[发明专利]煤系岩石残余碎胀系数测量方法及系统

说明书

本发明提供了一种煤系岩石残余碎胀系数测量方法及系统。本发明所提供的煤系岩石残余碎胀系数测量方法，其特征在于，包括：步骤1.测量原始体积V_原始；步骤2.将待测岩石放入捣碎筒中；通过线绳将落锤固定在固定架上，并提升到一定高度；松开细绳，使落锤落入捣碎筒内破碎岩石；重复破碎操作，直至待测岩石的破碎块度满足要求；将待测岩石碎块放入分样筛中进行分选；步骤3.将待测岩石碎块放入施压圆筒内；通过液压油泵驱动安装在机架上的分离式液压千斤顶伸出一定高度，进而抵推荷载传递柱将向下压力传递给施压圆筒中的待测岩石碎块，对待测岩石碎块施加应力压力；计算破碎后的体积；步骤4.计算岩石残余碎胀系数。

技术领域

本发明属于岩石力学与采矿领域，具体涉及煤系岩石残余碎胀系数测量方法及系统。

技术背景

岩石破碎后，体积会增大。这种性质被称为岩石的碎胀性。岩石碎胀系数，是指岩石破碎后处于松散状态下的体积与岩石破碎前处于整体状态下的原始体积之比。

破碎后的岩石，在压力作用下体积会减小。这种性质被称为岩石的压实性。岩石残余碎胀系数，是指岩石破碎后在不同压力作用下的体积与破碎前的原始体积之比。

从上述定义概念可以看出：岩石碎胀系数，可以看作岩石残余碎胀系数的特例——压力为0时的残余碎胀系数；测量岩石碎胀系数、残余碎胀系数，可等效为测量岩石体积(破碎前的原始体积，破碎后的体积)。

(一)破碎前的原始体积测量。现有的岩石碎胀系数与残余碎胀系数测量装置，普遍采用排水法(将岩石直接或蜡封后放进水中)测量岩石原始体积，存在2个突出问题：①不能实现岩石原始体积无损测量(不损害、污染待测岩石)；②适用范围有限(不适用不规则形状、亲水膨胀性岩石)。

(二)破碎后的体积测量。岩石破碎后的体积，随压力、破碎块度变化而变化；岩石残余碎胀系数，主要由压力、破碎块度(颗粒级配、颗粒形状)2个指标决定。这在岩石力学与采矿领域已逐渐成为共识。为此，测量破碎后的体积，关键在于2点：①如何破碎与分选；②如何借助加载系统施加压力。

需要说明的是，现有的岩石碎胀系数与残余碎胀系数测量装置，均将“破碎与分选”模糊描述为“将岩石破碎”，对如何具体实现破碎与分选避之不谈。这主要在于，岩石破碎与分选“看起来容易实施起来难”：①岩石不同于常规材料，很难按照人们的意愿实现破碎(如何保证破碎块度符合要求)；②如何确定颗粒级配(粒径大小及占比)、颗粒形状等与岩石残余碎胀系数之间的数学关系。

由于我国大陆板块历经多次剧烈构造运动，所以我国深部围岩具有两大显著特点：高应力(环境)，低强度(岩性)。

高应力(环境)与低强度(岩性)之间的突出矛盾，导致深部围岩大变形灾害严重。相关研究表明：大变形，通常由岩石破裂后的碎胀而导致。为此，准确获取不同类型岩石的碎胀系数，有助于弄清大变形孕育发展过程。

含煤岩系(简称煤系)，是一套在成因上有共生关系并含有煤层(煤线)的沉积岩系。与普通岩浆岩、变质岩相比，煤系岩石松散软弱。这导致煤系岩石切削加工、运输难度大：难于加工成圆形、方形等标准岩样；长距离运输，易导致其破碎。

因此，与普通岩石相比，煤系岩石碎胀系数更难以准确测定：①从工程现场采集的岩石形状复杂，很难用直尺、游标卡尺等测量工具直接获取其几何尺寸参数，进而通过换算计算出其原始体积；②通过排水法虽然能测量岩石原始体积，但会造成岩石污染(浸水)，进而影响下一步试验(破碎后的体积测量)，最终影响测量精度。

综上，现有的煤系岩石碎胀系数与压缩系数测量装置，存在6个突出问题：①不能实现岩石原始体积无损测量(损害、污染岩石)；②适用范围有限，不适用不规则形状、亲水膨胀性岩石；③破碎与分选系统功能有限，不能满足破碎与分选要求；④加载系统为传统压力机，“个头大”、造价高、“大材小用”，不适宜大范围推广；⑤测量误差大(有损测量会导致岩石原始体积测不准)；⑥操作麻烦(费时费力)。