煤體柔性加固試件參數的確定方法及應用的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種煤體柔性加固參數的確定方法，包括：1)將煤粉與漿液按照不同比例混合均勻，填入穿置有棕繩的模具中，記錄每個試件的漿液比例，每個試件棕繩的位置以及棕繩的直徑；2)將模具放置在壓實裝置中進行壓實；煤樣試件壓實裝置采用控制應力方式進行加載，保證各煤樣試件的壓實程度相同；3)10～15min后拆除模具、取出試件并編號，得到內部有棕繩的煤樣試件，放置1-2天；4)采用巖石力學試驗機對每個試件進行單軸抗壓、角模壓剪試驗，得到每個加固參數與煤樣試件強度的關系；加載過程中應用紅外成像設備監測試件變形過程中溫度場的變化特征，用以預測試件破裂位置；5)重復步驟1)-步驟4)，確定最優加固參數。
【專利說明】煤體柔性加固試件參數的確定方法及應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種“棕繩+注漿”煤樣柔性加固形式及參數確定試驗方法，為煤礦大采高綜采工作面及綜放工作面煤壁片幫的防治措施確定、工藝參數優化提供試驗依據。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著采煤工作面配套設備制造水平的不斷提高，大采高綜采和綜放技術逐漸成為我國厚煤層開采的重要發展方向，煤炭回收率、工作面產能均得到大幅度提高，但開采強度的提高也引發了一些新問題，煤壁片幫、端面冒頂事故發生概率較普通綜采工作面高10%，成為制約大采高和綜放工作面產能發揮的關鍵因素。目前，煤壁注漿加固技術是控制煤壁片幫較成熟的技術，存在于破碎煤體縱橫交錯的裂隙中的漿液固結體提高了煤壁的整體穩定性，但合理注漿量、及注漿效果的確定成為工程應用中難以解決的問題。

【發明內容】

[0003]鑒于此，本發明提出了一種煤體“棕繩+注漿”柔性加固形式及加固效果確定的實驗方法，該實驗方法能夠在實驗室內通過實驗得到不同棕繩直徑、棕繩位置的含漿量煤樣試件的抗壓、抗剪強度、試件變形過程中溫度場的變化特征。從而反映煤體強度與棕繩直徑、注漿位置及注漿量的關系，確定使煤體強度達到工程應用的最優棕繩直徑、棕繩位置和注漿量；
[0004]本發明提出的一種煤體柔性加固參數確定方法的具體技術方案包括“棕繩+注漿”加固煤樣試件制作成型和柔性加固煤樣試件強度測定試驗:
[0005]具體包括以下步驟:
[0006]I)將煤粉與漿液按照不同比例混合均勻，填入穿置有棕繩的模具中，記錄每個試件的漿液比例，每個試件棕繩的位置以及棕繩的直徑；煤粉取自采煤工作面的大塊煤樣粉碎而成，粉碎的粒徑小于5_ ;漿液由馬麗散的A、B兩種化學試劑混合而成，試劑A、B單獨放置不會固結，混合后迅速固結；
[0007]2)將模具放置在壓實裝置中進行壓實；煤樣試件壓實裝置采用控制應力方式進行加載，保證各煤樣試件的壓實程度相同；
[0008]3)10?15min后拆除模具、取出試件并編號，得到內部有棕繩的煤樣試件，室溫環境放置1-2天；
[0009]4)采用巖石力學試驗機對每個試件進行單軸抗壓、角模壓剪試驗，得到每個加固參數同煤樣試件強度的關系；同時用紅外成像設備監測試件加載過程中的溫度場變化特征，預測不同加固參數下煤樣試件破壞位置；從而確定使煤樣試件強度達到最大值的加固參數，加固參數包括煤粉與漿液的混合比例以及棕繩的位置和直徑。
[0010]煤樣試件模具可以采用長、寬、高均為70_的立方體，其中相對的兩幫可拆卸，方便拿出成型煤樣試件，在可拆卸兩幫垂直方向上打5個直徑4_的小孔，其中下部第I個孔心距底部Ilmm,第1、2個孔圓心距為13mm,其余孔心距為12mm,圓孔用于穿放棕繩。[0011]手動壓實裝置包括手動聚液器、液壓千斤頂、液壓表及模具放置平板，采用控制應力加載方式進行壓實，以保證各個煤樣試件的壓實程度相同。
