[发明专利]大尺寸含裂隙岩石矩形空洞突水多场前兆信息演化试验测试方法

权利要求书

1.一种大尺寸含裂隙岩石矩形空洞突水多场前兆信息演化试验测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)试样制备：从煤矿深部承压含水层上方煤层底板岩层获取完整性较好的大尺寸砂岩或粉砂岩岩块，在实验室内加工成立方体岩石试样；利用小型电钻和水射流切割技术，首先，在岩石试样底部中央开挖出断面尺寸为方形的凹型底槽(9-1)；其次，在岩石试样某一侧面的中上部开挖出断面尺寸为矩形、且具有一定深度的矩形空洞(9-3)；最后，通过岩石试样底部的凹型底槽(9-1)，在矩形空洞(9-3)下方切割出一定倾角、长度和宽度的单一裂隙(9-2)，单一裂隙(9-2)的走向与矩形空洞(9-3)的断面平行，从而制备出满足试验要求的大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样(9)；

2)测试布置：利用耦合剂粘贴的方法，在大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样(9)前后两个面上按照一定的方位和间距至少各粘贴布置两个电阻应变片(8-1a)和六个声发射探头(8-2a)；利用手持小型电钻，在大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样(9)左右两个侧面内各钻出一定数目、间距和深度的小孔，左右两个侧面内至少各埋设九个网络并行电路铜片电极(8-3a)，并利用导电胶密封小孔以保证网络并行电路铜片电极(8-3a)与岩石试样较好耦合；除矩形空洞(9-3)外，利用聚乙烯红外增透膜，将大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样(9)前后、左右四个面密封，将大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样(9)放置在试验装置的试样存放腔(3)内，在大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样(9)前方1m位置处，与矩形空洞(9-3)平行高度布置红外热像仪(8-4)和高速照相机(8-5)；

3)试样加载：将大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样(9)放置在试验装置的试样存放腔(3)内，并保证大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样(9)的底部与试样存放腔(3)底部的底座(1-1)完全密闭吻合，以及大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样(9)底部的凹型底槽(9-1)与试验装置底座(1-1)中央的凹槽(1-4)完全吻合；首先，利用垂直加载系统(5)，对大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样(9)顶部施加一定的垂直均布载荷；其次，利用侧压加载系统(4)，对大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样(9)左右两个侧面施加一定的水平均布载荷；最后，利用水压加载系统(6)和水温调节系统(7)，通过试验装置底座(1-1)中央的凹槽(1-4)对大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样(9)底部施加一定稳定压力和温度的高压水；

4)数据采集：利用垂直加载系统(5)，增大施加作用在大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样(9)顶部的垂直载荷，并利用应力应变数据采集与处理系统(8-1)、声发射信号采集与处理系统(8)(8-2)、视电阻率信号采集与处理系统(8)(8-3)、红外热像仪(8-4)和高速照相机(8-5)同步采集水-力耦合下大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样(9)矩形空洞突水过程中单一裂隙围岩应力、位移、裂隙、渗流、温度多场前兆信息；通过采集的应力应变数据、声发射信号、视电阻率信号、红外辐射能量和温度信息和可见光图像信息演化过程的分析，研究大尺寸含裂隙岩石矩形空洞突水过程中单一裂隙围岩应力、位移、裂隙、渗流、温度多场前兆信息的演化规律与耦合特性；

5)影响因素：改变凹型底槽(9-1)内的水压和水温、单一裂隙(9-2)的倾角、长度、宽度、充填与否，以及单一裂隙(9-2)与矩形空洞(9-3)垂直间距和水平应力载荷，重复上述试验步骤，研究矩形空洞开挖不同深度时，水-力耦合下大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样(9)矩形空洞突水过程中单一裂隙围岩应力、位移、裂隙、渗流、温度多场前兆信息的演化规律与耦合特性，以及凹型底槽(9-1)内水压和水温、单一裂隙(9-2)倾角、长度、宽度、充填与否，以及单一裂隙与矩形空洞(9-3)垂直间距和水平应力载荷对单一裂隙围岩应力、位移、裂隙、渗流、温度多场前兆信息的影响规律，反演分析深部承压水上回采工作面内采动断层突水过程中断层围岩应力、位移、裂隙、渗流、温度多场前兆信息的演化规律、耦合特性及影响因素；

使用上述测试方法的试验装置包括试验架(1)、加载板(2)、试样存放腔(3)、侧压加载系统(4)、垂直加载系统(5)、水压加载系统(6)、信号采集与处理系统(8)，所述试验架(1)包括底座(1-1)，所述加载板(2)位于所述试验架(1)内部，所述加载板(2)与所述底座(1-1)围设形成试样存放腔(3)，所述侧压加载系统(4)、垂直加载系统(5)，分别通过所述加载板(2)从侧面施加水平、从顶部施加垂直的压力给放置在所述试样存放腔(3)的大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样(9)；所述信号采集与处理系统(8)用于采集和处理试验过程中产生的信号数据；其特征在于：所述底座(1-1)中央设置有凹槽(1-4)，所述水压加载系统(6)与所述凹槽(1-4)连通；所述大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样(9)的底部开设有凹型底槽(9-1)，当所述大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样(9)放置于所述试样存放腔(3)时，所述凹型底槽(9-1)全面覆盖着所述凹槽(1-4)；所述水压加载系统(6)将水注入到所述凹槽(1-4)中，通过所述凹槽(1-4)给所述大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样(9)底部施加水压；

所述大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样(9)为立方体砂岩或粉砂岩岩石试样；

所述大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样(9)上还设置有单一裂隙(9-2)和矩形空洞(9-3)，所述矩形空洞(9-3)位于大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样(9)的中上部，所述单一裂隙(9-2)位于凹型底槽(9-1)和矩形空洞(9-3)之间，所述单一裂隙(9-2)从所述凹型底槽(9-1)的顶部倾斜向上延伸，所述矩形空洞从所述大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样(9)的某一侧面开挖形成；

所述矩形空洞到岩石试样左右两个面的距离相等，所述单一裂隙到岩石试样左右两个面的距离相等。