煤体柔性加固试件参数的确定方法及应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种煤体柔性加固参数的确定方法，包括：1)将煤粉与浆液按照不同比例混合均匀，填入穿置有棕绳的模具中，记录每个试件的浆液比例，每个试件棕绳的位置以及棕绳的直径；2)将模具放置在压实装置中进行压实；煤样试件压实装置采用控制应力方式进行加载，保证各煤样试件的压实程度相同；3)10～15min后拆除模具、取出试件并编号，得到内部有棕绳的煤样试件，放置1-2天；4)采用岩石力学试验机对每个试件进行单轴抗压、角模压剪试验，得到每个加固参数与煤样试件强度的关系；加载过程中应用红外成像设备监测试件变形过程中温度场的变化特征，用以预测试件破裂位置；5)重复步骤1)-步骤4)，确定最优加固参数。
【专利说明】煤体柔性加固试件参数的确定方法及应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种“棕绳+注浆”煤样柔性加固形式及参数确定试验方法，为煤矿大采高综采工作面及综放工作面煤壁片帮的防治措施确定、工艺参数优化提供试验依据。
【背景技术】
[0002]近年来，随着采煤工作面配套设备制造水平的不断提高，大采高综采和综放技术逐渐成为我国厚煤层开采的重要发展方向，煤炭回收率、工作面产能均得到大幅度提高，但开采强度的提高也引发了一些新问题，煤壁片帮、端面冒顶事故发生概率较普通综采工作面高10%，成为制约大采高和综放工作面产能发挥的关键因素。目前，煤壁注浆加固技术是控制煤壁片帮较成熟的技术，存在于破碎煤体纵横交错的裂隙中的浆液固结体提高了煤壁的整体稳定性，但合理注浆量、及注浆效果的确定成为工程应用中难以解决的问题。
【发明内容】
[0003]鉴于此，本发明提出了一种煤体“棕绳+注浆”柔性加固形式及加固效果确定的实验方法，该实验方法能够在实验室内通过实验得到不同棕绳直径、棕绳位置的含浆量煤样试件的抗压、抗剪强度、试件变形过程中温度场的变化特征。从而反映煤体强度与棕绳直径、注浆位置及注浆量的关系，确定使煤体强度达到工程应用的最优棕绳直径、棕绳位置和注浆量；
[0004]本发明提出的一种煤体柔性加固参数确定方法的具体技术方案包括“棕绳+注浆”加固煤样试件制作成型和柔性加固煤样试件强度测定试验:
[0005]具体包括以下步骤:
[0006]I)将煤粉与浆液按照不同比例混合均匀，填入穿置有棕绳的模具中，记录每个试件的浆液比例，每个试件棕绳的位置以及棕绳的直径；煤粉取自采煤工作面的大块煤样粉碎而成，粉碎的粒径小于5_ ;浆液由马丽散的A、B两种化学试剂混合而成，试剂A、B单独放置不会固结，混合后迅速固结；
[0007]2)将模具放置在压实装置中进行压实；煤样试件压实装置采用控制应力方式进行加载，保证各煤样试件的压实程度相同；
[0008]3)10?15min后拆除模具、取出试件并编号，得到内部有棕绳的煤样试件，室温环境放置1-2天；
[0009]4)采用岩石力学试验机对每个试件进行单轴抗压、角模压剪试验，得到每个加固参数同煤样试件强度的关系；同时用红外成像设备监测试件加载过程中的温度场变化特征，预测不同加固参数下煤样试件破坏位置；从而确定使煤样试件强度达到最大值的加固参数，加固参数包括煤粉与浆液的混合比例以及棕绳的位置和直径。
[0010]煤样试件模具可以采用长、宽、高均为70_的立方体，其中相对的两帮可拆卸，方便拿出成型煤样试件，在可拆卸两帮垂直方向上打5个直径4_的小孔，其中下部第I个孔心距底部Ilmm,第1、2个孔圆心距为13mm,其余孔心距为12mm,圆孔用于穿放棕绳。[0011]手动压实装置包括手动聚液器、液压千斤顶、液压表及模具放置平板，采用控制应力加载方式进行压实，以保证各个煤样试件的压实程度相同。
