CN116148075A - 高应力软岩地层在采动应力下变形模拟试验方法 - Google Patents

高应力软岩地层在采动应力下变形模拟试验方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116148075A
CN116148075A CN202211668215.1A CN202211668215A CN116148075A CN 116148075 A CN116148075 A CN 116148075A CN 202211668215 A CN202211668215 A CN 202211668215A CN 116148075 A CN116148075 A CN 116148075A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stress
test piece
pressure
loading
main body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202211668215.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116148075B (zh
Inventor
张建国
张东明
王满
杨国和
余北辰
杜苇航
李新建
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Pingmei Shenma Holding Group Co ltd
Chongqing University
Pingdingshan Tianan Coal Mining Co Ltd
Original Assignee
China Pingmei Shenma Holding Group Co ltd
Chongqing University
Pingdingshan Tianan Coal Mining Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Pingmei Shenma Holding Group Co ltd, Chongqing University, Pingdingshan Tianan Coal Mining Co Ltd filed Critical China Pingmei Shenma Holding Group Co ltd
Priority to CN202211668215.1A priority Critical patent/CN116148075B/zh
Publication of CN116148075A publication Critical patent/CN116148075A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116148075B publication Critical patent/CN116148075B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G01N3/10—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure
    • G01N3/12—Pressure testing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/003—Generation of the force
    • G01N2203/0042—Pneumatic or hydraulic means
    • G01N2203/0048—Hydraulic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/025—Geometry of the test
    • G01N2203/0256—Triaxial, i.e. the forces being applied along three normal axes of the specimen

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高应力软岩地层在采动应力下变形模拟试验方法，通过选取细砂和粉质黏土按照重量比1:5配制好作为软岩地层模型材料，在试件箱内分层铺设并逐层压实，最大压制压力可达到10MPa，在每层材料的四个转角和中间位置处各埋设一个位移传感器，以模拟软岩地层；再将试件箱箱体吊装至转运架上，在施加真三轴预应力的基础上，进行采动应力的施加：维持水平的两向应力恒定，改变垂直方向不同压板的应力，进而模拟采动应力，设置4#压头的垂直应力为7MPa，3#压头的应力为20MPa，2#压头的应力为15MPa，1#压头的垂直应力为10MPa，实时监测采动过程中位移传感器监测到的位移数据，记录流量变形数据，能真实模拟高应力软岩底层在采动应力下的变形情况。

