CN106996735A - 一种煤矿单轴应力应变原位实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿单轴应力应变原位实验方法,通过实地取芯加工直径为50mm、高度为100mm的标准岩样,在巷道边帮开挖长宽高分别为500×500×300mm的掏槽,掏槽上下边界中心打磨出直径为150mm的平整区域用以安放实验方法。实验方法从下到上依次为扁平油压千斤顶、锚索应力计的应力探头、长方体承压钢板和圆柱形试件,将四者置于掏槽中间平整区域,并确保四者中心位于同一轴线。固定好试样,连接好应力探头和记录盒,用千斤顶加压至试样初试应力状态,实时监测压力,用千分表和外径千分尺测量试件轴向和环向的变形量,从而实现原位路径下的单轴压缩实验,解决了实验室模拟研究不能反映煤矿真实环境条件的弊端。
Description
技术领域
本发明涉及一种原位实验方法,特别是涉及一种用于煤矿岩石单轴应力应变的原位实验方法。
背景技术
随着科学技术的发展,煤矿实验设备也得到了充分的发展,各种实验设备层出不穷,实验条件也得到了极大的改善,进行各种煤矿实验也比较便利。进行煤岩单轴应力应变实验,可以很好的反映煤矿的煤岩属性及其所处的物理环境,为探索煤矿开采特征和安全开采提供了数据基础。目前研究煤矿安全的单轴实验大多是从煤矿中取煤样或者岩样,然后加工成标准试件在室内进行单轴应力应变实验,而这一过程存在很大的人为因素和偶然误差,且运输过程会对煤岩性质有较大的影响,实验设备也会带来一定的误差,无法很好的反映煤矿真实采动下岩石的应力应变变化,因此有必要设计一种可以进行煤矿单轴应力应变的原位实验方法,以更好的为煤矿安全开采提供数据和理论支持。
发明内容
为解决室内实验不能很好反映采动煤岩体应力应变特征的问题,本发明设计了一种煤矿单轴应力应变原位实验方法,包括试样,边帮煤岩掏槽,排水渠,圆柱形岩体试样,长方体承压钢板,应力探头,千分表自动检测***,应力盒,扁平油压千斤顶。通过该实验方法得到更加真实反映现场条件的实验数据。
所述标准试样在现场进行取芯加工,用内径为50mm的钻头在实验区所在煤层钻取煤芯,选取总长度大于100mm,整体结构好,质地均匀致密的煤芯加工成尺寸为φ50mm×100mm的圆柱形岩石试样,用隔水保护薄膜将煤样包裹起来。
所述边帮煤岩掏槽是在巷道边帮开凿长宽高分别为500×500×300mm的掏槽,在掏槽的上下边界打磨出直径在150mm的平整区域,在掏槽下边界设置宽度为5mm的排水渠。
进一步地,准备好长宽均为100mm的长方体承压板,本安型锚索应力计,千分表自动检测***和扁平油压千斤顶。
进一步地,在掏槽内平整区域从下到上分别为扁平油压千斤顶、锚索应力计应力探头、长方体承压钢板以及圆柱形试样,四者中心位于同一轴线并垂直于掏槽上下边界,总高度为300mm左右。
进一步地,所述的锚索应力计应力探头与记录盒连接。
进一步地,固定安放好千分表和外径千分尺,千分表轴线与圆柱形岩石试样轴线平行,千分表上端与试样上端面位于同一平面,测头与长方体承压钢板接触,将外径千分尺卡住圆柱形岩石试样,外径千分尺与圆柱形岩石试样接触处相切,外径千分尺轴线与圆柱形岩石试样轴线相垂直,接用千分表自动检测***进行自动计数。
进一步地,所述的煤样用扁平油压千斤顶加压,上端面与掏槽上表面平整吻合接触。下端面与承压板平整吻合接触。
所述的一种煤矿单轴应力应变原位实验方法,其所述的千分表自动检测***测量试样的轴向应变和环向应变(直径变化)。应力探头和记录盒实时监测采动压力变化。
本发明的优点与效果是:
本发明所述的圆柱形岩石试样为实地取样和加工,减少了运输过程和自然环境所带来的各种影响,减少了加工过程中的对煤样的二次破坏,实验结果更加真实可靠。
本发明方法为原位实验方法,在作业现场即可完场,不仅节省了人力、物力和财力,而且避免了大型实验设备所带来的各种误差,实验周期短,合理经济。
本发明方法结构简单,易操作,可以同时进行多组实验,且能够真实反映现场工作面前方支撑压力变化,可准确采集采动应力变化和煤岩变形情况,能够为煤矿安全生产提供较为准确的实验数据。其结构紧凑,成本较低,数据准确,使用范围广,具有广泛的适用性。
本发明方法使得煤样处于原岩应力中,更加符合煤层开采过程中的应力路径,更能反映出煤层开采过程中岩石破坏的过程,以及真实的蠕变时间和蠕变机制。
附图说明
图1为本发明方法的主视结构示意图;
图2为本发明方法的俯视结构示意图。
