[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

摘要

本发明公开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：制作正方体结构模具，模具上下口敞开，制作与模具尺寸匹配的底板两块，（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，将搅拌好的煤粉放入模具中；使用底板a，能得到不同角度、不同宽度、贯通或非贯通的单一裂隙；使用底板b，能得到不同的裂隙组合；（3）试件密封；（4）注水：在试件上部放置与试件底面积相同的海绵，向海绵中注入红墨水；（5）高速摄像机记录：通过高速摄像机与500ml量杯中水量的增加速度共同观测、记录，比较不同形态、不同组合裂隙对水运移的阻隔效果。本发明制作方法简便、便于操作。

主权项

1.一种模拟多形态组合煤体裂隙对水运移阻隔效果的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)模具制作：制作正方体结构的模具，模具上下口敞开，制作与模具尺寸匹配的底板两块，底板a上有以底板中心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；在圆形孔洞处设有尺寸匹配的圆盘，圆盘上有刻度且能自由旋转，初始状态圆盘位于0°角；(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；使用底板a，能得到不同角度、不同宽度、贯通或非贯通的单一裂隙；使用底板b，能得到不同的裂隙组合；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；将煤样称重后置于容器中，容器底部为透水板；(4)注水：在试件上部放置与试件底面积相同的海绵，向海绵中注入红墨水，使用海绵充当水源时，为自然渗流；水的扩散运动是单维的，用下式来表示：式中，△M_k为扩散后煤中水分的增量；D为扩散系数；X为液体沿毛细管运动的距离；t为时间；假若时间是从扩散过程开始算起即t＝0，并在所讨论的区域与液体扩散源的边界的水分增量是可能的最大值即X＝0，将初始和边界条件代入上式，得到由分子扩散运动使煤样中水分增加量为：式中，a为在给定时间内由于分子扩散运动使微孔隙中水分增加而充填孔隙的系数，由实验得到,它与毛细管和液体的性质有关；α_k为毛细运动系数，r为毛细管半径；控制温度为25℃，放置2d；(5)高速摄像机记录：在容器一个竖直面加装可视窗，使用高速摄像机通过可视窗观察红墨水在试件中的扩散运动，实时记录预制裂隙上表面的水珠的悬挂时间和500ml量杯中水量增加速度，用以比较不同形态和不同组合预制裂隙对水运移的阻隔效果。