Description

高应力软岩地层在采动应力下变形模拟试验方法
技术领域
本发明属于煤岩体力学性能测试试验设备技术领域，具体涉及一种高应力软岩地层在采动应力下变形模拟试验方法。
背景技术
随着煤炭资源的长期开发，我国煤炭开采深度以每年10～25m的速度逐步向深部发展，与浅部资源相比，深部开采所面临的瓦斯赋存条件更加复杂，煤与瓦斯突出危险性逐渐升级，煤矿瓦斯灾害将成为长期制约我国煤矿安全生产的关键问题，对我国能源可持续发展造成极大威胁。长期的实践及研究表明，实现深部煤层瓦斯的高效抽采是保障我国煤炭企业安全生产的重要问题，而低透气性瓦斯储层的增产改造则是其中的核心技术和热点问题。为此，要针对我国煤层气(煤矿瓦斯)储层高地应力、复杂地质构造、低透气性特点，进一步加强低渗透性煤层气(煤矿瓦斯)储层高效抽采关键技术装备研究，深化煤层气渗流机理等基础理论研究，加强深部低透气性煤层增透机制等重点课题研究。
随着煤矿开采深度的增加，近年来煤与瓦斯突出事故频发，突出强度越来越高，人员伤亡惨重，给煤炭生产造成了阴影。开展多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性以及煤与瓦斯突出研究，不仅对揭示煤岩体的力学行为及其破坏失稳的力学机理，完善和发展岩体损伤力学、断裂力学等均具有丰富的理论内涵和学术价值，而且对矿业工程发展具有极其丰富的科学、技术与工程意义。然而，由于开展煤岩多场耦合作用研究的复杂性和艰巨性，此方面的工作仍是初步的、不全面的，已有的研究成果与工程应用也有较大的距离。因此，对煤与瓦斯突出灾害机制的研究也势在必行。
随着煤层开采深度的逐渐增加，高应力特别是软岩底层下，受煤层采动应力影响的软岩底层变形直接影响地下煤层的开采安全，现目前尚未有关于高应力软岩地层中采用应力下变形模拟试验方法研究，存在技术空白。
发明内容
本发明拟提供一种高应力软岩地层在采动应力下变形模拟试验方法，能真实模拟采动应力下高应力软岩地层的变形情况。
为此，本发明所采用的技术方案为：一种高应力软岩地层在采动应力下变形模拟试验方法，包括以下步骤：
步骤一、试样准备；
选取细砂和粉质黏土按照重量比1:5配制好作为软岩地层模型材料，将模型材料在试件箱内分层铺设并逐层压实，最大压制压力可达到10MPa，并在每层材料的四个转角和中间位置处各埋设一个位移传感器；再将试件箱箱体吊装至转运架上；
步骤二、准备多场耦合煤岩体动力灾害防控技术模拟***安装；
多场耦合煤岩体动力灾害防控技术模拟***包括主体模型和转运架；所述主体模型具有真三轴模拟实验功能，包括真三轴加载***和步骤一中的试件箱；X方向具有独立液压加载装置进行加压，最大加载压力5000kN；Y、Z两个方向均有4组独立的液压加载装置进行加压，单组液压加载装置最大加载压力3000kN，每组液压加载装置能单独控制，并实现1000mm长度方向不同作用力加载，能够更加真实地模拟地下储层三轴应力状态；
将试件箱通过转运架送入真三轴加载***中，使试件箱体的应力加载垫块与真三轴加载***中的压头一一对应；
步骤三、施加真三轴预应力；
根据实测的地层地应力，利用真三轴加载***对模拟地层施加地应力，在加载应力的过程中，首先移动压头，使压头与加载垫块接触，并施加一定的预应力以达到σx＝σy＝σz的静水压力状态，然后以阶梯型的方式逐一加载Z、Y、X三个方向应力达到预定的地应力值；
步骤四、模拟施加真三轴采动应力；
维持水平的两向应力恒定，改变垂直方向不同压板的应力，进而模拟采动应力，设置4#压头的垂直应力为7MPa，3#压头的应力为20MPa，2#压头的应力为15MPa，1#压头的垂直应力为10MPa，实时监测采动过程中位移传感器监测到的位移数据，并记录流量变形数据；
步骤五、同组其他试验；
更换软岩地层模型材料试件，或者改变真三轴采动应力的加载速率，重复步骤一至步骤四；
步骤六、试验结束；
试验完成后需将力负荷卸载为零，然后将液压***切换至低压，将试件卸下，关闭计算机及控制器，切断电源，试验结束。
作为上述方案的优选，所述多场耦合煤岩体动力灾害防控技术模拟***，包括主体高压腔模块和试件箱模块，所述主体高压腔模块的外壳是采用圆环、左圆端盖、右圆端盖结合螺栓围成的外圆内圆的高压封闭压力仓结构，在圆环内壁的前后上下分别安装有前垫块、后垫块、上垫块和下垫块，且前垫块、后垫块、上垫块和下垫块围成一个矩形腔正好供试件箱模块放入，所述左圆端盖上贯穿安装有轴向液压缸，所述右圆端盖分为冲孔型、渗流型、突出型，右圆端盖的中部分别贯穿安装有冲孔、渗流、突出接口，左圆端盖、右圆端盖上分别贯穿开有线束管路引出孔，下垫块顶部左右间隔地设槽安装有一列升降器，所述升降器能突出下垫块外，也能沉入下垫块内；
