[发明专利]煤体柔性加固试件参数的确定方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种“棕绳+注浆”煤样柔性加固形式及参数确定试验方法，为煤矿大采高综采工作面及综放工作面煤壁片帮的防治措施确定、工艺参数优化提供试验依据。

背景技术

近年来，随着采煤工作面配套设备制造水平的不断提高，大采高综采和综放技术逐渐成为我国厚煤层开采的重要发展方向，煤炭回收率、工作面产能均得到大幅度提高，但开采强度的提高也引发了一些新问题，煤壁片帮、端面冒顶事故发生概率较普通综采工作面高10％，成为制约大采高和综放工作面产能发挥的关键因素。目前，煤壁注浆加固技术是控制煤壁片帮较成熟的技术，存在于破碎煤体纵横交错的裂隙中的浆液固结体提高了煤壁的整体稳定性，但合理注浆量、及注浆效果的确定成为工程应用中难以解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种煤体“棕绳+注浆”柔性加固形式及加固效果确定的实验方法，该实验方法能够在实验室内通过实验得到不同棕绳直径、棕绳位置的含浆量煤样试件的抗压、抗剪强度、试件变形过程中温度场的变化特征。从而反映煤体强度与棕绳直径、注浆位置及注浆量的关系，确定使煤体强度达到工程应用的最优棕绳直径、棕绳位置和注浆量；

本发明提出的一种煤体柔性加固参数确定方法的具体技术方案包括“棕绳+注浆”加固煤样试件制作成型和柔性加固煤样试件强度测定试验：

具体包括以下步骤：

1)将煤粉与浆液按照不同比例混合均匀，填入穿置有棕绳的模具中，记录每个试件的浆液比例，每个试件棕绳的位置以及棕绳的直径；煤粉取自采煤工作面的大块煤样粉碎而成，粉碎的粒径小于5mm；浆液由马丽散的A、B两种化学试剂混合而成，试剂A、B单独放置不会固结，混合后迅速固结；

2)将模具放置在压实装置中进行压实；煤样试件压实装置采用控制应力方式进行加载，保证各煤样试件的压实程度相同；

3)10～15min后拆除模具、取出试件并编号，得到内部有棕绳的煤样试件，室温环境放置1-2天；

4)采用岩石力学试验机对每个试件进行单轴抗压、角模压剪试验，得到每个加固参数同煤样试件强度的关系；同时用红外成像设备监测试件加载过程中的温度场变化特征，预测不同加固参数下煤样试件破坏位置；从而确定使煤样试件强度达到最大值的加固参数，加固参数包括煤粉与浆液的混合比例以及棕绳的位置和直径。

煤样试件模具可以采用长、宽、高均为70mm的立方体，其中相对的两帮可拆卸，方便拿出成型煤样试件，在可拆卸两帮垂直方向上打5个直径4mm的小孔，其中下部第1个孔心距底部11mm，第1、2个孔圆心距为13mm，其余孔心距为12mm，圆孔用于穿放棕绳。

手动压实装置包括手动聚液器、液压千斤顶、液压表及模具放置平板，采用控制应力加载方式进行压实，以保证各个煤样试件的压实程度相同。

本发明还提供了煤样试件的加固参数的具体应用方案，根据确定的加固参数，对现场煤壁注浆的工艺参数进行确定。

本发明产生的有益效果是：

煤样试件加工及实验过程在实验室中进行，单个煤样试件所用煤量、浆液量均较少，进行多组实验的成本低，在实验室中就能得到棕绳直径、棕绳位置及浆液量与煤样试件强度的关系，为现场注浆工艺参数的确定奠定基础，而不用花费大量的人力物力在现场做大量的工业性试验来寻找最佳注浆工艺参数。

附图说明

当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明中破碎煤样与注浆再次成型试件制作过程图；

图2为煤样试件模型图；

图3为本发明中煤样试件制作模具；

图4手动控制应力型压实装置；

图5为柔性加固煤样试件单轴抗压试验图；

图6为柔性加固煤样试件角模压剪试验图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明主要包括以下三个过程：1)可拆卸立方体模具的安装及棕绳穿置；2)柔性加固煤样试件的制作成型；3)不同加固参数的煤样试件强度的确定。