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原文传递一种旋喷注浆加固煤体的强度测试方法

专利名称：	一种旋喷注浆加固煤体的强度测试方法
摘要：	本发明公开了一种旋喷注浆加固煤体的强度测试方法，主要步骤为，制作中间带有通孔的煤基体，在通孔处充入煤浆混合液，保压一段时间，之后形成试样，然后将试样竖直置于上下布置的两个直剪盒内，并将压头施加于试样顶面，调整垂直应力到设定值，采用位移控制慢慢移动位于下方的剪切盒，实时采集剪切力，待到试样完全剪断后，停止试验，记录位移，峰值剪切力，残余剪切力等参数；最后通过数据拟合，计算出煤体的峰值和残余的内聚力和内摩擦角。通过设置对照实验，从而评定出旋喷注浆加固后的煤体强度变化。本发明以真实煤体作为基体，能够量化计算煤体注浆后的结构面间的强度，测试结果更加接近现场情况。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	中国矿业大学
发明人：	孙元田;李桂臣;何锦涛;梁巨理
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910541146.X
公开号：	CN110411858A
代理机构：	南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：	周敏
分类号：	G01N3/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	221116 江苏省徐州市铜山区大学路1号
主权项：	1.一种旋喷注浆加固煤体的强度测试方法，其特征在于，包括以下步骤： (一)制作煤基体：在现场取煤样，并根据现场煤体赋存状态将煤体压制成煤基体，同时在煤基体中间形成圆形的通孔，该煤基体为实验所需的尺寸； (二)将煤基体侧面及底部用热缩管裹覆，防止带压注煤浆混合液时浆液从底面漏出，或者浸入侧壁面； (三)制作煤浆混合液：配制水泥浆，水灰比为1:1；实测松散煤体孔隙率，按照水泥浆在散煤中的最大充填率在散煤中加入的配置好的水泥浆，混合搅拌，以实现煤与水泥浆均匀拌和； (四)注浆腔室通过输气管与氮气罐连通，输气管上设有控制输气管导通或关闭的阀门，输气管上设有压力表及气压控制装置；将裹覆好的煤基体置于注浆腔室中，在煤基体中间的通孔注入混合好的煤浆混合液，密封注浆腔室，开通阀门，带压的氮气从氮气罐中注入注浆腔室中，保持压力恒定，并维持一定时间，让煤浆液完全与孔壁充分接触密实； (五)从注浆腔室中取出煤浆加固好的试样，置于自然状态下，使煤浆混合液完全固结形成强度，备用； (六)煤基体与煤浆液综合强度测试：将由煤浆混合液加固好的煤基体形成的待测试样竖直置于上下布置的上直剪盒及下直剪盒内，上直剪盒及下直剪盒中部有容纳试样的通孔，以在水平方向限制试样的位置；在试样上顶面均匀撒上厚度一定的细沙，以保证顶面受力均匀；开动直剪仪器，固定上剪切盒，并将压头施加于试样顶面，调整垂直应力到设定值，并采用伺服控制，剪切过程中垂直压力保持不变，采用位移控制慢慢移动下剪切盒，实时采集剪切力，待到试样完全剪断后，停止试验，记录位移，峰值剪切力，残余剪切力等参数； (七)将下一个经步骤(五)制作好煤浆加固的试样，重新设定新的垂直应力，重复步骤(六)，测定新的峰值剪切力和残余剪切力；测定至少四组不同垂直应力下的和煤浆混合液加固煤基体的剪切峰值力和残余峰值力； (八)数据拟合，计算加固煤体的峰值和残余的内聚力和内摩擦角；将所得到的峰值和残余试验数据分别置于纵坐标为剪切力，横坐标为垂直应力的二维坐标系下，采用直线拟合方法，所得直线倾角为内摩擦角，直线与纵坐标截距为内聚力；峰值试验数据采用公式：进行拟合，其中τ为煤浆加固后的试样的总峰值剪切应力，c为煤浆加固后的试样的峰值内聚力，σ为施加的垂直应力，是煤浆加固后的试样的峰值内摩擦角。残余试验数据采用公式：进行拟合，其中τ1为煤浆加固后的试样的残余剪切应力，c1为煤浆加固后的试样的残余内聚力，σ为施加的垂直应力，是煤浆加固后的试样的残余内摩擦角； (九)设置对照组，将没有旋喷加固的煤体作为对比组，即在步骤(一)中的煤基体不设置通孔，不进行步骤(二)、(三)、(四)、(五)，重复步骤(六)、(七)、(八)，计算自然状态煤体的峰值和残余的内聚力和内摩擦角。 2.根据权利要求1所述的一种旋喷注浆加固煤体的强度测试方法，其特征在于，所述步骤(一)中的煤基体的压制步骤为： A、现场取样：在现场取煤样，同时记录该煤样的埋深H； B、煤样坚固性系数f1测定：将步骤A中取的煤样按照国标《煤的坚固性系数测定方法(GB/T23561.12-2010)》测定其坚固性系数f1； C、型煤制作：①、利用成型压力公式计算相应的标准圆柱尺寸的成型压力，标准圆柱试样尺寸为D×h＝50mm×100mm，成型压力公式为：P＝πr2·γH，其中D为标准圆柱尺寸直径，h为标准圆柱尺寸高度，r为标准圆柱尺寸半径，γ为煤层上覆岩层容重，H为所述煤样埋深；②、用上述步骤计算出的成型压力P，将在步骤A中取得的破碎的煤样压制成具有标准圆柱试件尺寸的型煤，采用的压力为P，保压时间为t；③、对型煤进行烘干； D、型煤坚固性系数f2测定：测试根据步骤C中制作的型煤试件的单轴抗压强度P0，并根据单轴抗压强度P0与坚固性系数f2之间的关系，即f2＝P0/10，计算出型煤的坚固性系数f2； E、对比煤样坚固性系数f1及型煤坚固性系数f2，确定保压时间t0：若f1＝f2，证明上述步骤C中的型煤制作保压时间t合适，参数准确，型煤坚固性可以反映煤体坚固性，此时上述步骤C中的保压时间t为t0；若f1>f2，则需重复步骤C并增加保压时间t，然后重复步骤D至步骤E，直至测算结果f1＝f2，型煤试件坚固性反映煤体坚固性，此时上述步骤C中调整后的保压时间t为t0；若f1
所属类别：	发明专利