[发明专利]静载荷下煤岩组合体试件中煤的力学特性试验方法

说明书

本发明公开了一种静载荷下煤岩组合体试件中煤的力学特性试验方法，它借用现有的煤岩组合体试件，从不容易压碎的岩石下手，在岩石上贴应变片，准确测得岩石和整体的应力应变，然后根据煤岩组合体试件中煤与岩石的串联关系，煤、岩石与组合体整体的应力相等，以及煤与岩石的轴向变形量之和等于组合体整体的轴向变形量机理，利用准确测得岩石和整体的应力应变结果，反推出组合体中煤的应力应变计算公式，获得煤的真实应变变化，解决了本领域技术人员想解决却一直无法解决的技术问题，不但得到煤在一定围岩环境下的力学特性，更好的指导现场工程实践，而且对揭示工程煤体的真实破坏机制具有重要指导意义。

技术领域

本发明涉及岩石力学试验方法。

背景技术

煤是一种含有大量微孔洞、微裂隙的非线性、非连续的复杂力学介质，从岩石分类标准来看，煤属于一种软岩，其力学特性(强度和弹性模量等)是进行矿井开采设计、工作面设备选型及巷道支护设计等的重要基础参数。大量现场实践表明，煤矿井下开采过程中，巷道失稳、冲击地压及煤与瓦斯突出等灾害事故发生时，通常是煤体最先发生破坏。因此，掌握煤的力学特性可为研究冲击地压等动力灾害的发生及防治机理奠定基础。

目前，国内外关于煤的物理力学性质，多参考ISRM建议方法、《煤和岩石物理力学性质测定方法》、《工程岩体试验方法标准》和《水利水电工程岩石试验规程》等进行室内加载试验，包括单轴压缩试验、三轴压缩试验、卸围压试验、循环加卸载试验、流变试验、动载冲击试验等。室内试验绝大部分采用刚性试验机，例如电子万能试验机之类的静载试验加载系统，能够较准确地描述单纯煤试件的强度特性以及变形破坏演化规律等。

然而，现场工程条件下，煤均处于一定的围岩环境中，由于煤与围岩在刚度及内部结构上存在差异，导致煤的变形破坏不仅与受力大小有关，还受到围岩岩性、煤岩高度比等的影响。所以，有学者提出将单纯的煤试件和岩石试件粘合在一起制作成煤岩组合体试件，这种煤岩组合体试件要么由一个煤试件和一个岩石试件组合在一起，要么由一个煤试件和黏贴在煤试件上下面的两个岩石试件组合在一起，将煤岩组合体试件在电子万能试验机之类的试验加载系统上进行试验。试验表明，煤岩组合体试件的变形破坏特征与煤、岩单体明显不同，其更接近于现场工程煤体的真实变形破坏情况。然而该变形破坏特征是组合体整体的力学特性，仍不能反映煤岩组合条件下煤的真实力学特性。与岩石相比，煤的刚度和强度通常较小，导致煤岩组合体试件在受载过程中，煤和岩石的变形破坏规律明显不同，通常是煤发生破坏，岩石则能保持弹性。

与单纯煤试件力学特性及组合体试件的整体力学特性相比，若能获得煤在一定围岩环境下的力学特性，将能更好的指导现场工程实践，对揭示工程煤体的真实破坏机制意义更加重大。

发明内容

为了研究煤在一定围岩环境下的力学特性，指导现场工程实践，本发明提出一种静载荷下煤岩组合体试件中煤的力学特性试验方法，通过该方法不但得到待测煤的力学特性和变形破坏演化规律等，还能更好的指导现场工程实践，对揭示工程煤体的真实破坏机制也具有重要指导意义。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种静载荷下煤岩组合体试件中煤的力学特性试验方法，包括：

第一步：制作煤岩组合体试件，要求煤岩组合体试件中岩石试件的应变是均匀变化的，在制备好的煤岩组合体试件的每个岩石试件周圈均匀粘贴上多个应变片，然后将煤岩组合体试件安装在静载试验加载系统上，将所有应变片连接在应变仪上；

所述的煤岩组合体试件由1个煤试件和i个岩石试件组成，i＝1或2；

所述的应变片优选采用1000Ω高精度应变片，应变仪优选采用DH3815N静态应变测试系统；