所述试件箱模块是采用左侧板、底板、顶板、右侧板、前侧板、后侧板结合螺栓围成的矩形试件容纳腔，且矩形试件容纳腔与高压封闭压力仓的轴心线共线，在矩形试件容纳腔内的左侧安装有左压板、顶部左右依次安装有若干上压板、前部左右依次安装有若干前压板，所述轴向液压缸能穿过左侧板与左压板相连，每个上压板通过贯穿安装在顶板上的上垫块与顶部液压缸相连，每个前压板通过贯穿安装在前侧板上的侧垫块与侧向液压缸相连，所述上压板、前压板、底板、后侧板上开孔安装有若干加热管和控温探头，上压板、前压板、左压板、底板、后侧板、右侧板上开孔安装有若干超声波探头，所述试件箱模块的底部通过衬板左右间隔地安装有一列滚轮，当试件箱模块推入主体高压腔模块内时，升降器支撑在滚轮下方；
在所述底板的正上方设置有与上压板一一对应的防窜流板，所述防窜流板上开设有中心进气孔和若干环绕中心进气孔的环形槽，且所有环形槽与中心进气孔通过呈发散状分布的联络槽连通，进气管横向穿过试件箱模块的侧壁接入所述中心进气孔的底部，所述防窜流板的上方安装有透气隔板，在试件的左右两端安装过滤板，在试件的上下前后安装密封垫。
多场耦合煤岩体动力灾害防控技术模拟***具有的特点：
(1)主体高压腔模块的外壳是采用圆环、左圆端盖、右圆端盖结合螺栓围成的外圆内圆的高压封闭压力仓，与传统由六块板围成的外方内方的压力仓结构截然不同；同时，由于试件箱模块本身为矩形，为满足试件箱模块的安装，创造性地在高压封闭压力仓内壁的前后上下分别安装异形的前、后、上和下垫块，并通过前、后、上和下垫块围成一个正好供试件箱模块放入的矩形腔，从而形成外圆内方的试件箱模块安装环境，内部耐压能力更强，密封能力更好，能提供的内部耐压高达10MPa，为多场耦合煤岩体动力灾害防控模拟试验提供更好的试验环境；
(2)右圆端盖配备有冲孔型、渗流型、突出型三种，右圆端盖的中部分别贯穿安装有冲孔、渗流、突出接口，只需要简单的换装，就能实现一套设备分别进行冲孔、渗流、突出试验，功能更多，极大地节约了试验设备成本；
(3)下垫块顶部左右间隔地设槽安装有一列能突出或沉入下垫块的升降器，同时在试件箱模块的底部通过衬板左右间隔地安装有一列滚轮，当试件箱模块推入主体高压腔模块内时，升降器支撑在滚轮下方，能更加轻松省力地进行试件箱模块的推入拉出，提高了安装的自动化程度，使大型模拟试验操作更加轻松省力；
(4)上压板、前压板、底板、后侧板上开孔安装有若干加热管和控温探头，上压板、前压板、左压板、底板、后侧板、右侧板上开孔安装有若干超声波探头，可开展三维应力-渗流-温度多场耦合条件下煤与瓦斯突出、煤层气运移、致裂增透以及水力冲孔等试验；并结合底板的正上方设置的防窜流板，防窜流板的上方安装有透气隔板，在试件的左右两端安装有过滤板，在试件的上下前后安装有密封垫，既能防止窜流，又能保证透气性好，并具备过滤和密封多种效果。
作为上述方案的优选，所述试件箱模块的内腔能安装长1000×宽400×高400mm的矩形试件，主体高压腔模块的内部耐压10MPa。
进一步优选为，所述轴向液压缸仅一个，最大加载压力为5000kN；顶部液压缸、侧向液压缸各四组，每组液压缸配备有两个并联的液压加载***进行加压，其中一个为静载荷加载***，另一个为动载荷加载***，单组液压加载装置最大加载压力3000kN，每组液压加载***单独控制一个压板并在对应的压板上左右居中设置，轴向液压缸、顶部液压缸、侧向液压缸均能进行动静载荷的加载。
进一步优选为，所述环形槽为矩形或圆形，并等距间隔分布。
上述的多场耦合煤岩体动力灾害防控技术模拟***，还包括用于支撑主体模型的主体架，所述主体架呈矩形框架结构，主体模型的左右两端均伸到主体架外，主体架的右侧设置有转运滑轨，且转运滑轨延伸到主体高压腔模块的正下方，转运滑轨的宽度小于主体架的内空宽度；转运滑轨上滑动安装有试件箱升降转运架和右圆端盖转运架，试件箱升降转运架能进行升降运动，并用于支撑试件箱模块；右圆端盖转运架顶部呈弧形用于托起右圆端盖，试件箱升降转运架升起后正好能使试件箱模块水平推入主体高压腔模块内，试件箱升降转运架下降后顶部低于主体高压腔模块的底部，以便于滑入主体高压腔模块的下方，使得右圆端盖转运架能向左滑动到设定位置进行右圆端盖的安装。
进一步优选为，每个所述升降器采用前后间隔并对称设置的双支撑结构，每个升降器采用单独的液压驱动，所有升降器同步升降运动。
进一步优选为，在所述轴向液压缸的腔体上安装有高频振动器，在高压气源作用下，产生高速振动，高频振动力能通过对应的液压腔体、液压活塞、左压板向右传递到试件上。
本发明的有益效果：通过选取细砂和粉质黏土按照重量比1:5配制好作为软岩地层模型材料，将模型材料在试件箱内分层铺设并逐层压实，最大压制压力可达到10MPa，并在每层材料的四个转角和中间位置处各埋设一个位移传感器，从而模拟软岩地层；再将试件箱箱体吊装至转运架上，在施加真三轴预应力的基础上，进行采动应力的施加：维持水平的两向应力恒定，改变垂直方向不同压板的应力，进而模拟采动应力，设置4#压头的垂直应力为7MPa，3#压头的应力为20MPa，2#压头的应力为15MPa，1#压头的垂直应力为10MPa，实时监测采动过程中位移传感器监测到的位移数据，并记录流量变形数据，能真实模拟高应力软岩底层在采动应力下的变形情况。