[0012]本发明还提供了煤样试件的加固参数的具体应用方案，根据确定的加固参数，对现场煤壁注浆的工艺参数进行确定。
[0013]本发明产生的有益效果是:
[0014]煤样试件加工及实验过程在实验室中进行，单个煤样试件所用煤量、浆液量均较少，进行多组实验的成本低，在实验室中就能得到棕绳直径、棕绳位置及浆液量与煤样试件强度的关系，为现场注浆工艺参数的确定奠定基础，而不用花费大量的人力物力在现场做大量的工业性试验来寻找最佳注浆工艺参数。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0016]图1为本发明中破碎煤样与注浆再次成型试件制作过程图；
[0017]图2为煤样试件模型图；
[0018]图3为本发明中煤样试件制作模具；
[0019]图4手动控制应力型压实装置；
[0020]图5为柔性加固煤样试件单轴抗压试验图；
[0021]图6为柔性加固煤样试件角模压剪试验图。
【具体实施方式】
[0022]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0023]本发明主要包括以下三个过程:1)可拆卸立方体模具的安装及棕绳穿置；2)柔性加固煤样试件的制作成型；3)不同加固参数的煤样试件强度的确定。
[0024]如图1所示的柔性加固煤样试件制作过程包括:(I)将采煤工作面取回的大块煤样粉碎成粒径小于5mm的煤粉；(2)将煤粉、浆液按不同比例混合，搅拌均匀；将不同比例的混合物分别装入已经事先穿置好棕绳的如图2所示模具中；(3)将装满混合物的模具放在图3所示的压实装置平板上，通过控制油压表的压力进行手动压实，以保证煤样试件强度不受压实程度的影响；(4)将压实后的煤样放置10-15min，拆除可拆卸立方体模具的两帮，将煤样试件取出，形成图1所示的柔性加固煤样试件。
[0025]如图2，3所示的柔性加固参数确定试验过程包括:(I)采用岩石力学试验机对煤样试件进行抗压、抗剪试验，采用控制位移方式进行加载；(2)对不同煤粉、浆液比例、棕绳直径、棕绳位置的煤样试件的抗压、抗剪强度进行分析，确定出煤样试件强度达到最大值的加固参数。
[0026]本发明中的煤体柔性加固参数确定方法可以方便、快捷地制作多组不同煤浆比例、棕绳直径及棕绳位置的煤样试件，手动控制应力型压实装置可保证煤样试件的压实程度相同，消除压实程度对煤样试件强度的影响，对制作的柔性加固煤样试件进行单轴抗压及角模压剪试验并利用数据处理系统对实验数据进行处理，得出煤样试件强度与浆液质量、棕绳位置及棕绳直径的关系，从而为大采高及放顶煤工作面煤壁“棕绳+注浆”支护工艺中注浆量、棕绳直径及注浆孔位置的选择提供试验依据，且不用经大量现场煤壁工业性试验就可以确定注浆工艺参数，大大节约了成本。
[0027]实施例
[0028]该实例模拟浆液占煤粉I质量的10%、棕绳7直径3mm、棕绳7距试件底部36mm条件下柔性加固煤样试件的制作成型及单轴抗压与抗剪强度的确定，具体步骤为:
[0029](I)图1中，利用天平6称取IOOOg的煤粉UlOOg试剂A2、B3混合后的浆液；(2)将煤粉与浆液倒入容器4中混合并搅拌均匀；(3)将图3中煤样制作模具的8、9两帮装上并在距底部第3孔10中穿置直径3mm的棕绳7 ; (3)图4中，把煤粉、浆液均匀混合物填入模具5中，将模具放置在压实装置的模具放置平板12上，控制手动聚液器11利用3MPa压力对混合物进行压实，液压表13用于显示压力，液压千斤顶14实施下压；(4)10-15min后，拆除模具的两帮将成型的煤样试件取出，并在实验室中放置1-2天，使煤样试件中存在的衆液充分固结。
