[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

说明书

本发明公开了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装置与测试方法，涉及岩石力学与承压渗透试验领域，其包括试验架，加载板，试样存放腔，侧压加载系统，垂直加载系统，水压加载系统，水温调节系统，信号采集与处理系统；通过制备大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样，该试验装置与测试方法可以研究水‑力耦合下矩形空洞不同开挖深度突水过程中单一裂隙围岩应力、位移、裂隙、渗流、温度等多场前兆信息的演化规律、耦合特性及影响因素；该试验装置的水压加载系统、水温调节系统和侧压加载系统，能较好模拟承压水上含断层煤系地层的地质力学环境，反演分析深部承压水上回采工作面内采动断层突水机理，更好监测预警采动断层突水。

技术领域

本发明涉及岩石力学与承压渗透试验领域，特别涉及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装置与测试方法。

背景技术

我国煤炭资源丰富，但赋存地质条件复杂，使得煤矿开采中地质灾害时有发生。随着煤矿开采深度和开采强度的增大，工作面受下伏奥灰岩溶水的威胁日益严重，特别是深部含断层构造的回采工作面，其突水预测及防治问题更为突出。

断层突水是煤矿突水的一种重要形式，具有较强的隐敝性和难确定性，易造成重大突水事故，严重威胁着煤矿的安全生产。据统计，全国80％的煤矿突水事故是由断层活化引起的，而绝大多数是原始地质条件下的非导水断层在采动影响下活化而诱发的突水。采动引起断层围岩应力变化，产生变形、破坏裂隙，使得承压水沿着断层带向上导升，诱发断层突水。断层突水过程具有围岩应力、位移、渗透性变化以及水压增大、温度改变等一系列前兆信息，这些前兆信息是断层突水监测预警的前提和依据。由于断层突水机理的复杂性及研究手段的局限性，目前仅监测分析断层突水过程中的应力、位移等前兆信息的演化规律，对断层突水过程中的裂隙、渗流、温度等前兆信息的演化规律还不明确，缺乏断层突水过程中的应力、位移、裂隙、渗流、温度等多场前兆信息演化规律、耦合特性及影响因素的系统研究，不能有效监测预警采动断层突水，使得许多矿井为了防止采动断层突水不得不放弃大量煤炭资源的开采而留作防水煤柱，更多的则因下伏奥灰岩溶水的威胁而暂时无法开采。

目前，在采动断层突水机理的理论分析和数值模拟研究方面取得了丰富的研究成果。但由于受试验装置、试样制备及试样尺寸的限制，在采动断层突水机理的室内试验研究方面尚处在起步阶段，缺乏相应的试验装置、合理的试验试样及可行的测试方法。专利“大尺寸层状承压岩石真三轴加卸载试验装置及测试方法(201610115649.7)”，通过构建承压水加载系统和三向不等压加载系统，实现了大尺寸层状岩石三向不等压受力状态下的承压渗透特性。但该试验装置仅能测试研究完整的层状岩石，无法研究含断层等构造裂隙的岩石；另外，该试验装置仅能测试研究层状岩石承压渗透破坏过程中的应力、应变及其渗透性，不能测试研究含断层等构造裂隙岩石承压渗透破坏过程中的应力、位移、裂隙、渗流、温度多场前兆信息的时空演化规律、耦合特性及影响因素，无法获得含断层等构造裂隙岩石承压渗透破坏过程中温度的演化信息。因此，迫切需要制备合理的试验试样，构建与之匹配的试验装置及可行的测试方法，特别是构造裂隙岩石突水过程中温度信息的再现和采集，开展采动断层突水机理方面的室内试验研究工作，探索采动断层突水过程中的应力、位移、裂隙、渗流、温度多场前兆信息的时空演化规律、耦合特性及影响因素，有效监测预警采动断层突水，以期实现深部含断层工作面的安全带压开采。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供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装置与测试方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：