[发明专利]非均布荷载作用下顶板强度影响煤层变形试验方法

说明书

本发明公开了一种非均布荷载作用下顶板强度影响煤层变形试验方法，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。从而进行非均布荷载作用下顶板强度与煤层变形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，涉及一种非均布荷载作用下顶板强度影响煤层变形试验方法。

背景技术

在煤矿开采生产过程中，工作面掘进使得地下形成局部采空区，破坏了地层原始应力分布状态与应力平衡，在应力重分布过程中，煤层发生不均匀变形，顶板发生下沉垮落。在顶板发生变形过程中产生的最直接威胁便是冲击地压或岩爆，其严重影响我国煤矿资源的安全生产。认识冲击地压的形成机制与致灾机理，提高煤炭生产的安全性，是摆在相关科研工作者面前的重要问题。因此，从研究工作面掘进过程中顶板变形这一关键因素作为入手点，是认识冲击地压或岩爆的重要途经。

在煤层工作面掘进过程中，顶板并非发生均匀变形，其受力的不均匀性使得煤层内部产生非均匀应力分布，从而影响煤层瓦斯的渗透特性，同时，煤层的非均匀应力分布反过来影响顶板变形与液压支架受力状态。因此，进行非均布荷载作用下顶板强度影响煤层变形与渗透性演化试验，可为顶板支护与深入揭示冲击地压的形成机制与致灾机理与风险识别提供理论支撑和工程指导。

目前，国内外学者在非均布荷载作用下顶板强度影响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，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非均布荷载作用下顶板强度影响煤层变形与渗透性演化，从而研究真三轴应力状态下顶板强度与各项参数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非均布荷载作用下顶板强度影响煤层变形试验方法，用于研究真三轴应力状态下顶板强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：一种非均布荷载作用下顶板强度影响煤层变形试验方法，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；