[发明专利]顶板岩体弹性能对煤岩组合体失稳破坏能量贡献度的试验装置及方法

说明书

本发明提供了一种顶板岩体弹性能对煤岩组合体失稳破坏能量贡献度的试验装置及方法，第一步、制备煤岩组合体试件，并在煤层和岩层的表面粘贴应变片；第二步、将煤岩组合体试件放入耐高压密封腔体内；第三步、试验条件包括充气压力和加载速度，利用刚性试验机进行煤岩组合体的压缩破坏力学试验，试验过程中采集应变片数据以及试验机的应力、应变，获得岩体的应力‑应变、煤岩组合体试件应力‑应变曲线；第四步、计算并绘制煤体的应力‑应变曲线；第五步、根据岩体、煤体的应力‑应变曲线，利用图形积分法分别计算每一部分对应的能量，得到E_CR和E_CC，计算顶板岩体能量对煤岩组合体失稳破坏的影响程度η。可指导现场采取针对性的措施进行岩体自身能量的卸除。

技术领域

本发明涉及一种顶板岩体弹性能对煤岩组合体失稳破坏能量贡献度的试 验装置及方法，属于试验方法技术领域。

背景技术

随着煤矿开采深度和强度的增加，深部高应力环境造成煤层、顶板及其组 合结构冲击危险性显著增强，具有冲击倾向性煤岩体内的蕴藏的弹性能是复合 动力灾害发生的重要能量源，在煤岩动力灾害孕育过程中弹性能的积聚、转化、 耗散等规律直接决定了灾害发生的可能性；冲击-突出复合煤岩动力灾害是深 部条件下高应力、高瓦斯压力、坚硬顶板等多因素综合作用的结果，是煤炭深 部开采过程中面临的严重问题。因此，掌握深部开采条件下煤岩组合体的力学 特性及其能量变化规律可为深部煤岩瓦斯复合动力灾害发生机理的研究奠定 基础。

煤岩组合体的失稳破坏呈现与单煤、单岩不一样的特征，其破坏情况更加 符合煤矿现场工程实际情况。由于岩石刚度和强度一般大于煤的刚度和强度， 岩石部分的存在势必会影响到煤的失稳破坏，通常是煤体发生破坏，岩石保持 弹性变化。如果忽略岩石自身变形和结构变化的影响，那么就无法准确获得真 实的煤体和煤岩组合体失稳破坏特性以及能量变化规律。因此，研究顶板岩体 对煤岩组合体失稳破坏影响程度的试验装置并基于此开展系列试验室试验，获 得更加接近于现场工程煤岩破坏的真实变化规律，对于揭示深部开采条件下煤 岩组合体失稳破坏机制、以及煤岩瓦斯复合动力灾害发生机制具有重要的现实 意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明第一目的在于提供一种顶板岩体弹性能对 煤岩组合体失稳破坏能量贡献度的试验装置，本发明的第二目的在于提供顶板 岩体弹性能对煤岩组合体失稳破坏能量贡献度的试验方法。

为了实现本发明的上述第一目的，本发明提供了一种顶板岩体弹性能对煤 岩组合体失稳破坏能量贡献度试验装置，包括动力加载模块，所述动力加载模 块向耐高压密封腔体提供动力，所述耐高压密封腔体模块包括耐高压密封腔体 和底部承载台，其特征在于：所述耐高压密封腔体由两块半圆筒形腔体对接而 成，两块半圆筒形腔体通过卡箍体锁紧密封，煤岩组合体试件置于耐高压密封 腔体内，所述耐高压密封腔体内的底部设置有T形底座用于支撑煤岩组合体试 件，所述耐高压密封腔体内的顶部设置有T形垫块用于压紧煤岩组合体试件； 所述耐高压密封腔体上设置有通气端口，该通气端口通过导气管与气瓶相连， 所述导气管上设置有控制阀、气压表和气压传感器；所述底部承载台包括试验 机承载台和垫块，所述T形底座通过垫块支撑在试验机承载台上，所述煤岩组 合体试件的岩层和煤层表面均粘贴有多片应变片，所述应变片的引线通过耐高 压密封腔体上的引线端口与应变仪相连，所述动力加载模块包括T形刚性压头 和刚性试验机，所述刚性试验机通过T形刚性压头向紧煤岩组合体试件施加动 力，所述气压传感器的气压信号输出端与电脑的气压信号输入端相连，所述应 变仪的应变信号输出端与电脑的应变信号输入端相连。

目前的耐高压密封腔体为圆筒形，不方便试件安装，本发明的耐高压密封 腔体由两块半圆筒形腔体对接而成，便于试样的装样、拆样、以及破坏后形态 的观察、试验导线的连接。可在对接面安装密封圈。本试验装置能完成含瓦斯 条件下煤岩组合的破坏试验，实现了含瓦斯煤岩组合体失稳破坏过程中岩石部 分、煤岩组合体应力应变的全过程的实时同步监测。

上述方案中：所述T形刚性压头和T形底座与耐高压密封腔体内壁之间设 置有密封圈。