[发明专利]基于再生顶板分层特性确定漏风裂隙胶结材料组分的方法

权利要求书

1.一种基于再生顶板分层特性确定漏风裂隙胶结材料组分的方法，其特征在于，具体步骤为：

A、先采用已知的勘探方法对再生顶板进行探测，从而得出该再生顶板的岩层柱状图，然后根据再生顶板各高度层的岩性及各高度层的裂隙发育状况，将再生顶板划分成三层，分别为层A、层B和层C；

B、测量再生顶板所处的巷道掘进面尺寸、支撑煤柱尺寸，层A、层B、层C各自的高度及宽度，层A、层B、层C各自的体积模量、剪切模量、内摩擦角、内聚力和抗拉强度，根据测量的各项物理参数采用FLAC3D软件建立巷道掘进面模型，其中根据各自测量参数对层A、层B和层C分别赋予不同的本构模型，然后对巷道掘进面模型整体进行网格划分；

C、根据步骤B中建立的巷道掘进面模型，利用FLAC3D软件的模拟结果，分别计算模型中层A、层B、层C的受力性质与应力集中区，具体包括：压应力、拉应力以及剪应力；

D、从再生顶板的层A、层B、层C分别进行取样，进而分别按照步骤B中赋予层A、层B和层C的本构模型，制作形成多个结构相同的试样a、多个结构相同的试样b和多个结构相同的试样c，然后测定各试样的孔隙直径分别为d₁、d₂、d₃；

E、选择多种无机材料和多种有机材料，每种材料作为一种胶结材料，从而完成多种胶结材料的选取过程；

F、测量步骤E中每种胶结材料的水化热，并计算其注浆胶结后内部最高温度，计算公式为：

式中：T_max为绝热温升，℃；W为胶结材料用量，kg/m³；Q为胶结材料水化热，kJ/kg；C为胶结后再生顶板比热，0.96kJ/kg；r为再生顶板密度，kg/m³；h为散热影响系数；T_t为环境温度，℃；T为注浆后再生顶板内部最高温度，℃；

G、根据步骤A的岩层柱状图中层A、层B和层C各自的碎煤含量和步骤D中测定的试样a、试样b和试样c的孔隙直径d₁、d₂、d₃，从步骤E中选取符合层A、层B、层C要求的胶结材料，具体选取公式为：

式中，d_m为注浆颗粒直径，um；d_min为层A、层B和层C中每层的最小孔隙直径，um；T_min为碎煤含量满足自燃条件时所需的最低自燃温度，℃；

层A、层B和层C各自根据上述公式选取满足条件的胶结材料种类；

H、根据步骤G的选取结果，分别选取符合层A、层B、层C要求的胶结材料，选择多个步骤A制备试样a组成A组，将选取的层A胶结材料分别注入A组中各个试样a的孔隙内、且每个试样a注入的胶结材料与试样a的质量比均不同；选择多个步骤A制备试样b组成B组，将选取的层B胶结材料分别注入B组中各个试样b的孔隙内、且每个试样b注入的胶结材料与试样b的质量比均不同；选择多个步骤A制备试样c组成C组，将选取的层C胶结材料分别注入C组中各个试样c的孔隙内、且每个试样c注入的胶结材料与试样c的质量比均不同；

I、分别对A组、B组和C组中各个试样依次进行力学相似实验，测量各组内试样的抗压强度R_c、抗拉强度R_t、抗剪强度τ_f，并依据步骤C中的压应力、拉应力以及剪应力对各个试样的力学性能进行判定，具体公式为：

式中，N_max为层A、层B、层C分别所承受的最大压应力、Q_max为层A、层B和层C分别所承受的最大拉应力、τ_max为层A、层B和层C分别所承受的最大剪应力；

将各组中符合上述公式条件的试样选出，并获得其注入的胶结材料与所需胶结岩体的最佳质量比；

J、结合步骤G与步骤I的判定结果，得出符合层A、层B、层C各自的碎煤含量、力学要求以及岩层孔隙直径范围要求的最佳胶结材料种类与最佳质量比；

K、依据步骤J得出的层A、层B、层C各自最佳胶结材料种类与最佳质量比制备各自的胶结浆体，并根据步骤C中FLAC3D软件模拟结果，依据各自胶结材料的流动性、注浆颗粒直径，对现场矿井再生顶板的层A、层B、层C中不符合力学性能要求的区域，进行不同开孔直径的分层定点注浆胶结。