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原文传递一种基于不同开采应力路径下的岩石蠕变试验方法

专利名称：	一种基于不同开采应力路径下的岩石蠕变试验方法
摘要：	本发明提供一种基于不同开采应力路径下的岩石蠕变试验方法，涉及煤矿开采过程中巷道围岩蠕变失稳技术领域。步骤如下：步骤1：制作标准岩样；步骤2：安装岩石试样；步骤3：进行常规三轴压缩下岩石力学试验，获取不同围压下岩石的全过程应力‑应变曲线；步骤4：获取制作好的标准岩样进行不同开采条件下岩石力学试验，获取岩样在不同开采方式下全应力‑应变曲线；步骤5：进行不同开采条件下岩石蠕变试验，获取不同开采条件下的蠕变曲线；步骤6：对蠕变曲线进行分析，得到在不同开采条件下巷道围岩发生蠕变失稳的判据；本发明采用的是升轴压卸围压的方式进行岩石蠕变试验，能较好的为大型煤矿的开采提供技术指导和理论依据。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	辽宁工业大学
发明人：	李庆文;杨浩;董芳红
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-11T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-18T00:00:00+0800
申请号：	CN201910625421.6
公开号：	CN110346218A
代理机构：	沈阳东大知识产权代理有限公司
代理人：	李在川
分类号：	G01N3/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	121001 辽宁省锦州市古塔区士英街169号
主权项：	1.一种基于不同开采应力路径下的岩石蠕变试验方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：制作标准岩样；步骤2：安装岩石试样；步骤3：获取制作好的标准岩样,按照步骤2安装好岩样进行常规三轴压缩下岩石力学试验，获取不同围压下岩石的全过程应力-应变曲线；步骤4：获取制作好的标准岩样,按照步骤2安装好岩样进行不同开采条件下岩石力学试验，获取岩样在不同开采方式下全应力-应变曲线；步骤4.1：获取制作好的标准岩样,按照步骤2安装好岩样进行基于SAM-2000岩石试验系统的三轴压缩试验，采用应力控制方式，将轴压和围压以相同的速率w加载到静水压状态，即为预设值βv时进行稳定；所述预设值βv是根据岩石所处埋深的应力大小而定，其中v＝{1,2,3,4}，v＝1时代表在无煤柱开采应力路径下，v＝2时代表在放顶煤开采应力路径下，v＝3时代表在保护层开采应力路径下，v＝4时代表在常规三轴压缩状态下；所述稳定是指该应力状态下试样轴向及径向变形趋于稳定，即不出现波动或者扰动；步骤4.2：稳定以后轴压以速率进行加载到预设值ζv＝1.5βv，同时围压以速率卸载到预设值δv＝0.6βv，控制偏应力增加与围压卸载之比为2.25：1；对于三种开采方式下速率和的大小根据应力变化选取，表示在第v种开采路径下力学试验的轴压加载速率，表示在第v种开采路径下力学试验的围压卸载速率；步骤4.3：重复步骤4.1至步骤4.3，分别模拟无煤柱开采、放顶煤开采和保护层开采三种不同开采应力路径下的岩石力学试验，三种开采方式下的试验都是在步骤4.1和步骤4.2的基础上同时升轴压卸围压，三种开采方式下的加卸载速率不同，而加卸载变化量比值固定分别为：无煤柱开采下控制偏应力增加与围压卸载之比为4.75：1；放顶煤开采下控制偏应力增加与围压卸载之比为3.5：1；保护层开采下控制偏