[发明专利]层理面粗糙度影响开采煤层变形与渗透性试验方法

说明书

本发明公开了一种层理面粗糙度影响开采煤层变形与渗透性试验方法，步骤为：制作试验装置，包括“凹”字形的密封腔体和透明盒，密封腔体的凹口部构成试件放置腔，前压板配备有前压杆，试件放置腔左、右、后侧配备有侧压板，侧压板的首端开有透气孔，侧压板配备有侧压杆，上垫板上方前后紧挨地设置有上压板，上压板均配备有上压杆，上压杆的端头采用两块夹板之间安装球形滚珠的结构；准备煤粉；型煤试件制备；型煤试件安装；施加三轴应力；施加瓦斯压力；进行试验；同组其他试验，更换不同表面粗糙度的上垫板，并重新压制上表面与上垫板下表面粗糙度吻合的型煤试件；整理试验数据。从而进行煤体层理面粗糙度与煤层变形与渗透率的三轴真实模拟试验。

技术领域

本发明属于煤矿安全技术领域，具体地讲，涉及一种层理面粗糙度影响开采煤层变形与渗透性试验方法。

背景技术

岩体中广泛存在的各种不连续结构面，如褶皱、断层、层理、节理、劈理等，是不同时期地质构造作用孕育的产物。层理作为一种重要的地质结构面，其力学性质明显影响岩体各类力学性质(如抗压强度、弹性模量等)，并常常成为控制大坝、边坡、地下硐室等各类岩体工程稳定性的关键因素之一。

地下开采破坏了围岩的平衡，导致应力重分布，从而使岩体中存在的破坏点接近破坏点。这种破坏可以以稳定或不稳定的方式发生，这取决于特征不连续剪切应力-剪切位移行为、应力场和周围矿山环境的刚度。在煤矿开采过程中，由于煤层工作面掘进形成局部采空区，诱使顶板下沉或垮落，而顶板下沉过程中，其与煤层之间的层理面发生剪切错动，导致煤层发生明显变形或损伤破坏，从而诱发煤矿灾害。因此，层理面粗糙度影响开采煤层变形与渗透性试验，可为深入揭示煤与瓦斯突出机理与风险识别提供理论支撑和工程指导。

目前，国内外学者在层理面粗糙度影响开采煤层变形与渗透性方面的研究较少，仅有的室内研究亦集中于二维相似模拟，未考虑瓦斯压力影响，且往往忽略了层理面粗糙度这一影响因素，仍缺乏一种有效的试验装置及方法来模拟真三轴应力状态下层理面粗糙度影响开采煤层变形与渗透性演化，从而研究真三轴应力状态下层理面粗糙度对煤体变形与渗透性的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种层理面粗糙度影响开采煤层变形与渗透性试验方法，用于研究真三轴应力状态下层理面粗糙度对煤与瓦斯突出的影响。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种层理面粗糙度影响开采煤层变形与渗透性试验方法，包括以下步骤：

步骤一、制作试验装置；

所述试验装置包括“凹”字形的密封腔体，所述密封腔体的凹口朝向前方，在密封腔体的前方设置有与凹口部等高、等宽的透明盒，所述透明盒的后部、顶部均敞开并正好与凹口部相连接，所述透明盒与密封腔体共用同一底板，且密封腔体的凹口部与透明盒之间左右紧挨地设置有若干透明材质的前压板，从而使密封腔体的凹口部构成试件放置腔；

每个所述前压板均配备有前压杆，前压杆由前向后穿过透明盒与各自对应的前压板相连，每个前压板对应的前压杆各自独立控制，并通过依次卸载模拟工作面的掘进速度；所述试件放置腔的左侧、右侧、后侧分别配备有一块侧压板，侧压板的首端插入到密封腔体的对应侧壁上，并在首端开有透气孔用于连通试件放置腔与密封腔体，每块侧压板分别配备有一根侧压杆，侧压杆由外向内穿过密封腔体与侧压板的末端相连；所述试件放置腔及透明盒的内壁上缘共用同一上垫板，所述上垫板上方前后紧挨地设置有若干上压板，每个上压板均配备有上压杆，上压杆的端头采用两块夹板之间安装球形滚珠的结构，每个上压板对应的上压杆各自独立控制，并通过施加不同的载荷，以反映煤层顶板在非均布载荷下的不均匀变形；

所述密封腔体的侧壁上开有流体入孔，透明盒的侧壁上开有流体出孔；

步骤二、准备煤粉，将原煤破碎研磨至要求粒径范围，通过震动筛将研磨后煤粉筛分并烘干备用；