煤岩体强度与变形模量原位测量方法技术

本发明专利技术公开了一种煤岩体强度与变形模量原位测量方法，包括：在巷道上选择测量区，在测量区向煤岩体内钻孔；将锚索锚固在孔中；将垫板安装在孔口的索体上，使垫板与煤岩面紧贴；沿垫板周围向煤岩体内钻若干个相互连通的孔，使垫板对应的煤岩体的周围与母体分离；在垫板上安装数个位移传感器；采用锚索张拉设备对锚索进行分级加载，记录锚索载荷与垫板垂直于煤岩面的位移，直到煤岩体被破坏；根据锚索最大载荷计算煤岩体强度，根据载荷位移曲线计算变形模量。传统的煤岩体强度和变形模量的测试都是取岩块在实验室进行，测量结果与实际偏差较大，本发明专利技术能精确测量煤岩体强度和变形模量，操作简单，成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煤岩体参数测试
，特别涉及一种煤岩体强度与变形模量原位 测量方法。
技术介绍
煤岩体的原始力学参数测试是岩体力学研究内容之一，比较重要的参数有煤岩体 承载力、煤岩体强度以及变形模量等。在水利、交通等行业的岩土工程中，其对工程成本有 着直接的影响。目前，对煤岩体强度的检测大都采用井下取试样然后带到实验室进行压力 机测试的方法，测量过程十分繁杂；试样采集容易使煤岩整体性受到破坏，而且将试样从井 下带至地面，气象环境发生较大变化，测量的煤岩体的强度常常与井下煤岩体的实际强度 有所出入，满足不了工程的需要。对变形模量的测量往往采用一些静态变形模量测试仪，这 些仪器结构复杂，体型庞大，成本太高，而且运送到井下需要耗费大量人力物力。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是如何精确测量煤岩体强度与变形模量，并简化操作， 降低测量成本。( 二 )技术方案为此，本专利技术提供了一种，包括以下步骤步骤10、在巷道四周选择测量区并将所述测量区的煤岩面打磨平整；步骤20、在所述测量区垂直于煤岩面向煤岩体内钻孔；步骤30、将长度大于所述步骤20钻的孔的深度的锚索锚固在孔中；步骤40、将垫板用与所述锚索配套的锚具安装在孔口的索体上，使所述垫板与煤 岩面紧贴；步骤50、沿所述垫板周围垂直煤岩面向煤岩体内钻若干个孔，若干个孔相互连通， 使所述垫板对应的煤岩体的周围与其母体分离；步骤60、在所述垫板上安装数个用于测量垫板垂直于煤岩面的位移的位移传感 器；步骤70、采用锚索张拉设备对所述锚索进行分级加载，记录锚索载荷与垫板垂直 于煤岩面的位移，直到煤岩体被破坏，此时对应锚索最大载荷；步骤80、根据记录的锚索最大载荷计算煤岩体单轴抗压强度，根据载荷_位移曲 线计算煤岩体的变形模量。其中，所述步骤10中测量区的形状打磨为正方形，所述步骤40中选取的垫板的形 状也为正方形。所述步骤10中打磨的正方形的边长为100_300mm。所述步骤20和50中采用定向钻机向煤岩体内钻孔。所述步骤30中选择的锚索的锚固力不小于索体的屈服载荷。所述步骤30中采用树脂锚固剂将锚索锚固。所述步骤40中采用张拉设备对锚索施加预紧力，使所述垫板与煤岩面紧贴，所述 预紧力为10-30kN。所述步骤20中钻的孔的直径为28-35mm，深度为2_5m ；所述步骤50中钻的孔的深 度为 100-500mm。所述锚索的长度比步骤50钻的孔的深度长300_500mm。(三)有益效果本专利技术提供的技术方案具有如下有益效果通过测量锚索的载荷以及垫板垂直于 煤岩面的位移，能够精确测量出煤岩体的强度和变形模量。本方法操作简单，成本低廉，且 节省人力物力。附图说明图1是本专利技术实施例的流程图；图2是应用本专利技术测量方法的现场侧视图；图3是应用本专利技术测量方法的现场主视图。具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。图1是本专利技术实施例的流程图；图2是应用 本专利技术测量方法的现场侧视图；图3是应用本专利技术测量方法的现场主视图；如图1、图2和 图3所示，本方法包括以下步骤步骤10、在巷道1四周选择测量区，将该测量区打磨平整；一般情况下，在巷道的两帮或顶板处选择测量区，该测量区的煤岩面可以打磨为 正方形，也可以打磨为圆形等规则形状；图2、图3以打磨为正方形为例，正方形的边长取为 100-300mm ；步骤20、在测量区垂直于测量区向煤岩体内钻孔2 ；当测量区位于巷道两帮时，垂直于巷道两帮水平向煤岩体内钻孔，当测量区位于 顶板时，则垂直于顶板向上向煤岩体内钻孔；可以采用定向钻机向煤岩体内钻孔，优选地， 在测量区的中心位置处向煤岩体内钻孔，测量效果较好；本实施例中钻的孔的直径为28_35mm，深度为2_5m ；步骤30、将长度大于步骤20的孔2的深度的锚索3锚固在孔2中；具体地，选择的锚索的长度比孔的深度长300-500mm，可以用树脂锚固剂4将锚索 锚固，选取的锚索3的锚固力不小于索体的屈服载荷；步骤40、将垫板5用与锚索3配套的锚具6安装在孔口的索体上，使垫板5与煤岩 面紧贴；本实施例选择的垫板为正方体，其边长为100-300mm，厚度为20_50mm，面积尽量不要大于测量区；可以采用张拉设备对锚索施加预紧力，使垫板与煤岩面紧贴，张拉设备可4以为千斤顶，千斤顶对锚索施加的预紧力为10-30kN ；步骤50、沿垫板5周围垂直煤岩面向煤岩体内钻孔，若干个孔相互连通，使垫板对 应的煤岩体的周围与母体分离；本实施例采用定向钻机钻孔，孔的深度为100-500mm ；若干孔形成的缝称之为隔 离缝7 ；步骤60、在垫板5周围安装数个位移传感器8 ；本实施例在垫板的上下左右中间位置各安装一个位移传感器，用来测量垫板垂直 于煤岩面的位移；步骤70、采用锚索张拉设备9对锚索3进行分级加载，记录锚索载荷与垫板5垂直 于煤岩面的位移，直到煤岩体被破坏，此时对应锚索最大载荷；具体地，张拉设备可以选用千斤顶；步骤80、根据记录的锚索3最大载荷计算煤岩体单轴抗压强度，根据载荷-位移曲 线计算煤岩体的变形模量；其中，岩石的单轴抗压强度是指岩石试件在无侧压且只受轴向载荷的作用下，所 能承受的最大应力，根据如下公式计算PHA上式中，R。为煤岩体的抗压强度，单位为kPa，P为煤岩体破坏时的载荷，即最大载 荷，单位为kN，A为煤岩体破坏时的横断面面积，单位为m2。煤岩体的变形模量根据如下公式计算^ ΑσE =——，Δ 其中E为煤岩体的变形模量，Δ σ为应力增量，Δσ = g，F为张拉设备施加的力；AΔ ε为应变增量，= |，Δ 1为位移量，1为位移增量。本专利技术提供的，通过在巷道的两帮或顶板上 选择测量区，在测量区钻孔打设锚索，并用锁具将垫板紧固在测量区上，来测试锚索载荷和 垫板垂直于煤岩面的位移，从而精确计算出煤岩体强度和变形模量。传统的煤岩体强度和 变形模量的测试都是在井下取岩块，在实验室进行测试。由于岩块脱离了岩体，实验室环境 与煤矿井下的环境也有一定差异，因此测得的数据偏差较大。本专利技术能够进行煤岩体强度 和变形模量的原位测量，操作简单，成本低廉，且节省大量人力物力。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人 员来说，在不脱离本专利技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型 也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤岩体强度与变形模量原位测量方法，其特征在于，包括以下步骤：　　步骤１０、在巷道四周选择测量区并将所述测量区的煤岩面打磨平整；　　步骤２０、在所述测量区垂直于煤岩面向煤岩体内钻孔；　　步骤３０、将长度大于所述步骤２０钻的孔的深度的锚索锚固在孔中；　　步骤４０、将垫板用与所述锚索配套的锚具安装在孔口的索体上，使所述垫板与煤岩面紧贴；　　步骤５０、沿所述垫板周围垂直煤岩面向煤岩体内钻若干个孔，若干个孔相互连通，使所述垫板对应的煤岩体的周围与其母体分离；　　步骤６０、在所述垫板上安装数个用于测量垫板垂直于煤岩面的位移的位移传感器；　　步骤７０、采用锚索张拉设备对所述锚索进行分级加载，记录锚索载荷与垫板垂直于煤岩面的位移，直到煤岩体被破坏，此时对应锚索最大载荷；　　步骤８０、根据记录的锚索最大载荷计算煤岩体单轴抗压强度，根据载荷－位移曲线计算煤岩体的变形模量。