附图说明
图1为本发明的步骤图。
图2为多场耦合煤岩体动力灾害防控技术模拟***的结构示意图。
图3为图4的内部左视图。
图4为试件箱模块的结构示意图。
图5为图4的内部左视图。
图6为加热管、控温探头、超声波探头的布置简易示图。
图7为防窜流板简易示图。
图8为试件箱模块装入主体高压腔模块前的状态。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种高应力软岩地层在采动应力下变形模拟试验方法，包括以下步骤：
步骤一、试样准备；
选取细砂和粉质黏土按照重量比1:5配制好作为软岩地层模型材料，将模型材料在试件箱内分层铺设并逐层压实，最大压制压力可达到10MPa，并在每层材料的四个转角和中间位置处各埋设一个位移传感器；再将试件箱箱体吊装至转运架上；
步骤二、准备多场耦合煤岩体动力灾害防控技术模拟***安装；
多场耦合煤岩体动力灾害防控技术模拟***包括主体模型和转运架；所述主体模型具有真三轴模拟实验功能，包括真三轴加载***和步骤一中的试件箱；X方向具有独立液压加载装置进行加压，最大加载压力5000kN；Y、Z两个方向均有4组独立的液压加载装置进行加压，单组液压加载装置最大加载压力3000kN，每组液压加载装置能单独控制，并实现1000mm长度方向不同作用力加载，能够更加真实地模拟地下储层三轴应力状态；
将试件箱通过转运架送入真三轴加载***中，使试件箱体的应力加载垫块与真三轴加载***中的压头一一对应；
步骤三、施加真三轴预应力；
根据实测的地层地应力，利用真三轴加载***对模拟地层施加地应力，在加载应力的过程中，首先移动压头，使压头与加载垫块接触，并施加一定的预应力以达到σx＝σy＝σz的静水压力状态，然后以阶梯型的方式逐一加载Z、Y、X三个方向应力达到预定的地应力值；
步骤四、模拟施加真三轴采动应力；
维持水平的两向应力恒定，改变垂直方向不同压板的应力，进而模拟采动应力，设置4#压头的垂直应力为7MPa，3#压头的应力为20MPa，2#压头的应力为15MPa，1#压头的垂直应力为10MPa，实时监测采动过程中位移传感器监测到的位移数据，并记录流量变形数据；
步骤五、同组其他试验；
更换软岩地层模型材料试件，或者改变真三轴采动应力的加载速率，重复步骤一至步骤四；
步骤六、试验结束；
试验完成后需将力负荷卸载为零，然后将液压***切换至低压，将试件卸下，关闭计算机及控制器，切断电源，试验结束。
如图2—图3所示，多场耦合煤岩体动力灾害防控技术模拟***主要由主体高压腔模块和试件箱模块两部分组成。
主体高压腔模块的外壳1是采用圆环3、左圆端盖4、右圆端盖5结合螺栓围成的外圆内圆的高压封闭压力仓结构。在圆环3内壁的前后上下分别安装有前垫块2、后垫块9、上垫块10和下垫块11。前垫块2、后垫块9、上垫块10和下垫块11围成一个矩形腔正好供试件箱模块放入。
左圆端盖4上贯穿安装有轴向液压缸6，右圆端盖5分为冲孔型、渗流型、突出型三种，右圆端盖5的中部分别贯穿安装有冲孔、渗流、突出接口，即：当右圆端盖5采用冲孔型时，右圆端盖5的中部贯穿安装有冲孔接口，用于冲孔试验；当右圆端盖5采用渗流型时，右圆端盖5的中部贯穿安装有渗流接口，用于渗流试验；当右圆端盖5采用突出型时，右圆端盖5的中部贯穿安装有突出接口，用于突出试验。只需要更换右圆端盖5，相应地在右圆端盖5上安装不同的接口，就可以进行不同的试验。
左圆端盖4、右圆端盖5上分别贯穿开有线束管路引出孔7，下垫块11顶部左右间隔地设槽安装有一列升降器8，升降器8能突出下垫块11外，也能沉入下垫块11内。每个升降器8采用前后间隔并对称设置的双轮结构，实现前后双支撑，受力平衡、稳定。每个升降器8采用单独的液压驱动，所有升降器8通过控制***控制同步升降运动。
结合图2—图5所示，试件箱模块是采用左侧板12、底板13、顶板14、右侧板15、前侧板23、后侧板24结合螺栓围成的矩形试件容纳腔，矩形试件容纳腔与高压封闭压力仓的轴心线共线，确保矩形试件在主体模型内居中设置。在矩形试件容纳腔内的左侧安装有左压板16、顶部左右依次安装有若干上压板17、前部左右依次安装有若干前压板18。轴向液压缸6能穿过左侧板12与左压板16相连，每个上压板17通过贯穿安装在顶板14上的上垫块19与顶部液压缸20相连，顶部液压缸20带有液压活塞20a，通过液压活塞20a作用上垫块19，再由上压板17对矩形试件施加载荷。每个前压板18通过贯穿安装在前侧板23上的侧垫块21与侧向液压缸22相连，侧向液压缸22也带有液压活塞，通过液压活塞作用侧垫块21，再由前压板18对矩形试件施加载荷。
