[发明专利]煤矿巷道围岩三维采动应力的测试方法及装置

说明书

本发明提供一种煤矿巷道围岩三维采动应力的测试方法及装置，包括：基于多组模型构建参数，以压应力‑体积应变基准变化信息为标准，构建单一单元单轴压缩模型，其中，所述压应力‑体积应变基准变化信息是基于采空区冒落岩体压应力‑体积应变基准曲线确定的；基于所述单一单元单轴压缩模型和煤矿巷道围岩三维信息，构建垮落带范围内岩体本构模型，以根据所述垮落带范围内岩体本构模型测试巷道围岩三维应力动态演化信息。

技术领域

本发明涉及煤炭勘探技术领域，尤其涉及一种煤矿巷道围岩三维采动应力的测试方法及装置。

背景技术

极软、极破碎围岩巷道，强烈动压巷道，例如沿空掘巷、沿空留巷、复用巷道等等，深井巷道，冲击地压巷道等各类复杂困难巷道不断涌现。复杂地质条件巷道围岩具有稳定性差、变形和破坏强烈等特点，成为制约矿井安全、智能、高效开采的关键问题。采动顶板覆岩结构变化及由此引起的围岩应力重分布决定着巷道的稳定性。复杂困难巷道围岩应力环境复杂，处于巷道掘进及工作面回采扰动综合应力场中。

现有技术中有关采动应力的研究大多以工作面回采期间前后方及侧向形成的支承应力变化为研究对象，而对于掘、采完整过程工作面回采巷道围岩三维应力动态演化规律涉及较少。由于受多次掘、采叠加扰动，围岩应力环境复杂，加之考虑到安全因素及全阶段现场监测的可行性，由于采空区安全管理、供电等因素制约，一般回采工作面后方围岩应力很难通过现场监测获取；另外通过煤柱应力计或空心包体应力计监测围岩应力的方法科学性还有一定争议，以往研究中少有得到巷道服务全周期围岩三维应力动态演化规律的。采动覆岩破断、运移是采动应力形成的本质原因。随工作面推进，采空区不断经历垮落-充填-压实的过程，对采动应力影响较大。但通过现有技术手段很难准确、直接地实现煤矿巷道围岩三维采动应力的测试。

发明内容

本发明提供一种煤矿巷道围岩三维采动应力的测试方法及装置，用以解决现有技术中很难准确、直接地实现煤矿巷道围岩三维采动应力的测试的缺陷。

本发明提供一种煤矿巷道围岩三维采动应力的测试方法，包括：

基于多组模型构建参数，以压应力-体积应变基准变化信息为标准，构建单一单元单轴压缩模型，其中，所述压应力-体积应变基准变化信息是基于采空区冒落岩体压应力-体积应变基准曲线确定的；

基于所述单一单元单轴压缩模型和煤矿巷道围岩三维信息，构建垮落带范围内岩体本构模型，以根据所述垮落带范围内岩体本构模型测试巷道围岩三维应力动态演化信息。

根据本发明提供的一种煤矿巷道围岩三维采动应力的测试方法，在所述基于多组模型构建参数，以压应力-体积应变基准变化信息为标准，构建单一单元单轴压缩模型之前，所述方法还包括:

基于岩石力学伺服试验机进行破碎矸石单轴压缩试验，动态获取试验过程中试验数据，其中，所述试验数据包括压应力、轴向应变和径向应变中的至少一项；

基于所述试验数据，得到采空区冒落岩体压应力-体积应变基准曲线。

根据本发明提供的一种煤矿巷道围岩三维采动应力的测试方法，在所述得到采空区冒落岩体压应力-体积应变基准曲线之后，所述方法还包括：

基于所述采空区冒落岩体压应力-体积应变基准曲线，得到多段线性段，其中，每段所述线性段的长度基于预设的应变间隔确定；

基于每段所述线性段的斜率值、弹性模量和泊松比之间的关系，确定体积模量和剪切模量，以根据所述体积模量和剪切模量得到压应力-体积应变基准变化信息。

根据本发明提供的一种煤矿巷道围岩三维采动应力的测试方法，所述模型构建参数包括：应变间隔、采空区冒落岩体可以承受的最大应变值、泊松比和初始弹性模量中的至少一项。

根据本发明提供的一种煤矿巷道围岩三维采动应力的测试方法，所述基于多组模型构建参数，以压应力-体积应变基准变化信息为标准，构建单一单元单轴压缩模型，包括：