应力增加与围压卸载之比为2.25:1,直至岩样发生破坏，试验结束，测定岩石在不同开采方式下全应力-应变曲线；通过全应力应变曲线，得知岩样在多大应力状态下发生破坏，预先估计蠕变发生的应力变化量，通过应力变化量设计出n个蠕变阶段；步骤5：进行不同开采条件下岩石蠕变试验，获取不同开采条件下的蠕变曲线；步骤5.1：获取制作好的标准岩样,按照步骤2安装好岩样进行基于SAM-2000岩石试验系统的三轴压缩试验，采用应力控制方式，将轴压和围压以相同的速率w加载到静水压状态，即为预设值βv时进行稳定；步骤5.2：稳定后轴压以速率进行加载到预设值ζv＝1.5βv，围压以速率卸载到预设值δv＝0.6βv，且偏应力增加与围压卸载之比为2.25:1；对于三种开采方式下速率和的大小根据应力变化选取，表示在第v种开采路径下蠕变试验的轴压加载速率，表示在第v种开采路径下蠕变试验的围压卸载速率；步骤5.3：重复步骤5.1至步骤5.3，分别模拟无煤柱开采、放顶煤开采和保护层开采三种不同开采方式下的岩石蠕变试验，得到三种不同开采方式下的蠕变曲线，3种不同开采条件下的蠕变试验均基于步骤5.1和步骤5.2的基础上进行升轴压卸围压的操作；但是三种开采方式下的加卸载速率不同，而加卸载变化量比值固定分别为：保护层开采方式下，控制偏应力增加与围压卸载之比为2.25：1，根据步骤4.3设计出的n个蠕变阶段，每级蠕变时间拟定为a小时～b小时，待每级蠕变曲线稳定后再进行下一级蠕变试验，直至岩样破坏试验结束，实测全过程蠕变曲线；放顶煤开采方式下，控制偏应力增加与围压卸载之比为3.5：1，每级蠕变时间拟定为c小时～d小时，待每级蠕变曲线稳定后再进行下一级蠕变试验，直至岩样破坏试验结束，实测全过程蠕变曲线；无煤柱开采方式下，控制偏应力增加与围压卸载之比为4.75：1，每级蠕变时间拟定为e小时～f小时，待每级蠕变曲线稳定后再进行下一级蠕变试验，直至岩样破坏试验结束，实测全过程蠕变曲线；其中，a、b、c、d、e、f代表时间参数，蠕变时间范围的拟定是根据实验室内的试验限制设定的；步骤6：对步骤5中得到的蠕变曲线进行分析，获得无煤柱开采、放顶煤开采和保护层开采三种不同开采应力路径下的岩石本构关系，得到在不同开采条件下巷道围岩发生蠕变失稳的判据。 2.根据权利要求1所述的一种基于不同开采应力路径下的岩石蠕变试验方法，其特征在于：所述步骤1中制作标准岩样方法如下：选取天然岩样，经过钻、切、磨工序加工成标准圆柱体试样，试样规格为直径50mm×高100mm，使试样的直径误差不超出0.3mm，试样两端面不平行度小于0.05mm，且垂直于试样轴线，最大偏差不超过0.25°，采用声波检测系统挑选波速相近的岩石作为试验试件。 3.根据权利要求1所述的一种基于不同开采应力路径下的岩石蠕变试验方法，其特征在于：所述步骤2中安装岩石试样的方法如下：安装岩石试样在试样两端均匀涂抹凡士林，岩样用热塑管包裹，并用电热吹风将其固定在岩样表面，使岩样的孔隙水与热塑管外液体完全隔开；在岩样表面安装轴向与环向传感器，使传感器与岩样表面保持平行，将安装好的岩样在三轴压缩机的承压板中心固定好。 4.根据权利要求1所述的一种基于不同开采应力路径下的岩石蠕变试验方法，其特征在于：所述步骤3中进行常规三轴压缩试验的方法如下：根据安装好的岩样进行常规三轴压缩试验，基于SAM-2000岩石实验系统，围压采用应力控制模式加载，达到设定的围压值后保持恒定，轴向采用位移控制模式加载，直至岩样发生破坏，获取不同围压下岩石的全过程应力-应变曲线。 5.根据权利要求1所述的一种基于不同开采应力路径下的岩石蠕变试验方法，其特征在于：所述步骤4中同一开采应力路径下采用的岩样为埋深相同且岩性一致的岩样。
所属类别：	发明专利