[发明专利]一种散体矸石真三轴水力耦合压缩试验系统及试验方法

说明书

一种散体矸石真三轴水力耦合压缩试验系统及试验方法，用于岩土工程及煤矿开采试验领域。主要由试验装置框架、液压伺服系统、数据管理系统和内封闭渗流压缩系统四部分组成，所述液压伺服系统主要包括加载油缸、恒速恒压计量泵和进、出油管；所述数据管理系统主要包括位移传感器、数据线、按钮控制台、计算机、压力传感器、流量计、渗压计和轮辐式称重传感器；所述内封闭渗流压缩系统主要包括电控截止阀、高压水泵、储水槽、传力板、承压板、进水管、环形喷洒头、滑动滚针、排水管和热缩袋。该系统可自主设置水平加载应力和竖直加载应力，在水力耦合作用下模拟出现场散体矸石真实受力情况，对矿井深部的安全开采和采空区地压管理具有重要作用。

技术领域

本发明为一种散体矸石真三轴水力耦合压缩试验系统及试验方法，用于岩土工程及煤矿开采试验领域。

背景技术

煤矿开采之后，在地下形成了规模不等的大量采空区，这些采空区不但对安全生产带来重大隐患，还给地表建筑物和人民生命财产带来巨大的潜在威胁。另外，由于煤矿开采需掘进大量岩石巷道，排放出的大量矸石露天堆放，使矿区环境受到极大破坏，严重影响到地表植被的生长与发育，而且煤矸石堆放不稳定，容易出现矸石山滑塌和溃坝事故。利用采出矸石作为充填材料，对地下采空区进行充填不但可以控制采空区上部的地表沉降，能有效地保护地表建筑物和井下作业人员的安全，而且还能同时解决煤矸石对耕地占用和对环境的污染问题，在深部矿井开采中还可以做到废石不出井，直接充填采空区，可以明显降低充填成本，特别是矸石运输成本。但是矸石作为一种无粘性的散体材料，在上覆岩层的压力作用下会产生移动挤压两侧岩体或煤柱，同时井下深部还需要考虑高水平应力的压缩环境和地下水渗流影响。因此，通过对散体矸石进行三轴水力耦合压缩试验，了解其压缩规律对深井矸石充填开采安全生产具有重要意义，除此之外，根据不同粒径级配散体矸石的三向压缩变形特性，选择最优级配比的煤矸石对采空区进行充填，可以有效地控制地表沉降，达到最佳沉降控制效果。

目前已有的真三轴试验设备主要适用于研究岩石试件的压缩变形特性，针对散体矸石仅能利用单轴侧限压缩方法进行假三轴压缩试验，但是假三轴试验与现场应力状况并不相符，试验结果与现场情况存在偏差并且在采空区中含有渗流水，水流对散体矸石的力学性质也具有一定影响；因此，研制一种散体矸石真三轴水力耦合压缩试验系统可帮助我们真实模拟出水力耦合作用下现场散体矸石受力情况，使试验结果更加贴近现场实际情况，对矿井深部的安全开采和采空区地压管理具有重要作用。

发明内容

针对现有技术设备中存在的问题，本发明提供一种散体矸石真三轴水力耦合压缩试验系统及试验方法，目的是利用该系统对散体矸石进行真三轴水力耦合压缩试验，通过试验研究不同粒径级和不同岩性散体矸石的压缩规律与压缩变形特性。