结合图2—图6所示，上压板17、前压板18、底板13、后侧板24上开孔安装有若干加热管27和控温探头28，上压板17、前压板18、左压板16、底板13、后侧板24、右侧板15上开孔安装有若干超声波探头29。试件箱模块的底部通过衬板25左右间隔地安装有一列滚轮26，当试件箱模块推入主体高压腔模块内时，升降器8支撑在滚轮26下方。
最好是，在轴向液压缸6的腔体上安装有高频振动器，在高压气源作用下，产生高速振动，高频振动力能通过对应的液压腔体、液压活塞、左压板16向右传递到试件上。
在底板13的正上方设置有与上压板17一一对应的防窜流板30，结合图6所示，防窜流板30上开设有中心进气孔30a和若干环绕中心进气孔30a的环形槽30b，且所有环形槽30b与中心进气孔30a通过呈发散状分布的联络槽30c连通。环形槽30b为矩形或圆形，并等距间隔分布。
进气管横向穿过试件箱模块的侧壁接入中心进气孔30a的底部，防窜流板30的上方安装有透气隔板31，在试件的左右两端安装有过滤板32，在试件的上下前后安装有密封垫33。
试件箱模块的内腔能安装长1000×宽400×高400mm的矩形试件，主体高压腔模块的内部耐压10MPa。但不限于此规格尺寸。
轴向液压缸6仅一个，最大加载压力为5000kN；顶部液压缸20、侧向液压缸22各四组，每组液压缸配备有两个并联的液压加载***进行加压，其中一个为静载荷加载***，另一个为动载荷加载***，单组液压加载装置最大加载压力为3000kN，每组液压加载***单独控制一个压板并在对应的压板上左右居中设置，轴向液压缸6、顶部液压缸20、侧向液压缸22均能进行动静载荷的加载。
如图8所示，上述主体模型，除包括主体高压腔模块和试件箱模块两部分外，还包括用于支撑主体模型的主体架37、转运滑轨36、试件箱升降转运架34和右圆端盖转运架35。
主体架37用于支撑主体模型，主体架37呈矩形框架结构，主体模型的左右两端均伸到主体架37外。主体架37的右侧设置有转运滑轨36，且转运滑轨36延伸到主体高压腔模块的正下方，且转运滑轨36的宽度小于主体架37的内空宽度。转运滑轨36上滑动安装有试件箱升降转运架34和右圆端盖转运架35，试件箱升降转运架34能进行升降运动，并用于支撑试件箱模块。右圆端盖转运架35顶部呈弧形用于托起右圆端盖5，试件箱升降转运架34升起后正好能使试件箱模块水平推入主体高压腔模块内，试件箱升降转运架34下降后顶部低于主体高压腔模块的底部，以便于试件箱升降转运架滑入主体高压腔模块的下方，从而使右圆端盖转运架35能向左滑动到设定位置进行右圆端盖5的安装。

Claims (8)

1.一种高应力软岩地层在采动应力下变形模拟试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、试样准备；
选取细砂和粉质黏土按照重量比1:5配制好作为软岩地层模型材料，将模型材料在试件箱内分层铺设并逐层压实，最大压制压力可达到10MPa，并在每层材料的四个转角和中间位置处各埋设一个位移传感器；再将试件箱箱体吊装至转运架上；
步骤二、准备多场耦合煤岩体动力灾害防控技术模拟***安装；
多场耦合煤岩体动力灾害防控技术模拟***包括主体模型和转运架；所述主体模型具有真三轴模拟实验功能，包括真三轴加载***和步骤一中的试件箱；X方向具有独立液压加载装置进行加压，最大加载压力5000kN；Y、Z两个方向均有4组独立的液压加载装置进行加压，单组液压加载装置最大加载压力3000kN，每组液压加载装置能单独控制，并实现1000mm长度方向不同作用力加载，能够更加真实地模拟地下储层三轴应力状态；
将试件箱通过转运架送入真三轴加载***中，使试件箱体的应力加载垫块与真三轴加载***中的压头一一对应；
步骤三、施加真三轴预应力；
根据实测的地层地应力，利用真三轴加载***对模拟地层施加地应力，在加载应力的过程中，首先移动压头，使压头与加载垫块接触，并施加一定的预应力以达到σx＝σy＝σz的静水压力状态，然后以阶梯型的方式逐一加载Z、Y、X三个方向应力达到预定的地应力值；
步骤四、模拟施加真三轴采动应力；
维持水平的两向应力恒定，改变垂直方向不同压板的应力，进而模拟采动应力，设置4#压头的垂直应力为7MPa，3#压头的应力为20MPa，2#压头的应力为15MPa，1#压头的垂直应力为10MPa，实时监测采动过程中位移传感器监测到的位移数据，并记录流量变形数据；
步骤五、同组其他试验；
更换软岩地层模型材料试件，或者改变真三轴采动应力的加载速率，重复步骤一至步骤四；
步骤六、试验结束；
试验完成后需将力负荷卸载为零，然后将液压***切换至低压，将试件卸下，关闭计算机及控制器，切断电源，试验结束。
