本发明涉及相似材料领域，特别涉及一种固气耦合相似材料原料配比确定方法。
背景技术：
煤炭是我国重要的基础能源，在我国能源消费总量构成中始终占最大比例。近年来随着煤矿机械化程度和安全管理水平的提升，开采效率越来越高，百万吨死亡率持续下降，然而随着浅部煤炭资源逐渐开采殆尽，开采深度由浅入深，深部煤炭的开采具有高地应力、高瓦斯压力、高瓦斯含量等特点，在开采过程中容易引起煤与瓦斯突出事故，煤与瓦斯突出事故仍时有发生。煤与瓦斯突出事故对煤炭的安全、高效开采构成了极大的威胁，煤与瓦斯突出模拟实验是一种研究煤与瓦斯突出的发生、发展规律的有效方法，而相似材料是进行煤与瓦斯突出模拟实验的重要因素，决定着模拟实验的还原相似性。由于原煤难以制成满足实验要求的规格，目前多采用碎煤进行突出模拟实验，而碎煤与原煤相比在物理力学性质、孔隙特性等方面存在较大差异，导致煤与瓦斯突出模拟实验现象与实际情况存在差异，不能有效还原突出模拟实验现象。目前相似材料配比的研究多集中于相似材料物理力学性能方面，而相似材料时由多种原料混合在一定成型压力下压制而成，原料及工艺参数对相似材料的影响是一个多因素综合作用的结果，使得相似材料配比中的各原料及工艺参数难以确定。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种固气耦合相似材料原料配比确定方法，能有效解决在相似材料制作过程中各原料配比及工艺对相似材料性能相互影响，原料配比及成型压力参数难确定的问题。
本发明的一种固气耦合相似材料原料配比确定方法，包括以下步骤：
s1.根据相似材料的孔隙率y3确定出相似材料的成型压力大小x3；
s2.根据相似材料的物理力学参数并结合成型压力大小x3确定出相似材料原料中粘结剂比例x1；
s3.根据相似材料的吸附解吸性能并结合粘结剂比例x1确定出辅料比例x2；
进一步，步骤s1中，建立孔隙率y3与成型压力x3的函数关系式：x3＝a-by3，其中a,b为拟合参数；
进一步，步骤s1中，函数关系式为：x3＝40.507-4.831y3；
进一步，步骤s2中，根据成型压力x3及相似材料的单轴抗压强度y1计算粘结剂比例x1；
进一步，步骤s2中，确定粘结剂比例的函数关系式为：x1＝c+dy1-ex3，其中，c，d,e为拟合参数；
进一步，步骤s2中，所述粘接剂为设定强度的水泥，x1＝1.22+2.755y1-0.129x3；
进一步，步骤s3中，根据相似材料的瓦斯放散初速度y2及粘结剂比例x1计算辅料比例x2；
进一步，步骤s3中，确定辅料比例的函数关系式为：x2＝m-nx1-ky2，其中，m，n，k为拟合参数；
进一步，步骤s3中，所述辅料为粒径为40目～80目的砂子；
进一步，步骤s3中，x2＝94.675-0.739x1-2.959y2。
本发明的有益效果：本发明固气耦合相似材料原料配比确定方法，由于孔隙率与成型压力有关，物理力学性能与粘结剂和成型压力有关，吸附解吸性能与粘结剂和辅料比例有关，因此，在相似材料制作过程中，根据各因素对相似材料性能的影响不同，依次确定出相似材料的各原料组分比例及成型压力大小。首先可根据孔隙率确定出成型压力大小，然后根据物理力学参数并结合成型压力大小确定出粘结剂比例，接着根据吸附解吸性能并结合粘结剂比例确定出辅料比例，有效解决了在相似材料制作过程中各原料配比及工艺对相似材料性能相互影响，原料配比及成型压力参数难确定的问题，可使制作的相似材料在物理力学性质、吸附解吸性能和孔隙方面都得到有效控制，能提高相似材料与原煤的相似度，提高煤与瓦斯突出模拟实验的还原相似度。
具体实施方式
本实施例的固气耦合相似材料原料配比确定方法，包括以下步骤：
s1.根据相似材料的孔隙率y3确定出相似材料的成型压力大小x3；
s2.根据相似材料的物理力学参数并结合成型压力大小x3确定出相似材料原料中粘结剂比例x1；
s3.根据相似材料的吸附解吸性能并结合粘结剂比例x1确定出辅料比例x2；首先，选定制作相似材料的原料组分比例，固气耦合相似材料的原料一般由煤粉、粘接剂和辅料组成。因此，确定好粘接剂和辅料的比例，就确定好了原料各组分的比例。
由于孔隙率与成型压力有关，物理力学性能与粘结剂和成型压力有关，吸附解吸性能与粘结剂和辅料比例有关，根据各因素对相似材料性能的影响不同，依次确定出相似材料的各原料组分比例及成型压力大小。该方法可使制作的相似材料在物理力学性质、吸附解吸性能和孔隙方面都得到有效控制。
本实施例中，步骤s1中，建立孔隙率y3与成型压力x3的函数关系式：x3＝a-by3，其中a,b为拟合参数；步骤s2中，根据成型压力x3及相似材料的单轴抗压强度y1计算粘结剂比例x1，x1＝c+dy1-ex3，其中，c，d,e为拟合参数；步骤s3中，根据相似材料的瓦斯放散初速度y2及粘结剂比例x1计算辅料比例x2；x2＝m-nx1-ky2，其中，m，n，k为拟合参数；步骤s3中，所述辅料为粒径为40目～80目的砂子。
选取水泥、沙子和成型压力为3个相似材料的影响因素。通过制作不同配比的相似材料并进行力学、放散和孔隙率的正交试验，得出了各影响因素与相似材料单轴抗压强度、瓦斯放散初速度和孔隙率之间的量关系。将单轴抗压强度、瓦斯放散初速度、孔隙率实验的主要影响因素及回归方程整理见表1。
表1相似材料配比模型
注：x1为水泥比例2～10，％y1为单轴抗压强度，mpa
x2为沙子比例10～50，％y2为瓦斯放散初速度，mmhg
x3为成型压力5～25，mpay3为孔隙率，％
水泥、沙子的添加比例均为占固体总质量的百分比
由上表可知，相似材料的孔隙率与成型压力有关，单轴抗压强度与水泥和成型压力有关，瓦斯放散初速度与水泥和沙子有关。对表1进行反算，推导出各原料和工艺与各实验指标之间的关系，则固气耦合相似材料配比及工艺参数的确定步骤如下：
步骤s1中，根据孔隙率y3确定成型压力x3，x3＝40.507-4.831y3，
步骤s2中，根据单轴抗压强度y1确定水泥比例x1，x1＝1.22+2.755y1-0.129x3，
步骤s3中，根据瓦斯放散初速度y2确定沙子比例x2，x2＝94.675-0.739x1-2.959y2。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。