[发明专利]深部开采采动应力场演变过程试验方法

说明书

技术领域

本发明属于采场应力演变试验方法领域，具体涉及一种深部开采采动应力场演变过程试验方法。

背景技术

近年来，我国煤炭开采以每年10m左右的速度向深部延伸，未来10年内，我国将有相当数量的矿井将进入深部开采。深部开采不同于浅部开采，煤岩的力学性质在高温和高地应力的作用下发生变化，使得煤炭开采的力学环境、煤岩体的组织结构、基本力学行为和工程响应与浅部明显不同，同时大空间开采模式导致采动应力场的时空关系和动力学特征更加复杂，更易诱发冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害，造成严重破坏和大量人员伤亡，究其原因在于不了解或没有完全掌握不同采动条件下采动应力场分布时空演变规律，在错误的时间和空间开掘、维护巷道和推进工作面造成的。

对于采动影响下的煤体损伤破裂发展过程及损伤破裂过程中作用在煤体上的采动应力场，国内外相关学者主要利用弹塑性力学等经典力学对静态应力作用条件下的理想煤体进行研究分析，研究表明采场煤体处于上覆岩层逐次弯曲、裂断形成的动力载荷作用之下，导致其力学性能不断劣化，引起采动应力向煤体内部不断转移。因此，科学定量研究采动应力场随煤体力学性能劣化的时空演化机制和规律是非常必要的，这为进行开掘、维护巷道和推进工作面确定合理的时间和空间位置，实现煤炭资源科学开采有着极为重要的工程实际意义。

发明内容

本发明提出了一种深部开采采动应力场演变过程试验方法，该方法可以实现二维加载，实时采集应力、位移等基础数据，可以同时对多组煤体或充填体进行试验。

本发明技术方案包括：

一种深部开采采动应力场演变过程试验方法，包括以下步骤:

a制作大尺度煤体，在工作面采集完整煤块，沿煤块层理方向切割成150mm×150mm×500mm后，晾干、作为大尺度煤体；

b准备实验硬件，所述实验硬件包括试验加载组件、伺服组件、控制组件和声波监测组件；所述试验加载组件包括加载主框架、侧压加载单元和轴压加载单元，所述加载主框架包括底座、横梁和支撑框架，所述底座和支撑框架之间通过所述横梁连接，所述支撑框架为上横梁、下横梁、左立柱和右立柱组成的封闭框架，所述轴压加载单元位于所述左立柱和右立柱之间，所述轴压加载单元设置有五个独立的加载点；所述侧压加载单元有两个，分别设置在左、右立柱的两侧，每侧的侧压加载单元分别设置有三个独立的加载点；

c安装，将步骤a所述的大尺度煤体放置在步骤b所述的加载主框架内，将上述液压伺服组件、控制组件和声波监测组件分别与所述试验加载组件连接；

d加载，启动液压伺服组件，通过所述液压伺服组件控制侧压加载单元和轴压加载单元中的加载油缸，开始加载每个油缸，单独控制加载力值和位移量；

e接步骤d，大尺度煤体受各加载点加载作用后，所受到的力和变形分别通过侧压加载单元和轴压加载单元球角上的压力传感器、位移传感器进行监测，并通过数据线传递给所述控制组件，控制组件按试验人员要求绘制实时试验曲线。

进一步的，所述步骤b中，上横梁和下横梁之间连接有左反力墙和右反力墙，所述每侧的侧压加载单元均包括侧向压头，侧向负荷传感器和侧向加载油缸，所述侧向负荷传感器位于所述侧向压头和所述侧向加载油缸中间，所述侧向压头用于对煤样进行加载，所述侧向加载油缸连接在所述左、右反力墙上；所述轴压加载单元包括竖向压头、竖向球角、竖向负荷传感器、竖向连接杆和竖向加载油缸，所述竖向压头用于对煤样进行加载，所述竖向球角位于所述竖向压头和所述竖向负荷传感器之间，所述竖向负荷传感器通过所述竖向连接杆连接所述竖向加载油缸，所述竖向加载油缸连接在所述支撑框架上。

进一步的，所述步骤b中，轴压加载单元的最大加载载荷为4500kN，位于两侧侧压加载单元上的加载点呈对称设置，每侧侧压加载单元的最大加载载荷为1200kN。

进一步的，所述的伺服组件用于多级可控的恒定油液流量控制，所述伺服组件包括采动应力伺服单元、伺服电机和EDC测控器；所述的采动应力伺服单元由永磁力矩马达、喷嘴、档板、阀芯、阀套和控制腔组成，所述EDC测控器具有多个测量通道，每个测量通道用于进行荷载、位移、变形单独控制或几个测量通道的联合控制，多种控制方式间实现无冲击转换。

进一步的，所述控制组件包括计算机，所述计算机连接所述试验加载组件和所述声波监测组件，用于控制所述试验加载组件的动作，并接收、记录检测所述声波监测组件检测得到的试样数据。

本发明所带来的有益技术效果：