2.按照权利要求1所述的高应力软岩地层在采动应力下变形模拟试验方法，其特征在于：所述多场耦合煤岩体动力灾害防控技术模拟***包括主体高压腔模块和试件箱模块，所述主体高压腔模块的外壳(1)是采用圆环(3)、左圆端盖(4)、右圆端盖(5)结合螺栓围成的外圆内圆的高压封闭压力仓结构，在圆环(3)内壁的前后上下分别安装有前垫块(2)、后垫块(9)、上垫块(10)和下垫块(11)，且前垫块(2)、后垫块(9)、上垫块(10)和下垫块(11)围成一个矩形腔正好供试件箱模块放入，所述左圆端盖(4)上贯穿安装有轴向液压缸(6)，所述右圆端盖(5)分为冲孔型、渗流型、突出型，右圆端盖(5)的中部分别贯穿安装有冲孔、渗流、突出接口，左圆端盖(4)、右圆端盖(5)上分别贯穿开有线束管路引出孔(7)，下垫块(11)顶部左右间隔地设槽安装有一列升降器(8)，所述升降器(8)能突出下垫块(11)外，也能沉入下垫块(11)内；
所述试件箱模块是采用左侧板(12)、底板(13)、顶板(14)、右侧板(15)、前侧板(23)、后侧板(24)结合螺栓围成的矩形试件容纳腔，且矩形试件容纳腔与高压封闭压力仓的轴心线共线，在矩形试件容纳腔内的左侧安装有左压板(16)、顶部左右依次安装有若干上压板(17)、前部左右依次安装有若干前压板(18)，所述轴向液压缸(6)能穿过左侧板(12)与左压板(16)相连，每个上压板(17)通过贯穿安装在顶板(14)上的上垫块(19)与顶部液压缸(20)相连，每个前压板(18)通过贯穿安装在前侧板(23)上的侧垫块(21)与侧向液压缸(22)相连，所述上压板(17)、前压板(18)、底板(13)、后侧板(24)上开孔安装有若干加热管(27)和控温探头(28)，上压板(17)、前压板(18)、左压板(16)、底板(13)、后侧板(24)、右侧板(15)上开孔安装有若干超声波探头(29)，所述试件箱模块的底部通过衬板(25)左右间隔地安装有一列滚轮(26)，当试件箱模块推入主体高压腔模块内时，升降器(8)支撑在滚轮(26)下方；
在所述底板(13)的正上方设置有与上压板(17)一一对应的防窜流板(30)，所述防窜流板(30)上开设有中心进气孔(30a)和若干环绕中心进气孔(30a)的环形槽(30b)，且所有环形槽(30b)与中心进气孔(30a)通过呈发散状分布的联络槽(30c)连通，进气管横向穿过试件箱模块的侧壁接入所述中心进气孔(30a)的底部，所述防窜流板(30)的上方安装有透气隔板(31)，在试件的左右两端安装有过滤板(32)，在试件的上下前后安装有密封垫(33)。
3.按照权利要求2所述的高应力软岩地层在采动应力下变形模拟试验方法，其特征在于：所述试件箱模块的内腔能安装长1000×宽400×高400mm的矩形试件，主体高压腔模块的内部耐压10MPa。
4.按照权利要求2所述的高应力软岩地层在采动应力下变形模拟试验方法，其特征在于：所述轴向液压缸(6)仅一个，最大加载压力为5000kN；顶部液压缸(20)、侧向液压缸(22)各四组，每组液压缸配备有两个并联的液压加载***进行加压，其中一个为静载荷加载***，另一个为动载荷加载***，单组液压加载装置最大加载压力为3000kN，每组液压加载***单独控制一个压板并在对应的压板上左右居中设置，轴向液压缸(6)、顶部液压缸(20)、侧向液压缸(22)均能进行动静载荷的加载。
5.按照权利要求2所述的高应力软岩地层在采动应力下变形模拟试验方法，其特征在于：所述环形槽(30b)为矩形或圆形，并等距间隔分布。
6.按照权利要求2所述的高应力软岩地层在采动应力下变形模拟试验方法，其特征在于：还包括用于支撑主体模型的主体架(37)，所述主体架(37)呈矩形框架结构，主体模型的左右两端均伸到主体架(37)外，主体架(37)的右侧设置有转运滑轨(36)，且转运滑轨(36)延伸到主体高压腔模块的正下方，转运滑轨(36)的宽度小于主体架(37)的内空宽度；转运滑轨(36)上滑动安装有试件箱升降转运架(34)和右圆端盖转运架(35)，试件箱升降转运架(34)能进行升降运动，并用于支撑试件箱模块；右圆端盖转运架(35)顶部呈弧形用于托起右圆端盖(5)，试件箱升降转运架(34)升起后正好能使试件箱模块水平推入主体高压腔模块内，试件箱升降转运架(34)下降后顶部低于主体高压腔模块的底部，以便于滑入主体高压腔模块的下方，使得右圆端盖转运架(35)能向左滑动到设定位置进行右圆端盖(5)的安装。
7.按照权利要求2所述的高应力软岩地层在采动应力下变形模拟试验方法，其特征在于：每个所述升降器(8)采用前后间隔并对称设置的双支撑结构，每个升降器(8)采用单独的液压驱动，所有升降器(8)同步升降运动。
8.按照权利要求2所述的高应力软岩地层在采动应力下变形模拟试验方法，其特征在于：在所述轴向液压缸(6)的腔体上安装有高频振动器，在高压气源作用下，产生高速振动，高频振动力能通过对应的液压腔体、液压活塞、左压板(16)向右传递到试件上。
