[发明专利]一种模拟多形态组合煤体裂隙对水运移阻隔效果的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟多形态组合煤体裂隙对水运移阻隔效果的方法，主要研究在预制不同形态裂隙、不同组合裂隙的条件下对水运移的阻隔效果的方法。

背景技术

在煤矿生产过程中，防治水问题是生产及科研的一大技术难题。近年来，透水事故造成的死亡人数急剧增加，所以研究煤层水的赋存特征及运移规律显得尤为重要。在煤层中，水运移的主要通道是裂隙和断层。煤作为一种不均质的多孔隙体，其内部裂隙发育成熟，而且裂隙分布是十分复杂的，由于裂隙的存在,使得煤层中水的流动方向、流量在很大程度上取决于裂隙的分布方向、几何形态、组合关系。在生产过程中，裂隙受压力的影响，不断扩展和压密，这时水的运移情况也会发生变化，当裂隙扩展到一定程度，水的流动会从层流变为紊流，当附近赋存有含水层，就会发生涌流，造成突水事故的发生。所以研究水在煤层裂隙中的运移情况十分必要。

罗荣武发表的论文“预置裂隙试件的力学参数及其渗流特性试验研究”(2009,中南大学.第89页)中，采用了纵向预制裂隙渗流试验方法，裂隙处于无填充物，贯通状态，压力水通过试件上表面预制裂隙渗流，下表面与空气相通的方法来研究水在裂隙中的渗流，但其将裂隙作为水的运移通道，而在煤样中预制横向裂隙研究裂隙对水运移的阻隔作用的研究较少。

申请号为201610574945.3的中国发明专利介绍了一种针对流体在致密岩体交叉裂隙中渗流机理研究的模拟致密岩体交叉裂隙渗流试验装置，但其使用的是岩石试件，而在煤试件中预制裂隙的研究中鲜见报道。

在煤试件横向预制裂隙，纵向渗流，不同形态、不同组合的裂隙对水的运移具有一定的阻隔作用，所以研究在横向上预制不同形态、不同组合的裂隙对水运移的阻隔情况是十分必要的，这可以为煤矿透水事故防治提供重要科学依据。

发明内容

本发明旨在提供一种模拟多形态组合煤体裂隙对水运移阻隔效果的方法，制作的预制裂隙试件很好地观测到不同裂隙形态、裂隙组合对水运移的阻隔效果。

本发明提供了一种模拟多形态组合煤体裂隙对水运移阻隔效果的方法，包括以下步骤：

(1)模具制作：模具尺寸根据需要制作成100mm×100mm×100mm，模具上下口敞开，制作与模具尺寸匹配的100mm×100mm的底板两块，底板厚10mm；底板a有以底板中心m为圆心、直径为50mm的圆形孔洞；底板b有分别以点n₁,n₂为圆心、直径为50mm的两个圆形孔洞，其中n₁、n₂为位于底板的中线上的两个相切圆的圆心；上述圆形孔洞处设有与其尺寸匹配的圆盘，圆盘可嵌在圆形孔洞上，圆盘上有刻度且能自由旋转，初始状态圆盘位于0°角；圆盘沿直径方向开有凹槽；可将厚度分别为0.5mm、1mm、1.5mm的钢板插入凹槽内。

(2)预制裂隙制作：将钢板固定在圆盘凹槽上使预制裂隙固定在模具内部，然后将原始煤样粉碎，筛取粒度为0.2-0.25mm的煤粉；向煤粉中加入蒸馏水(使制成的型煤试件含水率达2％),并搅拌均匀；将搅拌好的煤粉放入模具中；使用装有底板a的模具，旋转圆盘，使圆盘角度分别0°、30°、60°、90°；在煤矿中不同构造部位煤层裂隙的发育程度也不同，褶皱部位裂隙密度大，长度和高度均相对较大，尤其是背斜轴部，裂隙宽度最大达0.28-1.4mm，所以选取长度为100mm，厚度分别为0.5mm、1mm、1.5mm的钢板以改变预制裂隙的厚度；通过选取长度为50mm的钢板，以形成非贯通裂隙，用以模拟不同角度、不同宽度、贯通或非贯通的单一裂隙；使用装有底板b的模具，旋转两个圆盘，使两个预制裂隙处于平行、汇交的几何位置关系，用以模拟不同的裂隙组合。在200t刚性实验机上以100MPa的压力制成100mm×100mm×100mm的标准型煤试件。采用正交设计，减少重复试验组数，制得试件16组。

(3)试件密封：翻转试件，使预制裂隙处于水平方向，然后将与水平方向垂直的四个平面套一层透明热缩管，使用热风枪加热，使热缩管收缩，密封试件，避免水从侧面渗流。将煤样称重后置于内部尺寸边长比试件大6mm的容器中，可以使试件裹上热缩管刚好放入容器。容器底部为透水板，且接有500ml量杯。