【技术特征摘要】
一种煤岩体强度与变形模量原位测量方法，其特征在于，包括以下步骤步骤10、在巷道四周选择测量区并将所述测量区的煤岩面打磨平整；步骤20、在所述测量区垂直于煤岩面向煤岩体内钻孔；步骤30、将长度大于所述步骤20钻的孔的深度的锚索锚固在孔中；步骤40、将垫板用与所述锚索配套的锚具安装在孔口的索体上，使所述垫板与煤岩面紧贴；步骤50、沿所述垫板周围垂直煤岩面向煤岩体内钻若干个孔，若干个孔相互连通，使所述垫板对应的煤岩体的周围与其母体分离；步骤60、在所述垫板上安装数个用于测量垫板垂直于煤岩面的位移的位移传感器；步骤70、采用锚索张拉设备对所述锚索进行分级加载，记录锚索载荷与垫板垂直于煤岩面的位移，直到煤岩体被破坏，此时对应锚索最大载荷；步骤80、根据记录的锚索最大载荷计算煤岩体单轴抗压强度，根据载荷 位移曲线计算煤岩体的变形模量。2.如权利要求1所述的煤岩体强度与变形模量原位测量方法，其特征在于，所述步骤 10中测量区的形状打磨为正方形，所述步骤40中选取的垫板的形状也为正方形。3.如权利要求2所述的煤岩体强度与变形模...

【专利技术属性】
技术研发人员：康红普，吴拥政，
申请(专利权)人：天地科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]