CN202211668215.1A 2022-12-23 2022-12-23 高应力软岩地层在采动应力下变形模拟试验方法 Active CN116148075B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211668215.1A CN116148075B (zh) 2022-12-23 2022-12-23 高应力软岩地层在采动应力下变形模拟试验方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211668215.1A CN116148075B (zh) 2022-12-23 2022-12-23 高应力软岩地层在采动应力下变形模拟试验方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116148075A true CN116148075A (zh) 2023-05-23
CN116148075B CN116148075B (zh) 2023-09-12

Family

ID=86338132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211668215.1A Active CN116148075B (zh) 2022-12-23 2022-12-23 高应力软岩地层在采动应力下变形模拟试验方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116148075B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117250068A (zh) * 2023-11-20 2023-12-19 华侨大学 一种软岩岩样制样设备及其制样方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102621230A (zh) * 2012-03-27 2012-08-01 重庆大学 多场耦合煤矿动力灾害大型模拟试验方法
CN106018105A (zh) * 2016-05-17 2016-10-12 重庆大学 煤岩工程多功能物理模拟试验***及煤岩模型试验方法
CN108333048A (zh) * 2018-02-07 2018-07-27 四川大学 一种基于采动应力环境模拟的岩石采动力学实验方法
US20180275034A1 (en) * 2017-03-24 2018-09-27 Northeastern University Low-frequency disturbance and high-speed impact type high-pressure true triaxial test apparatus and method
CN109459313A (zh) * 2018-12-29 2019-03-12 四川大学 真实采动应力影响下煤岩体的力学行为和渗流特性原位测试方法及***
CN109855975A (zh) * 2019-02-27 2019-06-07 重庆大学 基于相似模拟试验***的覆岩关键层破断规律试验方法
CN110044709A (zh) * 2019-05-31 2019-07-23 中国平煤神马能源化工集团有限责任公司 一种用于真三轴试验的监测装置
CN110761781A (zh) * 2019-11-12 2020-02-07 重庆大学 一种fuse技术开采超稠油藏的大尺度三维模拟方法
CN110823707A (zh) * 2019-11-18 2020-02-21 中国矿业大学 卸压煤层气开发模拟的试样真三轴密封加载装置及方法
CN114965006A (zh) * 2022-05-11 2022-08-30 中国矿业大学 一种工程岩体动力学模拟试验***及其试验方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102621230A (zh) * 2012-03-27 2012-08-01 重庆大学 多场耦合煤矿动力灾害大型模拟试验方法
CN106018105A (zh) * 2016-05-17 2016-10-12 重庆大学 煤岩工程多功能物理模拟试验***及煤岩模型试验方法
US20180275034A1 (en) * 2017-03-24 2018-09-27 Northeastern University Low-frequency disturbance and high-speed impact type high-pressure true triaxial test apparatus and method
CN108333048A (zh) * 2018-02-07 2018-07-27 四川大学 一种基于采动应力环境模拟的岩石采动力学实验方法
CN109459313A (zh) * 2018-12-29 2019-03-12 四川大学 真实采动应力影响下煤岩体的力学行为和渗流特性原位测试方法及***
CN109855975A (zh) * 2019-02-27 2019-06-07 重庆大学 基于相似模拟试验***的覆岩关键层破断规律试验方法
