[发明专利]非均布荷载作用下煤层气抽采影响煤层顶板变形试验方法

说明书

本发明公开了一种非均布荷载作用下煤层气抽采影响煤层顶板变形试验方法，步骤为：制作试验装置，包括“凹”字形的密封腔体和透明盒，密封腔体的凹口部构成试件放置腔，前压板配备有前压杆，试件放置腔左、右、后侧配备有侧压板，侧压板的首端开有透气孔，侧压板配备有侧压杆，上垫板上方前后紧挨地设置有上压板，上压板均配备有上压杆，上压杆的端头采用两块夹板之间安装球形滚珠的结构；准备煤粉；型煤试件制备；型煤试件及抽采管安装；施加三轴应力；施加瓦斯压力；进行试验；同组其他试验，改变抽采管的数量；整理试验数据。从而进行非均布荷载作用下煤层气抽采与煤层顶板变形的三轴真实模拟试验。

技术领域

本发明属于煤矿安全技术领域，具体地讲，涉及一种非均布荷载作用下煤层气抽采影响煤层顶板变形试验方法。

背景技术

能源是现代化的基础和动力，能源供应和安全事关我国现代化建设全局。在国家《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》中，指出应加快常规化石燃料的增产与清洁高效利用，同时，应尽快突破非常规天然气发展瓶颈，促进天然气储量产量快速增长，到2020年，煤炭消费总量控制在42亿吨左右，页岩气产量力争超过300亿立方米，煤层气产量力争达到300亿立方米。

在煤层气抽采过程中，由于煤体有效应力的变化使顶板发生非均匀变形，其受力的不均匀性使得煤层内部产生非均匀应力分布，在顶板发生变形过程中产生的最直接威胁便是冲击地压或岩爆，其严重影响我国煤矿资源的安全生产。认识冲击地压的形成机制与致灾机理，提高煤炭生产的安全性，是摆在相关科研工作者面前的重要问题。因此，开展非均布荷载作用下煤层气抽采影响煤层顶板变形动态试验，且通过高强度透明材料可实现煤与瓦斯突出的实时可视化，可为煤层气的高效开采与矿山灾害的风险识别提供理论支撑和工程指导。

目前，国内外学者在非均布荷载作用下煤层气抽采影响煤层顶板变形方面的研究多集中于现场，通过室内试验和理论研究较少，仍缺乏一种有效的试验装置及方法来模拟真三轴应力状态下非均布荷载作用下煤层气抽采影响煤层顶板变形，从而研究真三轴应力状态下煤层气抽采对煤体变形与渗透性的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种非均布荷载作用下煤层气抽采影响煤层顶板变形试验方法，用于研究真三轴应力状态下煤层气抽采对煤层顶板变形的影响。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种非均布荷载作用下煤层气抽采影响煤层顶板变形试验方法，包括以下步骤：

步骤一、制作试验装置；

所述试验装置包括“凹”字形的密封腔体，所述密封腔体的凹口朝向前方，在密封腔体的前方设置有与凹口部等高、等宽的透明盒，所述透明盒的后部、顶部均敞开并正好与凹口部相连接，所述透明盒与密封腔体共用同一底板，且密封腔体的凹口部与透明盒之间左右紧挨地设置有若干透明材质的前压板，从而使密封腔体的凹口部构成试件放置腔；

每个所述前压板均配备有前压杆，前压杆由前向后穿过透明盒与各自对应的前压板相连，每个前压板对应的前压杆各自独立控制，并通过依次卸载模拟工作面的掘进速度；所述试件放置腔的左侧、右侧、后侧分别配备有一块侧压板，侧压板的首端插入到密封腔体的对应侧壁上，并在首端开有透气孔用于连通试件放置腔与密封腔体，每块侧压板分别配备有一根侧压杆，侧压杆由外向内穿过密封腔体与侧压板的末端相连；所述试件放置腔及透明盒的内壁上缘共用同一上垫板，所述上垫板上方前后紧挨地设置有若干上压板，每个上压板均配备有上压杆，上压杆的端头采用两块夹板之间安装球形滚珠的结构，每个上压板对应的上压杆各自独立控制，并通过施加不同的载荷，以反映煤层顶板在非均布载荷下的不均匀变形；

所述密封腔体的侧壁上开有流体入孔，透明盒的侧壁上开有流体出孔；

步骤二、准备煤粉，将原煤破碎研磨至要求粒径范围，通过震动筛将研磨后煤粉筛分并烘干备用；