[0012]本發明還提供了煤樣試件的加固參數的具體應用方案，根據確定的加固參數，對現場煤壁注漿的工藝參數進行確定。
[0013]本發明產生的有益效果是:
[0014]煤樣試件加工及實驗過程在實驗室中進行，單個煤樣試件所用煤量、漿液量均較少，進行多組實驗的成本低，在實驗室中就能得到棕繩直徑、棕繩位置及漿液量與煤樣試件強度的關系，為現場注漿工藝參數的確定奠定基礎，而不用花費大量的人力物力在現場做大量的工業性試驗來尋找最佳注漿工藝參數。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]當結合附圖考慮時，能夠更完整更好地理解本發明。此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。
[0016]圖1為本發明中破碎煤樣與注漿再次成型試件制作過程圖；
[0017]圖2為煤樣試件模型圖；
[0018]圖3為本發明中煤樣試件制作模具；
[0019]圖4手動控制應力型壓實裝置；
[0020]圖5為柔性加固煤樣試件單軸抗壓試驗圖；
[0021]圖6為柔性加固煤樣試件角模壓剪試驗圖。
【具體實施方式】
[0022]為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0023]本發明主要包括以下三個過程:1)可拆卸立方體模具的安裝及棕繩穿置；2)柔性加固煤樣試件的制作成型；3)不同加固參數的煤樣試件強度的確定。
[0024]如圖1所示的柔性加固煤樣試件制作過程包括:(I)將采煤工作面取回的大塊煤樣粉碎成粒徑小于5mm的煤粉；(2)將煤粉、漿液按不同比例混合，攪拌均勻；將不同比例的混合物分別裝入已經事先穿置好棕繩的如圖2所示模具中；(3)將裝滿混合物的模具放在圖3所示的壓實裝置平板上，通過控制油壓表的壓力進行手動壓實，以保證煤樣試件強度不受壓實程度的影響；(4)將壓實后的煤樣放置10-15min，拆除可拆卸立方體模具的兩幫，將煤樣試件取出，形成圖1所示的柔性加固煤樣試件。
[0025]如圖2，3所示的柔性加固參數確定試驗過程包括:(I)采用巖石力學試驗機對煤樣試件進行抗壓、抗剪試驗，采用控制位移方式進行加載；(2)對不同煤粉、漿液比例、棕繩直徑、棕繩位置的煤樣試件的抗壓、抗剪強度進行分析，確定出煤樣試件強度達到最大值的加固參數。
[0026]本發明中的煤體柔性加固參數確定方法可以方便、快捷地制作多組不同煤漿比例、棕繩直徑及棕繩位置的煤樣試件，手動控制應力型壓實裝置可保證煤樣試件的壓實程度相同，消除壓實程度對煤樣試件強度的影響，對制作的柔性加固煤樣試件進行單軸抗壓及角模壓剪試驗并利用數據處理系統對實驗數據進行處理，得出煤樣試件強度與漿液質量、棕繩位置及棕繩直徑的關系，從而為大采高及放頂煤工作面煤壁“棕繩+注漿”支護工藝中注漿量、棕繩直徑及注漿孔位置的選擇提供試驗依據，且不用經大量現場煤壁工業性試驗就可以確定注漿工藝參數，大大節約了成本。
[0027]實施例
[0028]該實例模擬漿液占煤粉I質量的10%、棕繩7直徑3mm、棕繩7距試件底部36mm條件下柔性加固煤樣試件的制作成型及單軸抗壓與抗剪強度的確定，具體步驟為:
[0029](I)圖1中，利用天平6稱取IOOOg的煤粉UlOOg試劑A2、B3混合后的漿液；(2)將煤粉與漿液倒入容器4中混合并攪拌均勻；(3)將圖3中煤樣制作模具的8、9兩幫裝上并在距底部第3孔10中穿置直徑3mm的棕繩7 ; (3)圖4中，把煤粉、漿液均勻混合物填入模具5中，將模具放置在壓實裝置的模具放置平板12上，控制手動聚液器11利用3MPa壓力對混合物進行壓實，液壓表13用于顯示壓力，液壓千斤頂14實施下壓；(4)10-15min后，拆除模具的兩幫將成型的煤樣試件取出，并在實驗室中放置1-2天，使煤樣試件中存在的衆液充分固結。
