貴州礦區(qū)煤巖體的低強(qiáng)度相似材料正交配比試驗(yàn)測(cè)試

管育春 謝小平 宋義華 張權(quán)坤

摘 要：針對(duì)“三軟”煤層低強(qiáng)度煤巖體的相似材料配比的準(zhǔn)確選取，為貴州省六盤水礦區(qū)“三軟”煤層開采相似材料二維加載模擬試驗(yàn)提供重要的理論依據(jù)，以及提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性、縮短相似模擬試驗(yàn)時(shí)間。以米籮煤礦110302工作面為現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件為原型，采用正交配比試驗(yàn)的方法，測(cè)試了低強(qiáng)度相似材料的力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，為合理正確的選取相似材料提供了重要的科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：淺埋深煤層;相似模擬;礦壓顯現(xiàn)規(guī)律;地表變形

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.077

1 工程概況

米籮煤礦位于水城縣東南部米籮鄉(xiāng)，礦井地理坐標(biāo)為：東經(jīng)104°56′49″～105°01′50″;北緯26°23′29″～26°26′06″。米籮礦井井田范圍內(nèi)含可采及大部分可采煤層15層，含煤巖組為二疊系上統(tǒng)宣威組（P3xn），由砂巖、頁(yè)巖、泥巖及煤層組合，煤層間的頂、底板多為軟質(zhì)巖構(gòu)成，穩(wěn)定性較差，單層煤開采形成采空區(qū)后，引發(fā)直接頂板崩頂、冒落的可能性較大，對(duì)煤層開采造成的不利影響較大。主采1號(hào)煤層和3號(hào)煤層的110302（里段）工作面，淺灰色泥質(zhì)砂巖為直接底，厚0.3～1.1m，遇水軟化;灰色細(xì)砂巖為老底;泥質(zhì)粉砂巖為直接頂;灰色中細(xì)砂巖為基本頂。

2 正交配比試驗(yàn)測(cè)試儀器及試件制作

2.1 試驗(yàn)測(cè)試儀器

六盤水師范學(xué)院礦業(yè)與土木工程學(xué)院躬行樓實(shí)驗(yàn)樓采礦工程實(shí)驗(yàn)室擁有煤巖及混凝土試樣加工儀器設(shè)備：YT-20型液壓多功能脫模器、巖石自動(dòng)取芯機(jī)、巖石自動(dòng)切割機(jī)、SHM-200型雙端面磨石機(jī);巖石物理力學(xué)測(cè)試及二維相似材料模擬的儀器設(shè)備：SAJS-2000型微機(jī)控制電液伺服巖石三軸直剪試驗(yàn)機(jī)及相似材料二維加載模擬試驗(yàn)臺(tái)、LYYS-500KN型電腦控制電液伺服巖石拉力試驗(yàn)機(jī)、YAW-2000D型四立柱壓力機(jī)。

2.2 試件制作

實(shí)驗(yàn)室使用Ф50mm×100mm的圓柱鋼筒模具，制作試件尺寸為Ф50mm×100mm，圓柱鋼筒通過固定螺栓可拆卸成兩半，也可以通過底座螺栓把圓柱鋼筒和底座拆卸開。制作試件的時(shí)候先把圓柱鋼筒模具組裝好，制作完試件并待試件干燥以后，將圓柱鋼筒拆卸開，便于拆模取出試件。本次相似模擬材料選取粒徑小于3.35mm的優(yōu)質(zhì)河沙、普通石膏粉及碳酸鈣粉，將相似材料按設(shè)計(jì)配比的骨料和膠結(jié)相似材料先用攪拌機(jī)攪拌均勻，再加入規(guī)定量的水繼續(xù)攪拌，然后將攪拌均勻的混合相似材料放入圓柱鋼筒模具中搗實(shí)均勻，干燥1～2天后脫模取出試件，進(jìn)而干燥養(yǎng)護(hù)3～5天即可制成標(biāo)準(zhǔn)試件，每個(gè)配比號(hào)制作3個(gè)試件，共36個(gè)，分12組進(jìn)行物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)測(cè)試。制作的標(biāo)準(zhǔn)相似模擬材料試件如下圖1、圖2所示。

3 試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

實(shí)驗(yàn)室制作圓柱體試件規(guī)格為直徑50mm，高度100mm，立方塊試件規(guī)格為長(zhǎng)度50mm，高度50mm，通過單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)試（如圖3所示），測(cè)試結(jié)果如見表1所示。

參考文獻(xiàn)：

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