[发明专利]一种煤岩组合体相似模拟实验试件制作方法

说明书

本发明提供了一种煤岩组合体相似模拟试验试件制作模具及方法，该试件制作模具包括底部托盘，前侧板、后侧板、左侧板和右侧板，以及设置插入试件制作装置的薄隔板。与现有技术比较，具有以下优点：可以根据提前设定好的相似模拟模型参数，制作具有不同岩层倾角的相似模拟实验试块模型；方法简单、制作速度快，而且试件质量高，制作出来的模型的密实度和平整度都能满足相似模拟实验的实验要求。

技术领域

本发明涉及一种相似模拟试验试块制作模具，特别是一种用于煤矿半煤岩巷变形破坏和稳定控制的相似模拟研究试块的制作模具。

背景技术

近年来，随着针对半煤岩巷变形破坏机理、稳定控制机理研究的深入开展，巷帮是公认的半煤岩巷控制薄弱环节。深井半煤岩巷巷帮在掘进和回采期间力学特性持续劣化，帮部变形表现出沿煤岩结构面剪切滑移大变形的特点。深井半煤岩巷巷帮大变形是巷道经受掘进期间应力集中、回采期间采动应力进一步增大诱使巷帮强度衰减的结果。在进行煤岩组合体相似模拟实验时，大部分研究者制作煤岩组合体试样是采用煤体和岩石试件简单进行水平组合而成。实际上煤岩体内部大量地随机分布的微裂纹及孔洞等缺陷，煤岩层在结合面处存在一定的过渡，煤岩材料的物理力学行为极为复杂、离散。因此，在制取煤岩组合体标准岩石力学试件过程中需要考虑煤岩结构面的过度特性和煤岩体中的微裂纹或孔隙的赋存特性。为了更好的还原和模拟半煤岩巷的变形破坏过程，进一步开展半煤岩巷变形破坏机理、稳定控制机理研究，特提出一种煤岩组合体相似模拟试验试件制作装置及方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种煤岩组合体相似模拟试验试件制作模具及方法，该试件制作模具包括底部托盘，前侧板、后侧板、左侧板和右侧板，以及设置插入试件制作装置的薄隔板；在底部托盘上沿着小尺寸钢板各边组装四周侧板，将左右侧板上的突出小板穿过前后侧板上的矩形小孔，然后用螺杆穿过前后侧板与左右侧板上焊接的螺帽相连接，最后将薄隔板沿着侧板上预先加工的小缝隙插入。

试件具体制作步骤：

步骤一：根据工程实际中岩石力学单轴压缩实验的单轴抗压能力确定煤岩组合体试件各组分的强度，结合现场情况确定组合体试件的比例和结合面的角度，通过试差法和单轴压缩实验寻找符合组合体试件各组分强度合适的相似模拟实验材料配比，然后利用公式计算制作该相似模拟实验试件各组分中所需的20目~40目煤粉、10目以下沙子、 425水泥和水质量；

步骤二：组装试件制作装置，在底部托盘上沿着小尺寸钢板各边组装四周侧板，将左右侧板上的突出小板穿过前后侧板上的矩形小孔，然后用螺杆穿过前后侧板与左右侧板上焊接的螺帽相连接，最后根据步骤一确定的煤岩组合体试件两组分比例和结合面的角度将薄隔板沿着侧板上预先加工的小缝隙插入；

步骤三：根据步骤一计算得到的试件各组分材料的质量称量组合体试件各组分材料，分别将煤部分的煤粉和水泥、岩部分的沙子和水泥搅拌均匀，然后按配比加入一定质量的水再混合搅拌；

步骤四：待组合体试件各组分材料搅拌均匀后，立马将两组分混合搅拌好的材料分别加入到制作装置内相应位置，在加入材料的同时，采用震荡和木棍按压的方法将材料夯实；待所有材料将模具充满形成试件后，抽出沿着侧板上预先加工的小缝隙插入的薄隔板，用抿子修整模具内试件表面使其平整光滑；

步骤五：将修整好的试件在模具内静置8~12个小时，待组合体试件有一定强度后拆卸模具的所有侧板，并在恒温箱中对其进行28天的养护。

所述的底部托盘、前侧板、后侧板、左侧板、右侧板和薄隔板均为钢板制成。

所述的底部托盘由两块不同尺寸的钢板焊接而成，小尺寸钢板的大小为200mm*200mm，大尺寸钢板的边长比小尺寸钢板边长大20mm。

所述的前侧板和后侧板为钢板切割加工制成，其形状尺寸大小相同，均为220 mm*200 mm；且在边长为220mm的平行两边上距离边缘20 mm的两处开挖一个大小为3 mm*10 mm的矩形小孔。