[发明专利]煤矿老采空区冒落带破碎岩体二次变形压实模拟实验方法

摘要

本发明公开了煤矿老采空区冒落带破碎岩体二次变形压实模拟实验方法，其包括以下步骤：现场取样；岩样制作；电阻压力应变器的放置；外加荷载和注水量计算；模拟方法。首先进行初始压力加载，监测岩体总压缩位移变化及岩体受力变化，直到岩体压缩位移及受力趋于稳定；在此基础上当外载压力一定时，继续增加外载压力，监测岩体压缩位移量和压力应变值；当该组实验外载荷压力达到设计值时，注入初始体积的水，监测岩体总压缩位移变化及岩体受力变化，直到岩体压缩位移及受力趋于稳定，再继续注入水重复实验；通过实验记录数据得出冒落带破碎岩体受不同荷载作用下破碎岩体应力应变规律；与水耦合条件下冒落带破碎岩体受外加荷载作用应力应变规律。

主权项

煤矿老采空区冒落带破碎岩体二次变形压实模拟实验方法，该方法采用模拟实验装置进行试验，该模拟实验装置包括底座、筒体、筒盖、活塞、多个电阻压力应变器、位移传感器、数据采集器；该筒体安装在该底座上，该筒盖密封该筒体的一端，该活塞安装在该筒体的另一端而能由该筒体导引在该筒体内来回做活塞运动；该筒体、该筒盖、该活塞三者构成仪器缸体，该仪器缸体用于收容实验物；该筒盖开设有注水口，该位移传感器安装在该活塞面向该筒体外部的一侧上，该多个电阻压力应变器收容在该仪器缸体内且均匀分布，该数据采集器电性连接该多个电阻压力应变器与该位移传感器，该模拟实验方法包括以下步骤：一、现场取样，在煤矿老采空区内采集粒径块度不同的顶板冒落煤矸石样品，同时对样品的粒径进行丈量、测算不同粒径矸石样品混合比率及混合规律；二、岩样选取，按照步骤一的测算结果确定实验样品的级配，实验采用的破碎岩体粒径级配与老采空区现场实际破碎岩体级配接近；三、电阻压力应变器的放置，将该多个电阻压力应变器均匀分布、固定于不同位置及尺寸的岩体表面；四、外加荷载和注水量计算，外加荷载量的大小根据采空区上部覆岩各岩层物理性质计算而得，如公式（1）所示，若老采空区上方地表建有建(构)筑物，还需对建(构)筑物荷载进行估算，综合计算得出实验压力总荷载量，拟定实验压力初始值及压力递增量，从而确定实验组数；每次注水量根据填充岩石重量和容重算出体积，得出该仪器缸体的剩余体积，确定总注水量体积，拟定初次注水量及注水量递增量，从而确定注水次数； P = Σ i = 1 i = n Y i · h i · g - - - ( 1 ) 其中：Y—各岩层岩体容重，单位g/cm3；h—各岩层厚度，单位m；g—重力加速度；五、模拟方法：针对上述确定的每组实验，首先对该活塞进行初始压力加载，通过该位移传感器监测岩体总压缩位移变化，通过该多个电阻压力应变器监测岩体受力变化，直到岩体压缩位移及受力趋于稳定，进行下一步操作；当外载压力一定，且该仪器缸体内部岩体总压缩位移量及压力应变值趋于稳定后，继续增加外载压力，进一步监测岩体压缩位移量和压力应变值；当该组实验外载荷压力达到设计值时，通过该注水孔对该仪器缸体内部注入初始体积的水，通过该位移传感器监测岩体总压缩位移变化，通过该多个电阻压力应变器监测岩体受力变化，直到岩体压缩位移及受力趋于稳定，再继续注入水进行下一步实验；通过实验记录数据获取不同荷载下破碎岩体应力应变规律；获取与水耦合条件下破碎岩体受外加荷载作用后应力应变规律。