一种现场即时测试煤体弹塑性的方法与流程

本发明属于煤矿开采技术领域。

背景技术：
煤层开采往往伴随着煤岩破坏引发的煤体类(动力)灾害，如顶板冒落、巷道顶板离层、煤与瓦斯突出、冲击地压、煤爆等事故现象，主要原因之一是煤层破坏引发能量释放。随着矿井开采深度的增加，煤层的这种破坏引发的动力灾害越来越严重。研究表明，消除这种动力破坏，需要知道煤体当下的弹塑性状态，其最危险的状态是弹性转移塑性的过程，需要即时感知煤体的这种力学状态的改变。因此，在现场能快速判断煤体的弹塑性分布，对防控煤体灾害具有重要意义。对于冲击地压危险煤层，在巷道掘进过程就出现动力现象，巷道形成后，由于能量不断积聚，在未受到扰动时也会发生动力现象，在扰动区域，冲击煤层动力灾害的危险性不断增加，在工作面开采期间，超前工作面一定距离的顺槽也是重要的危险区域。如果能连续观测到煤体的这种由弹性像塑性的变化过程，做到当下感知煤层的力学性质的变化，对防治冲击地压等动力灾害具有积极作用。因此发明一种对构造区、高应力、大埋深条件下的危险区域的煤体进行现场连续测试弹塑性的方法具有重大现实意义。发明目的本发明的目的，是为了即时连续性判断发生煤矿煤体类动力灾害的危险区域与危险程度，提出一种简单、易行的现场即时测试煤体弹塑性的方法。为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种现场即时测试煤体弹塑性的方法，步骤如下：第一步，在煤矿工作面前方的煤层巷道中，根据煤层赋存条件，确定存在高应力、高能量积聚的区域，该区域圈定为有可能发生煤矿煤体类灾害的危险区域；第二步、在圈定的可能发生上述灾害区域的煤层巷道中，在距离底板煤层巷道1.5—1.8m位置向煤体施工水平方向的钻孔，孔径42mm、孔深一般7-10m；第三步，布置测试系统；测试系统由一个圆柱形柔性胶囊和带有压力表和流量表的加压装置所组成；上述的圆柱形柔性胶囊一端设有排气阀，另一端设有连接口，胶囊轴线上设有拉紧钢丝，在拉紧钢丝作用下只能径向膨胀；布置时首先将圆柱形柔性胶囊排气阀打开，用高压软管与加压装置连接，启动加压装置，向圆柱形柔性胶囊充入液体，同时将气体排出，待圆柱形柔性胶囊气体排空、液体充满时，同时关闭排气阀和加压装置，再将充满液体的圆柱形柔性胶囊放入钻孔底部，此时圆柱形柔性胶囊应与钻孔壁紧贴；第四步，重新启动加压装置，开始向圆柱形柔性胶囊充入液体，此时圆柱形柔性胶囊开始膨胀，当液体压力开始上升时，说明圆柱形柔性胶囊达到初撑力，记录下液体压力的当前初撑压力值，并调整流量表初始值为零；继续加压达到25-30MPa时，停止加载，记录下进入圆柱形柔性胶囊液体的流量值A；然后进行卸载，受涨的钻孔回缩，使圆柱形柔性胶囊的液体回流，当液体压力卸载到初撑压力值时，停止卸载，记录下卸载时间段内从圆柱形柔性胶囊流出的液体流量值B；然后根据加、卸载的流量值A和B值的比值大小确定煤体的弹塑性；经试验，当A/B≥3时，可判断煤体为塑性煤体，否则为弹性煤体。本发明的工作原理积极效果是：通过对煤体加、载与卸载试验，根据加、卸载效应原理，观察两种行为的流量效应，回流量大时，说明煤体保留原来的弹性，否则说明煤体失去弹性，已成为塑性煤体。本发明根据需要可在现场连续测试，能即时判断弹塑性，对防治顶板、煤层灾害、特别是冲击地压等动力现象具有积极作用。附图说明图1是本发明圈定测试区域图；图2是本发明测试系统示意图。图例说明，1-加压装置，2-流量表，3-压力表，4-高压软管，5-连接口，6-圆柱形柔性胶囊，7-排气阀，8-拉紧钢丝。具体实施方式下面参照附图进一步说明实施例。一种现场即时测试煤体弹塑性的方法，步骤如下：第一步，在煤矿工作面前方的煤层巷道中，根据煤层赋存条件，确定存在高应力、高能量积聚的区域，该区域圈定为有可能发生煤矿煤体类灾害的危险区域；从图1中可看出椭圆区域为有可能发生煤矿煤体类灾害的危险区域；第二步、在圈定的可能发生上述灾害区域的煤层巷道中，向煤体施工水平方向的钻孔，孔径42mm、孔深一般7-10m，钻孔距离底板煤层巷道1.5—1.8m；从图1中可看出钻孔布置情况；第三步，布置测试系统；测试系统如图2所示，由一个自然膨胀状态下与钻孔直径相适宜的圆柱形柔性胶囊6以及带有压力表3和流量表2的加压装置1所组成；上述的圆柱形柔性胶囊6一端设有排气阀7，另一端设有连接口5，胶囊轴线上设有拉紧钢丝8，在拉紧钢丝8作用下只能径向膨胀；布置时首先将圆柱形柔性胶囊排气阀7打开，用高压软管4与加压装置1连接，启动加压装置1，向圆柱形柔性胶囊6充入液体，同时将气体排出，待圆柱形柔性胶囊6气体排空、液体充满时，同时关闭排气阀7和加压装置1，再将充满液体的圆柱形柔性胶囊6放入钻孔底部，圆柱形柔性胶囊6与钻孔壁紧贴；第四步，重新启动加压装置1，开始向圆柱形柔性胶囊6充入液体，此时圆柱形柔性胶囊6开始膨胀，当液体压力开始上升时，说明圆柱形柔性胶囊6达到初撑力，记录下液体压力的当前初撑压力值，并调整流量表2初始值为零；继续加压达到25-30MPa时，停止加载，记录下进入圆柱形柔性胶囊6液体的流量值A；然后进行缓慢卸载，受涨的钻孔回缩，使圆柱形柔性胶囊6的液体回流，当液体压力卸载到初撑压力值时，停止卸载，记录下卸载时间段内从圆柱形柔性胶囊6流出的液体流量值B；然后根据加、卸载的流量值A和B值的比值大小确定煤体的弹塑性；经试验，当A/B大于等于3时，可判断该煤体为塑性煤体，否则为弹性煤体。