[发明专利]一种原生结构煤的静态力学参数计算方法

权利要求书

1.一种原生结构煤的静态力学参数计算方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤1，采集原生结构煤并制成样品，对样品进行干燥并记录其重量；

步骤2，测试所使用仪器的纵波和横波基底以消除误差；

步骤3，测试并获得不同围压条件下原生结构煤样品的纵波和横波值，计算得到对应的动态力学参数；

步骤4，将原生结构煤样品进行不同条件下的水饱和，测试并获得不同条件下的纵波和横波值，计算得到对应的动态力学参数；

步骤5，称重，确定不同条件下原生结构煤的含水饱和度；

步骤6，干燥样品，进行三轴力学试验，得到静态力学参数；

步骤7，根据上述步骤得到的动态力学参数和静态力学参数，建立原生结构煤的动-静态力学参数关系方程；

步骤8，根据步骤7建立的动-静态力学参数关系方程和动态力学参数，求取不同围压、不同含水饱和度条件下原生结构煤的静态力学参数。

2.根据权利要求1所述的一种原生结构煤的静态力学参数计算方法，其特征在于：步骤1中，将煤样制成长50mm，直径25mm的圆柱型样品，放在干燥箱内干燥，温度设置为65℃，时间为12h，然后称重，得到初始的重量m₀。

3.根据权利要求1所述的一种原生结构煤的静态力学参数计算方法，其特征在于：步骤2中，在测试样品前，首先测试仪器的纵波和横波基底，在后续步骤测试样品时，得到的声波时差数据减去仪器的纵波和横波基底以消除误差得到真实数据。

4.根据权利要求1所述的一种原生结构煤的静态力学参数计算方法，其特征在于：步骤3中，分别在10MPa、15MPa、20MPa、25MPa和30MPa围压下对原生结构煤进行超声波测试，然后根据等式(1)和(2)，计算不同围压条件下原生结构煤的动态力学参数，包括弹性模量和泊松比；

其中，E为弹性模量，MPa；ρ为煤岩密度，g/cm³；Δt_p与Δt_s分别为纵波时差、横波时差，μs/m；U为泊松比。

5.根据权利要求1所述的一种原生结构煤的静态力学参数计算方法，其特征在于：步骤4中，首先对样品进行自然条件下水饱和，时间分别为0.5、1、1.5、2、2.5、3h，并记录每个饱和压力后的重量m₁、m₂、m₃、m₄、m₅、m₆，并在不同时间段对原生结构煤进行超声波测试；根据等式(1)和(2)，计算不同饱和水条件下原生结构煤的包括弹性模量、泊松比的动态力学参数，然后将样品进行真空加压至30MPa进行饱和水24h，并记录重量m_x。

6.根据权利要求1所述的一种原生结构煤的静态力学参数计算方法，其特征在于：步骤5中，将真空加至30MPa进行饱和水24h状态下作为100％饱和水的原生结构煤，其他饱和条件下原生结构的含水饱和度计算方法如下：

其中，i＝1，2，3，4，5，6；W_i为样品在某一个时间段的含水饱和度，％；m_i为样品在某一个时间段的重量，g。

7.根据权利要求1所述的一种原生结构煤的静态力学参数计算方法，其特征在于：步骤6中，将样品放在干燥箱内干燥，温度设置为65℃，时间为12h；然后在30MPa围压下进行力学测试实验，得到样品的静态力学参数，包括弹性模量、泊松比。

8.根据权利要求1所述的一种原生结构煤的静态力学参数计算方法，其特征在于：步骤7中，结合步骤3和步骤6，建立原生结构煤在30MPa的静态力学参数E₃₀和U₃₀、和30MPa的动态力学参数E₃₀^*和U₃₀^*关系方程.

其中，E₃₀是步骤6中力学试验中得到的静态弹性模量，MPa；U₃₀是步骤6中力学试验中得到的静态泊松比；E₃₀^*是步骤3中围压为30MPa下得到的动态弹性模量，MPa；U₃₀^*是步骤3中围压为30MPa下得到的动态泊松比，式中a、b、c、d为系数。