[0030]图5、图6中，米用岩石力学试验机对试件进行单轴抗压试验15和角模压剪试验16，并用红外成像设备17监测试件加载过程中温度的变化。采用控制位移加载方式，加载速率2mm/min ;直到试件不再发生变形，停止加载，加载试验结束。
[0031]利用数据处理系统对试验过程中数据采集系统记录的数据进行处理，分别得到浆液占煤粉质量的10%、棕绳直径3mm、棕绳距试件底部36mm条件下柔性加固煤样试件的单轴抗压强度、抗剪强度及内聚力和内摩擦角。
[0032]本发明方法流程简单、成本低、可行性高、可以有效地模拟棕绳位置、棕绳直径及注浆量与煤样试件强度的关系，为现场煤壁注浆工艺参数的确定奠定了基础。
[0033]本文中应用了具体实施例对本发明的工序流程及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为本发明的限制。
【权利要求】
1.一种煤体柔性加固试件参数的确定方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)将煤粉与浆液按照不同比例混合均匀，填入穿置有棕绳的模具中，记录每个试件的浆液比例，每个试件棕绳的位置、数目以及棕绳的直径； 2)将模具放置在压实装置中进行压实； 3)10?15min后拆除模具、取出试件并编号，得到内部有棕绳的含浆液煤样试件，室温环境放置1-2天； 4)采用岩石力学试验机对每个试件进行单轴抗压、角模压剪试验，得到每个加固参数与煤样试件强度的关系；并应用红外成像技术监测试件加载变形过程中温度场的变化特征，用以预测试件破裂位置； 5)重复步骤I)-步骤4)，经过数据处理系统对实验数据进行处理，得出试件强度与浆液质量及棕绳直径、位置的关系，不同注浆量、不同棕绳直径、位置下煤样试件的单轴抗压强度、内聚力和内摩擦角，以及煤样表面破坏前后的温度场变化，从而确定使煤样试件强度达到工程应用的最优加固参数；加固参数包括煤粉与浆液的混合比例以及棕绳的直径和位置。
2.根据权利要求1所述的一种煤体柔性加固试件参数的确定方法，其特征在于，步骤I)中的煤粉取自采煤工作面的大块煤样粉碎而成，粉碎的粒径小于5_。
3.根据权利要求1所述的一种煤体柔性加固试件参数的确定方法，其特征在于，步骤I)中的浆液为由等质量的试剂A、B混合而成的马丽散浆液。
4.根据权利要求1所述的一种煤体柔性加固试件参数的确定方法，其特征在于，步骤1)中，在模具中可以放置不同直径、不同数目、不同位置的棕绳。
5.根据权利要求1所述的一种煤体柔性加固试件参数的确定方法，其特征在于，步骤2)中，压实装置为手动压实装置包括手动聚液器、液压千斤顶、液压表及模具放置平板，压实装置采用控制应力方式进行加载，保证各煤样试件的压实程度相同。
6.根据权利要求1所述的一种煤体柔性加固试件参数的确定方法，其特征在于，步骤4)中的用红外成像设备监测试件变形过程中温度场的变化特征。
7.—种如权利要求1中的煤体柔性加固试件的加固参数的应用，其特征在于，根据得到的加固参数，对现场煤壁注浆的工艺参数进行确定。
【文档编号】G01N3/08GK103954501SQ201410165503
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2014年4月23日
【发明者】王家臣, 杨胜利, 孔德中, 黄献平, 王兆会, 李小萌, 宋高峰 申请人:中国矿业大学(北京)