CN110044709A (zh) * 2019-05-31 2019-07-23 中国平煤神马能源化工集团有限责任公司 一种用于真三轴试验的监测装置
CN110761781A (zh) * 2019-11-12 2020-02-07 重庆大学 一种fuse技术开采超稠油藏的大尺度三维模拟方法
CN110823707A (zh) * 2019-11-18 2020-02-21 中国矿业大学 卸压煤层气开发模拟的试样真三轴密封加载装置及方法
CN114965006A (zh) * 2022-05-11 2022-08-30 中国矿业大学 一种工程岩体动力学模拟试验***及其试验方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘超 等: ""深部采动应力条件下砂岩破裂的声发射和能量演化规律研究"", 《采矿与安全工程学报》, vol. 39, no. 3, pages 470 - 479 *
薛俊华 等: ""全应力-应变条件下煤岩渗透率变化机制实验研究‘", 《煤矿安全》, vol. 52, no. 2, pages 33 - 37 *
金灼: ""真三轴采动条件下不同倾角煤层应力分布特征与煤岩破裂规律研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑 》, pages 021 - 215 *
高恒: ""真三轴应力条件下砂岩采动力学及渗流特性的试验研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》, pages 021 - 53 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117250068A (zh) * 2023-11-20 2023-12-19 华侨大学 一种软岩岩样制样设备及其制样方法
CN117250068B (zh) * 2023-11-20 2024-01-30 华侨大学 一种软岩岩样制样设备及其制样方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN116148075B (zh) 2023-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2022134187A1 (zh) 深部复杂构造条件下岩石真三轴动态压剪试验装置及方法
CN105093962A (zh) 模拟三维煤层开采试验台的双向柔性加载***及方法
CN116148075B (zh) 高应力软岩地层在采动应力下变形模拟试验方法
CN105510534A (zh) 一种可模拟不同倾角含水煤层充填注浆试验装置及方法
CN111175469B (zh) 真三维应力下高温煤体注水润湿致其裂隙扩展的试验方法
CN112269015A (zh) 承压含水层倾角可调的倾斜煤层开采三维相似试验装置与测试方法
CN111963118A (zh) 一种模拟水平井开采的二维可视化填砂实验模型
CN205445669U (zh) 一种可模拟不同倾角含水煤层充填注浆试验装置
CN114088918B (zh) 一种煤系岩石相似材料试样成型与加载一体化装置及方法
CN114397234A (zh) 一种复合煤岩体真三轴梯度应力加载渗流试验装置
CN116086974A (zh) 真三轴应力下冲孔致裂多煤层的模拟试验方法
CN111189687B (zh) 一种模拟注入流体作用下裂隙岩体滑移失稳的试验方法
CN108590768B (zh) 一种非均布覆压下注水煤层流固耦合应力监测***
CN117969277B (zh) 高温应力环境下软岩变形全进程可视化的真三轴试验方法
CN116008084B (zh) 多场耦合煤岩体动力灾害防控模拟试验用主体模型
CN110823707A (zh) 卸压煤层气开发模拟的试样真三轴密封加载装置及方法
CN115950805B (zh) 模拟真实地应力环境中多点复杂渗流路径的试验方法
CN116087468B (zh) 高温应力环境下油砂强度、应变及渗流综合试验方法
CN116026698B (zh) 扰动应力下煤层采空区顶板垮塌的试验方法
CN116025346B (zh) 大尺度稠油开采试验用试件箱模块
CN115950746B (zh) 真实地应力环境中多煤层沿空留巷的护巷方法
CN115979911B (zh) 动静荷载复杂环境中裂隙岩体力学响应模拟试验方法
CN115977621B (zh) Vhsd直井水平井水力连通开采稠油藏的物理模拟方法
CN116087457B (zh) 分级动荷载作用诱发煤与瓦斯突出试验方法
CN115749708B (zh) 一种稠油直井-水平井连通建立模拟装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant