[发明专利]一种水分纵向非均匀分布条件下煤柱变形破坏的试验方法

说明书

本发明公开一种水分纵向非均匀分布条件下煤柱变形破坏的试验方法，包括：（1）采集煤块试样；（2）将煤柱分为五组，采用浸水装置对各组煤柱进行不同浸水高度处理；（3）浸泡期间每隔2小时测定一次煤柱质量；（4）在煤柱上中下三个位置粘贴应变花；（5）每个煤柱上用胶带固定四个声发射探头，进行单轴压缩试验；（6）对煤柱压缩破坏过程中的应变及声发射参数进行监测记录；（7）对煤柱上中下三个层位的煤体成分、孔隙结构进行测定；（8）对不同浸水高度对煤体的微细观结构变化及宏观力学破坏特性进行分析。通过本发明的变形破坏研究方法，揭示不同浸水高度情况下煤柱的变形破坏特性，为处于不同采空区积水高度中的煤柱设计提供科学依据。

技术领域

本发明属于岩石力学试验领域，具体涉及一种水分纵向非均匀分布条件下煤柱变形破坏的试验方法。

背景技术

煤炭开采过程中,会对上覆岩层产生扰动,形成导水裂隙,产生大量矿井水。因此，采空区周围煤岩体将不可避免的处在一定的矿井水环境中。由于采空区水源补给、排泄情况的差异会造成采空区积水量的不同。处于不同积水量采空区中的防水煤柱，相对浸没在采空区积水中的高度会有所不同，造成水分子在煤柱纵向方向上分布不均匀，从而使得防水煤柱变形破坏特征产生差异。

合理留设防水煤柱是预防采空区突水的基础手段，但由于开采采区的水文地质条件、开采技术各异，目前国内外对防水煤柱的留设仍没有统一的规定，一般根据力学解析或现场经验以及相关规定进行防水煤柱的设计。现有研究缺乏不同采空区积水高度对防水煤柱变形破坏特征影响的认识，因此设计试验对煤柱试件进行不同浸水高度处理，进而得到水分纵向非均一分布煤柱，然后进行单轴压缩试验，进而研究其变形破坏机理，有助于进一步深化研究含水煤岩体损伤破坏的机理，为现场防水煤岩柱的留设提供更加科学的指导。

发明内容

本发明旨在提供一种模拟水分纵向非均一分布条件下煤柱变形破坏的试验方法，设计了浸水装置对各组煤柱进行不同浸水高度处理，将经过不同浸水高度处理后的煤柱进行单轴压缩破坏试验，配合应变监测、声发射监测手段对煤柱变形破坏特征进行分析，得出水分纵向非均一分布煤柱变形破坏特征，进一步结合现场采空区积水情况，为合理的留设防水煤岩柱尺寸提供科学指导。

本发明提供了一种水分纵向非均匀分布条件下煤柱变形破坏的试验方法，包括以下步骤：

（1）采集煤块试样，制备浸水试验所需的煤柱试件，并在烘箱中进行24小时烘干处理；

（2）将煤柱分为五组，采用浸水装置对各组煤柱进行不同浸水高度处理；

（3）浸泡期间每隔2小时测定一次煤柱质量，并采用离子监测仪对浸泡溶液中的K⁺、Ca⁺、Al⁺、HCO₃^-离子浓度进行测定记录；

（4）当所有煤柱的质量变化小于0.01g时，将煤柱从浸水装置中取出，选择平行于煤柱层理方向，沿着煤柱轴向，分别在距煤柱底面25mm、50mm、75mm高度处用氰基丙烯酸乙酯粘贴应变花；

（5）每个煤柱上用胶带固定四个声发射传感器，进行单轴压缩试验；

（6）采用应变监测装置和声发射监测装置对煤柱压缩破坏过程中的应变及声发射参数进行监测记录；

（7）采用XRD及液氮吸附的方法分别对煤柱上中下三个位置处的煤体成分、孔隙结构进行测定；

（8）综合煤柱的单轴压缩破坏特征、声发射演化规律、浸水装置溶液离子变化情况、煤柱上中下层位处的矿物成分、孔隙结构特征，针对不同浸水高度对煤体的微细观结构变化及宏观力学破坏特性进行分析，探究不同浸水高度煤柱的变形破坏机理。

上述方法中，步骤（1）中，标准煤柱试件为圆柱体结构，尺寸为φ50mm×100mm，在真空干燥箱中保持105℃。