着煤矿安全生产和人员生命安全。随着煤炭资源开采深度不断加深、开采广度不断加大，冲击地压发生的频次和烈度显著增加。冲击地压是积聚在煤岩系统中的能量达到储能极限后突然释放而发生的。而煤岩系统是由软、硬不同的岩(煤)层相间互层而构成的，每种岩层的能量积聚能力也具有明显差异，这势必会造成煤岩系统中能量分布不均的问题。地下空间中，煤体和岩体不是独立存在的，冲击地压的发生不仅受到煤体和岩体自身结构的影响，更受到“煤体
‑
岩体”复合结构(下称煤岩组合体)的影响。若能准确获得煤岩组合体能量积聚规律，对于揭示煤岩组合体失稳破坏机制具有较好的参考价值，同时对于明确冲击地压能量积聚关键层位、快速缩小防冲区域、有效提高防冲效率具有重要的科学价值和工程意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种煤岩组合体能量分布试验确定方法，以准确确定煤岩组合体中的能量分布。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术解决方案如下：
[0005]一种煤岩组合体能量分布试验确定方法，所述方法包括如下步骤：
[0006]步骤1、构建煤岩组合体力学模型
[0007]煤岩组合体受载条件下发生破坏，煤体部分发生破坏时，岩体部分处于弹性阶段，忽略岩体部分微小的耗散能，将岩体部分简化为弹性体；
[0008]步骤2、制作煤岩组合体标准试件
[0009]从煤矿现场采集煤岩试样，对煤岩试样进行加工制作成符合工程实际煤岩比例的煤岩组合体标准试件；
[0010]步骤3、轴向压缩加载试验
[0011]在煤岩组合体标准试件整体外表面贴附应变片，在煤岩组合体标准试件的煤体部分和岩体部分的外表面分别贴附应变片，将应变片通过信号线缆连接应变仪；
[0012]计算机通过加载控制单元信号连接岩石刚性试验机，通过计算机及加载控制单元对岩石刚性试验机进行加载设置，其中，岩石刚性试验机的加载方式为位移加载；
[0013]将煤岩组合体标准试件放置于岩石刚性试验机的压头之间，压头上设置应力传感器，应力传感器通过信号线缆连接计算机，由岩石刚性试验机对煤岩组合体标准试件施加轴向压缩加载，在岩石刚性试验机加载过程中，由应变仪采集应变数据，由计算机通过应力传感器采集应力数据；
[0014]步骤4、数据处理
[0015]根据采集的应力数据及应变数据绘制煤体部分的应力
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应变曲线和煤岩组合体的应力
‑
应变曲线；
[0016]由煤体部分的应力
‑
应变曲线和煤岩组合体的应力
‑
应变曲线，利用图形积分法计算煤体部分的峰前积聚能量为E
C
和煤岩组合体的峰前积聚能量为E；
[0017]岩体部分的峰前积聚能量ER为：E
R
＝E－E
C
；
[0018]则煤体部分和岩体部分积聚能量所占比例：
[0019][0020][0021]式中，
[0022]P
C
－煤岩组合体中煤体部分积聚能量占比；
[0023]P
R
－煤岩组合体中岩体部分积聚能量占比。
[0024]优选的，步骤2中，煤岩组合体标准试件满足如下标准：
[0025]试件两端面不平行度不大于0.01mm，试件两端直径偏差不大于0.02mm，试件的外形为直径50mm、高100mm的圆柱体。
[0026]优选的，步骤4中，
[0027]获取不同围压条件下的煤体部分、岩体部分积聚能量及能量占比。
[0028]本专利技术的有益技术效果是：
[0029]本专利技术的煤岩组合体能量分布试验确定方法，基于煤岩结构特征和力学特性构建煤岩组合体力学模型，开展煤岩组合体轴向压缩加载试验，利用应力
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应变曲线准确获得煤岩组合体中的能量分布，对于明确冲击地压能量积聚关键层位、快速缩小防冲区域、有效提高防冲效率具有重要的科学价值和工程意义。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例的流程图；
[0031]图2为本专利技术实施例构建力学模型示意图；
[0032]图3为本专利技术实施例轴向压缩加载试验示意图；
[0033]图4为本专利技术实施例煤体部分的应力
‑
应变曲线和煤岩组合体的应力
‑
应变曲线图；
[0034]图5为本专利技术实施例煤体部分积聚能量随围压变化示意图；
[0035]图6为本专利技术实施例煤体部分积聚能量占比随围压变化示意图；
[0036]图7为本专利技术实施例岩体部分积聚能量随围压变化示意图；
[0037]图8为本专利技术实施例岩体部分积聚能量占比随围压变化示意图。
具体实施方式
[0038]为使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术某些实施例于后方将参照所附附图做更全面
性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本专利技术的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本专利技术满足适用的法律要求。
[0039]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0040]本实施例的一种煤岩组合体能量分布试验确定方法，请参考图1至图8所示。
[0041]上述方法包括如下步骤：
[0042]步骤1、构建煤岩组合体力学模型
[0043]煤岩组合体受载条件下发生破坏，煤体部分发生破坏时，岩体部分处于弹性阶段，忽略岩体部分微小的耗散能，将岩体部分简化为弹性体，如图2所示。
[0044]煤岩组合体在载荷F的作用下不断进行压缩，煤首先发生破坏，此时，岩石处于弹性阶段，忽略岩石微小的耗散能，将岩石简化为弹性体，用弹簧表示。
[0045]设岩石上端面受力F1，岩石上端面的受力面积S1，则岩石上端面处的应力σ1可用下式表示：
[0046][0047]设煤岩界面处受力F2，煤岩界面处的受力面积S2，则煤岩界面处的应力σ2可用下式表示：
[0048][0049]设煤下端面受力F3，煤下端面的受力面积S3，则煤下端面处的应力σ3可用下式表示：
[0050][00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤岩组合体能量分布试验确定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1、构建煤岩组合体力学模型煤岩组合体受载条件下发生破坏，煤体部分发生破坏时，岩体部分处于弹性阶段，忽略岩体部分微小的耗散能，将岩体部分简化为弹性体；步骤2、制作煤岩组合体标准试件从煤矿现场采集煤岩试样，对煤岩试样进行加工制作成符合工程实际煤岩比例的煤岩组合体标准试件；步骤3、轴向压缩加载试验在煤岩组合体标准试件整体外表面贴附应变片，在煤岩组合体标准试件的煤体部分和岩体部分的外表面分别贴附应变片，将应变片通过信号线缆连接应变仪；计算机通过加载控制单元信号连接岩石刚性试验机，通过计算机及加载控制单元对岩石刚性试验机进行加载设置，其中，岩石刚性试验机的加载方式为位移加载；将煤岩组合体标准试件放置于岩石刚性试验机的压头之间，压头上设置应力传感器，应力传感器通过信号线缆连接计算机，由岩石刚性试验机对煤岩组合体标准试件施加轴向压缩加载，在岩石刚性试验机加载过程中，由应变仪采集应变数据，由计算机通过应力传感器采集应力数据；步骤4、数据处理根据采集的应力数据及应变数据绘制煤体部分的应力
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈光波，田志超，刘业娇，郑有伟，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：