[发明专利]一种煤样单轴抗压强度的多元回归预测模型及其建立方法

说明书

本发明涉及一种煤样单轴抗压强度的多元回归预测模型的建立方法，包括以下步骤：第一步、取一组标准煤样，测量每个标准煤样的尺寸和质量，计算其质量密度；第二步、利用声发射系统通过断铅试验测定标准煤样中的声速值；第三步、选取至少四个标准煤样，按照给定的加载速率进行单轴压缩试验，以测量标准煤样的抗压强度；第四步、构建煤样的单轴抗压强度关于加载速率、煤样声速值和煤样质量密度的多元回归模型。本发明的优点是通过模型利用加载前测定的煤样中的声速值、煤样密度，可以不做加载破坏试验，即可预测煤样在给定加载速率下的抗压强度，从而对煤样的强度及安全性做出预测。

技术领域

本发明涉及一种煤样单轴抗压强度的多元回归预测模型及其建立方法，特别是一种煤岩体在单轴压缩加载条件下其抗压强度与煤样材料中的声速值、加载速率及煤样密度的多元预测模型的建立方法，属于岩石力学、材料力学特性研究技术领域。

背景技术

煤是一种沉积岩，煤体内部含有大量的裂隙、孔隙、层理等诸多缺陷，因而具有均质性较差、加工困难、研究结果离散性大等特点。煤样单轴抗压强度是煤在加载破坏过程中所能承受的最高应力值，而影响煤样单轴抗压强度的因素有：煤赋存的地层地质条件、煤内部的孔隙与裂隙分布、加载速率、加载路径、加载方向、温度、含水量等。经研究发现，煤样内部原生裂隙、孔隙以及矿物夹杂分布方向的非均质性是造成不同加载方向上煤岩破坏特征差异性的原因。在单轴压缩过程中，随着载荷的增加，煤样内部会产生裂纹并以弹性波的形式对外释放能量，同时还会产生声发射现象，声发射现象是材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象。有研究表明，煤样内部原生裂隙、矿物夹杂沿层理方向分布和延伸造成沿垂直层理加载煤样的单轴抗压强度、总声发射计数等参数的均值高于沿平行层理加载的煤样；割理的横向截割作用使沿垂直割理加载煤样的整体性低于沿平行割理加载煤样，并造成其单轴抗压强度、总声发射计数等参数的均值以及加载过程中声发射现象的规律性略低于后者。目前，单一的加载速率、加载路径、含水量等因素对煤样抗压强度影响的研究成果比较多。也有人研究了抗压强度与声速的关系。由于煤的单轴抗压强度要做完破坏性试验才能得知，且试验结果相对于金属的离散性大。因而，目前缺少一种对煤样单轴抗压强度的预测模型，尤其是一种多元预测模型。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的必须通过破坏实验才能得到煤样抗压强度且试验结果离散型大等不足，提出一种煤样单轴抗压强度的多元回归预测模型，同时给出了其建立方法，通过该模型利用加载前测定的煤样材料声速值、煤样密度，不做加载破坏试验即可预测煤样在给定加载速率下的抗压强度，从而对煤样的强度及安全性做出预测。

为了达到以上目的，本发明的技术方案如下：一种煤样单轴抗压强度的多元回归预测模型的建立方法，包括以下步骤：

第一步、取一组标准煤样，并对其进行编号，然后测量每个标准煤样的尺寸和质量，根据标准煤样的尺寸和质量计算其质量密度，标准煤样的质量密度记为ρ；

第二步、利用声发射系统通过断铅试验测定标准煤样中的声速值，将煤样声速值记为v_s；

第三步、选取至少四个标准煤样，按照给定的加载速率v_c进行单轴压缩试验，以测量标准煤样的抗压强度，将煤样的单轴抗压强度记为σ_b；

第四步、构建煤样的单轴抗压强度关于加载速率v_c、煤样声速值v_s和煤样质量密度ρ的多元回归模型。

本发明的多元回归预测模型是一种煤样强度关于加载速率、煤样中声速值及煤样密度的预测模型，该模型利用加载前测定的煤样中的声速值、煤样的质量密度以及加载速率通过实验建立煤样单轴抗压强度关于声速、密度及加载速率的多元回归模型，根据该模型对同一个煤层的煤样可以不做破坏性实验，根据测得的煤样声速值、质量密度及设计的加载速率就能得到煤样在相应加载速率下的单轴抗压强度，从而对煤样的强度及安全性做出预测。