[发明专利]模拟保护层开采条件下煤体采动渗流力学规律的试验方法

摘要

模拟保护层开采条件下煤体采动渗流力学行为规律的试验方法，属于岩土工程领域。包括以下步骤：选择煤岩试件；记录试件的基础数据，将煤岩试件安装在用于测试采动过程卸荷煤岩体渗透率的系统中，调试好系统各个设备；对试件进行模拟保护层开采条件下的煤岩试件地应力恢复及卸压膨胀变形模拟操作，该阶段包括地应力恢复、轴向压缩、卸压膨胀及应力恢复四个阶段，对试件进行模拟保护层开采条件下的煤岩试件采动应力演化模拟操作，该操作包括静水压力、第一卸载及第二卸载阶段；根据可压缩气体水平线性稳定渗流达西公式，计算得到不同时段的渗透率大小，适用于保护层开采条件下煤体采动渗流力学行为规律的研究。

主权项

1.模拟保护层开采条件下煤体采动渗流力学规律的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：A.选择煤岩试件；B.记录试件的基础数据，将煤岩试件安装在用于测试采动过程卸荷煤岩体渗透率的系统中，调试好系统各个设备；C.对试件进行模拟保护层开采条件下的煤岩试件地应力恢复及卸压膨胀变形模拟操作，具体包括以下四个阶段：C1.地应力恢复阶段：设置初始地应力以及垂直应力梯度，以一定加载速率按照预设的轴压和围压比加载轴压及围压，直至围压、轴压分别达到初始围压值、初始轴压值；C2.轴向压缩阶段：以保持围压不变，轴向压力增加的加载方式进行加载，加载至轴向应力达到预设值；C3.卸压膨胀阶段：以保持轴向应力与围压之差σ1－σ3不变，减小围压的卸载方式进行卸载，以适当的卸围压速率卸载直至试件变形进入屈服阶段，其中，σ1为轴压，σ3为围压；C4.应力恢复阶段：降低轴向应力与围压之差σ1－σ3的同时增加围压，直至围压、轴压分别达到初始围压值、初始轴压值；D.对试件进行模拟保护层开采条件下的煤岩试件采动应力演化模拟操作：D1.静水压力阶段：设定起始垂向应力梯度以及对应设计埋设深度，并根据起始垂向应力梯度以及对应设计埋设深度得到起始轴压，以适当的加载速率施加围压，以至于达到预设围压及起始轴压，对整个气体管路抽真空，而后对试件上下端施加相同气体压力的甲烷气体，直至试件体积不变；D2.第一卸载阶段：以一定围压卸荷速率进行卸载使得试件岩由静水压力状态逐渐变化至轴向应力集中系数K等于第一系数值，即轴向应力与围压之差σ1－σ3增加和围压σ3卸载之比均为设定比值，直至达到预设第一卸载轴压、预设第一卸载围压，将气体管路的出气端与外界相连后开始加载，加载过程中保持进口端压力水平恒定，并连续记录气体压力流量变化；D3.第二卸载阶段：设定随工作面推进，近采面煤岩围压呈线性分布，保持围压卸载速率不变，轴向应力增速升高的方式进行卸载，使得轴向应力集中系数K由第一系数值到试件发生卸载破坏，试件发生卸载破坏时轴向应力集中系数K为第二系数值，第二系数值大于第一系数值，即轴向偏应力σ1－σ3增加和横向应力σ3卸载之比均为设定比值，加载全程保持进气口压力水平恒定，并连续记录气体压力流量变化；E.根据可压缩气体水平线性稳定渗流达西公式，计算得到不同时段的渗透率大小，计算公式如下：式中，k表示渗透率，单位为m2；，q为瓦斯流量，单位为m3/s；p0为测量点的大气压力，取0.101325MPa；A为试件的横截面积，单位为m2；μ为瓦斯的动力粘度系数，20℃时取为1.087×10‑5Pa·s；L为试件的长度，单位为m；p1、p2分别为进气口的瓦斯压力和出气口的瓦斯压力，单位为MPa。