[发明专利]煤层岩溶陷落柱突水模型试验相似模拟材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种煤层岩溶陷落柱突水模型试验相似模拟材料及其制备方法，由以下重量份的组分组成：石英砂1份，腻子粉0.09份，重石晶粉0.10份，凡士林或石油脂0.13份，拌合水0.09份，炭黑0.02份。本发明用于模拟不同力学特性条件下的煤层陷落柱式突水特征，既能实现在高力学参数时的开挖陷落突水，又能模拟力学参数较低时的煤层陷落柱渗水及扰动突水特性；能在较大范围内调节材料的强度、渗透性和稳定性，可模拟较大强度范围的岩溶陷落柱煤层。本发明还提供了其配比和制备方法。

技术领域

本发明涉及一种煤层岩溶陷落柱突水模型试验相似模拟材料及其制备方法。

背景技术

煤层岩溶陷落柱是发现于我国华北地区的一种特殊地质现象。岩溶陷落柱的存在, 不仅破坏了煤层的正常赋存, 更有导水陷落柱是矿井生产的极大水害威胁。岩溶陷落柱属于隐伏垂向构造，其导致的突水具有隐蔽性、突发性且与岩溶水有天然联系等特点，对煤矿安全生产及当地人民生活危害极大。

地质力学模型试验可模拟多种地质条件、开采条件下的巷道围岩变形破坏特征，直观反映所研究系统的物理、力学现象，弥补理论分析与现场试验的不足。在满足相似原理的前提下，能够更加准确地对现场方案实施效果进行提前测试，有效地避免了工程施工后由于方案不合理造成的安全与经济问题。模型试验具有其独特的优越性，在国内外岩土与采矿工程界得到了广泛应用，通过大量的地质力学模型试验来研究地下工程设计和施工方法的优化，进行施工过程力学规律的探索，成为开展地下工程研究的必要手段

但是现在的地下工程模型试验存在着许多明显的不足，尤其是在相似材料的研发方面，大多数只注重物理特性方面的相似模拟，极少考虑到材料的力学特性。虽然有少数相似试验考虑到流-固耦合作用，但是模型试验中难以模拟复杂地质情况下软岩的力学特性，导致实验结果与实际情况不相符。对高力学参数情况下的围岩相似材料的研发比较常见，但是低应力条件下的煤层相似材料的配比却十分罕见。对于煤层大型岩溶陷落柱滞后突水很少有模型试验能够成功模拟，也无法得到相应的研究成果。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种煤层岩溶陷落柱突水模型试验相似模拟材料及其制备方法，尤其适用于煤层大型岩溶陷落柱滞后突水模型试验，本发明能在较大范围内调节材料的强度、渗透性和稳定性，可模拟较大强度范围的岩溶陷落柱煤层。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种煤层岩溶陷落柱突水模型试验相似模拟材料，由以下重量份的组分组成：石英砂1份，腻子粉0.09份，重晶石粉0.10份，凡士林或石油脂0.13份，拌合水0.09份，炭黑0.02份。

所述石英砂的粒径小于9mm，且级配均匀。

所述石膏粉的细度为400-600目

所述滑石粉的细度为800-1400目。

所述拌合水为自来水。

上述相似材料的制备方法，包括以下步骤：

1）首先根据待模拟的工程地质条件岩溶陷落柱煤层物理力学参数，按照确定好的配比称取石英砂、腻子粉、重晶石粉、凡士林和拌合水；

2）将石英砂、腻子粉、重晶石粉三种细粒材料混合并搅拌均匀，静置后，筛去较大的胶结颗粒，加入称量好的拌合水，充分搅拌；

3）将凡士林加热至50℃～65℃，使其熔为液态；

4）将液态凡士林与步骤2）所得材料混合，加入炭黑，并充分搅拌，室温下冷却，得到用于模型试验的煤层相似材料。

本发明的工作原理：