[0030]圖5、圖6中，米用巖石力學試驗機對試件進行單軸抗壓試驗15和角模壓剪試驗16，并用紅外成像設備17監測試件加載過程中溫度的變化。采用控制位移加載方式，加載速率2mm/min ;直到試件不再發生變形，停止加載，加載試驗結束。
[0031]利用數據處理系統對試驗過程中數據采集系統記錄的數據進行處理，分別得到漿液占煤粉質量的10%、棕繩直徑3mm、棕繩距試件底部36mm條件下柔性加固煤樣試件的單軸抗壓強度、抗剪強度及內聚力和內摩擦角。
[0032]本發明方法流程簡單、成本低、可行性高、可以有效地模擬棕繩位置、棕繩直徑及注漿量與煤樣試件強度的關系，為現場煤壁注漿工藝參數的確定奠定了基礎。
[0033]本文中應用了具體實施例對本發明的工序流程及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為本發明的限制。
【權利要求】
1.一種煤體柔性加固試件參數的確定方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將煤粉與漿液按照不同比例混合均勻，填入穿置有棕繩的模具中，記錄每個試件的漿液比例，每個試件棕繩的位置、數目以及棕繩的直徑； 2)將模具放置在壓實裝置中進行壓實； 3)10?15min后拆除模具、取出試件并編號，得到內部有棕繩的含漿液煤樣試件，室溫環境放置1-2天； 4)采用巖石力學試驗機對每個試件進行單軸抗壓、角模壓剪試驗，得到每個加固參數與煤樣試件強度的關系；并應用紅外成像技術監測試件加載變形過程中溫度場的變化特征，用以預測試件破裂位置； 5)重復步驟I)-步驟4)，經過數據處理系統對實驗數據進行處理，得出試件強度與漿液質量及棕繩直徑、位置的關系，不同注漿量、不同棕繩直徑、位置下煤樣試件的單軸抗壓強度、內聚力和內摩擦角，以及煤樣表面破壞前后的溫度場變化，從而確定使煤樣試件強度達到工程應用的最優加固參數；加固參數包括煤粉與漿液的混合比例以及棕繩的直徑和位置。
2.根據權利要求1所述的一種煤體柔性加固試件參數的確定方法，其特征在于，步驟I)中的煤粉取自采煤工作面的大塊煤樣粉碎而成，粉碎的粒徑小于5_。
3.根據權利要求1所述的一種煤體柔性加固試件參數的確定方法，其特征在于，步驟I)中的漿液為由等質量的試劑A、B混合而成的馬麗散漿液。
4.根據權利要求1所述的一種煤體柔性加固試件參數的確定方法，其特征在于，步驟1)中，在模具中可以放置不同直徑、不同數目、不同位置的棕繩。
5.根據權利要求1所述的一種煤體柔性加固試件參數的確定方法，其特征在于，步驟2)中，壓實裝置為手動壓實裝置包括手動聚液器、液壓千斤頂、液壓表及模具放置平板，壓實裝置采用控制應力方式進行加載，保證各煤樣試件的壓實程度相同。
6.根據權利要求1所述的一種煤體柔性加固試件參數的確定方法，其特征在于，步驟4)中的用紅外成像設備監測試件變形過程中溫度場的變化特征。
7.—種如權利要求1中的煤體柔性加固試件的加固參數的應用，其特征在于，根據得到的加固參數，對現場煤壁注漿的工藝參數進行確定。
【文檔編號】G01N3/08GK103954501SQ201410165503
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月23日 優先權日:2014年4月23日
【發明者】王家臣, 楊勝利, 孔德中, 黃獻平, 王兆會, 李小萌, 宋高峰 申請人:中國礦業大學(北京)