[发明专利]一种全方位研究地下采矿的岩石力学实验方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及了采矿岩石力学的实验方法，尤其涉及一种在不同采空区处理方法下采用不 同采煤方法时工作面前方或者巷道两侧围岩受载破坏过程的实验方法，属于采矿工程领域。

背景技术

室内实验室做岩石破坏实验时，大多是加载破坏即单轴实验和常规三轴实验，然而矿井 开采工作面前方与后方等多部位岩石属于卸压破坏，而且工作面前方岩石破坏方式与常规卸 载又存在不同，这是由于煤矿开采会引起工作面前方应力变化，并且该应力是个动态变化过 程。实践表明，无论是常规三轴还是常规卸载实验，它们只是能够模拟出煤矿下某个部位的 岩石的受载破坏情况。

发明人发现现有的实验中存在以下问题：单轴实验只是模拟了矿井工作面或者巷道边墙 岩石的受载破坏；常规三轴实验只是加压破坏，即保持围压不变增大轴压，观察岩石的破坏， 只模拟远离巷道和工作面处不受采动影响岩石的破坏；而常规卸载实验保持轴压不变将围压 卸载，观察岩石破坏，只模拟了矿井处于正开挖状态下的岩石破坏。然而工作面前方等多部 位岩体的破坏与上述几种方式存在很大不同，这就需要建立一组实验来进行采矿岩石力学的 研究，因此本发明在原有实验的基础上提出了采动应力加卸载实验，结合了单轴实验、常规 三轴实验和常规卸载实验，建立了一整套研究采矿岩石受载破坏情况的实验系统。

发明内容

本发明的目的是为研究采矿工程领域各部位的岩石破坏提供一种全面的实验研究方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供了一种新的采矿岩石力学的实验方法，该方法包括如下：

所述的采矿岩石力学的实验方法，其特征在于：包括单轴压缩实验、常规三轴实验、常 规卸载实验和采动应力加卸载实验，采动应力加卸载实验本发明中主要研究不同采空区处理 下的长壁和短壁采煤法，包括模拟垮落法处理采空区时长壁采煤法的实验、模拟充填法处理 采空区时长壁采煤法的实验、模拟垮落法处理采空区时短壁采煤法的实验、模拟充填法处理 采空区时短壁采煤法的实验。其中，

单轴实验是模拟矿井工作面或者巷道边墙岩石的受载破坏情况；常规三轴实验是模拟远 离巷道和工作面处岩石的受载破坏情况；常规卸载实验是模拟巷道掌子面和工作面刚开挖状 态时的岩石受载破坏情况；采动应力加卸载实验是模拟工作面前方50m处岩石受载破坏情况。

所述实验方法，其特征在于：单轴实验是没有围压时加轴压破坏，常规三轴实验是保持 围压不变加轴压破坏，常规卸载实验是保持轴压不变卸载围压破坏，采动应力加卸载实验是 卸围压的同时加轴压破坏。

所述的实验方法，其特征在于：每组实验是针对矿井不同区域或位置岩石的受力方式而 设计的，利用不同的实验方法，可全面研究矿井各个区域位置岩石的破坏行为。

所述采动应力加卸载实验的分类，其特征在于：工作面前方岩体受扰动的剧烈程度依据 采矿方法而不同。首先是垮落法处理采空区的长壁采煤法采动应力变化最剧烈，垮落法处理 采空区的短壁采煤法的采动应力变化次之，充填法处理采空区的长壁采煤法再次之，而充填 法处理采空区的短壁采煤法采用应力影响最弱。

根据所述采动影响实验的分类，其特征在于：工作面前方岩体受扰动的剧烈程度，首先， 是垮落法处理采空区时长壁采煤法最明显；其次，是垮落法处理采空区时短壁采煤法；再次， 是充填法处理采空区时长壁采煤法；最后，是充填法处理采空区时短壁采煤法最弱。

根据所述采动实验的区别，其特征在于：首先是使用垮落法处理采空区时的长壁采煤法 工作面前方应力集中最大，其次是使用垮落法处理采空区时的短壁采煤法，再次是使用充填 法处理采空区时的长壁采煤法，而使用充填法处理采空区时的短壁采煤法的应力集中是最小 的。

根据所述不同处理采空区的方法，其特征在于：使用垮落法处理采空区时顶板下沉较大， 而且垮落的矸石所承受的上覆岩层重量少，这就导致了工作面前方煤体所受上覆岩层重量大； 而使用充填法处理采空区时顶板变形很少，工作面前方煤体所受上覆岩层重量少；长壁与短 壁的区别就在于工作面长度是否大于50m。

一种基于上述采矿岩石力学的实验方法，其特征在于，该方法包括：