图中:1、锚索应力计应力探头,2、长方体承压钢板,3、千分表,4、圆柱形岩石试样,5、掏槽,6、外径千分尺,7、边帮围岩,8、隔水保护薄膜,9、排水渠,10、应力盒,11、扁平油压千斤顶。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明作详细说明。
如图1所示,本发明为用于煤矿单轴应力应变原位实验的方法,主要有圆柱形岩体试样4、隔水保护薄膜8、长方体承压钢板2、锚索应力计应力探头1、扁平油压千斤顶11、千分表3和外径千分尺6组成。首先需要在煤矿巷道边帮上开挖一个500×500×300mm的掏槽5,在掏槽的上下边界中心处打磨处直径为150mm左右的平整区域,并在掏槽的下边界设置宽度为5mm的排水渠9,下边界的水均可经排水渠9流到掏槽外部。用内径为50mm的钻头在地下1000m左右钻取岩芯,然后加工成标准圆柱形岩石试样4,对试样4进行简单的打磨后用隔水保护薄膜8将试样4包裹起来。准备一长宽均为100mm的完整长方体承压钢板2,功能齐全安全可靠的锚索应力计(应力探头1和应力盒10),性能完好的扁平油压千斤顶11,精度均能达到要求的千分表3和外径千分尺6。
首先将扁平油压千斤顶11平整稳定的放置在掏槽5的下边界平整区域,然后依次将应力探头1、长方体承压钢板2和带有隔水保护薄膜8的圆柱形岩石试样4放置在扁平油压千斤顶11的上端面,圆柱形岩石试样4与掏槽5的上边界平整吻合接触,将四者位置做略微调整,确保四者固定于掏槽5的平整区域,且四者中心位于同一轴线,轴线与掏槽上下边界平整区域相垂直。将千分表3和外径千分尺6固定,千分表3轴线与圆柱形岩石试样4轴线相平行,千分表3一端与圆柱形试样4上端面位于同一平面,测头一端与长方体承压钢板2上表面接触,千分表3用于测量圆柱形试样4的轴向位移。将外径千分尺6卡住圆柱形岩石试样4,其轴线与圆柱形试样4轴线相垂直,且两个接触处相切,外径千分尺6用于测量圆柱形试样4的环向变形(直径变化),接用千分表自动检测***进行自动计数。将应力探头1和应力盒10连接,用扁平油压千斤顶11缓慢加压至试样的初始应力水平,实时监测煤矿工作面前方所传来的采动压力,平均每天记录一次。
本发明方法可以根据不同的现场条件做出调整,而且可以根据现场研究需要监测不同时刻的应力和应变变化。
Claims (5)
1.一种煤矿单轴应力应变原位实验方法,其特征在于:包括锚索应力计应力探头1,长方体承压钢板2,千分表3,圆柱形岩石试样4,掏槽5,外径千分尺6,边帮围岩7,隔水保护薄膜8,排水渠9,应力盒10,扁平油压千斤顶11。掏槽5在煤矿巷道边帮开挖而成,在掏槽5下边界设有排水渠9,掏槽5上下边界均有打磨平整区域,平整区域从下到上依次安放扁平油压千斤顶11、锚索应力计应力探头1、长方体承压钢板2和圆柱形岩石试样4,锚索应力计应力探头1与应力盒10相连接,用于监测工作面前方传来的采动压力。圆柱形岩石试样4直径方向卡有外径千分尺6,轴向方向安有千分表3,分别监测圆柱形岩石试样4的环向应变(直径变化)和轴向应变。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿单轴应力应变原位实验方法,其特征在于圆柱形岩石试样4在地下1000m工作现场实地取芯加工而成,加工成标准试样后包有隔水保护薄膜8。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿单轴应力应变原位实验方法,其特征在于扁平油压千斤顶11直径大于锚索应力计应力探头1的直径,锚索应力计应力探头1的直径大于长方体承压钢板2的宽度,长方体承压钢板2的宽度大于圆柱形岩石试样4的直径,且四者中心位于同一轴线,在掏槽5上下边界平整区域内稳定安放。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿单轴应力应变原位实验方法,其特征在于外径千分尺6卡住圆柱形岩石试样4,其轴线与圆柱形岩石试样4的轴线相垂直,两接触面相切,千分表3轴线与圆柱形岩石试样4的轴线相平行。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿单轴应力应变原位实验方法,实验方法安装完成后,用扁平油压千斤顶11加压至圆柱形岩石试样4的初始应力水平,然后用锚索应力计应力探头1与应力盒10监测前方工作面传来的采动压力,用外径千分尺6和千分表3测量圆柱形岩石试样4的环向应变(直径变化)和轴向应变。
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