CN107831295B - 用于模拟采动断层活化灾变的试验方法 - Google Patents

用于模拟采动断层活化灾变的试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种用于模拟采动断层活化灾变的试验方法，采用模拟试验装置，包括以下步骤：步骤一、按照相似比原则确定煤层、顶板岩层、底板岩层、断层的厚度及位置，按照相似比原则确定煤层、顶板岩层、底板岩层、断层填充物的相似材料及相似材料的配比；步骤二、依次在加载箱体内铺设底板岩层、煤层和顶板岩层的相似材料并逐层压实，加载箱体内在设计断层的位置布置断层填充物，断层填充物的一端接触出水网；步骤三、纵向加载单元经加载板对加载箱体内的相似材料进行加压以模拟上覆岩层的压力，热水经注水通道注入，热水经出水网进入断层填充物融化断层填充物以模拟断层活化。本发明的有益效果：在实验室准确模拟受采动影响断层活化灾变现象。

Description

用于模拟采动断层活化灾变的试验方法
技术领域
本发明涉及模拟采动断层活化灾变试验技术领域，特别是涉及一种用于模拟采动断层活化灾变的试验方法。
背景技术
受煤矿地质条件及采动的影响，回采工作面发生断层活化灾变的几率较高，断层活化引发断层的错动而释放出巨大的能量，引发断层冲击地压，断层冲击地压的破坏力极强，直接影响到回采施工的安全进行。目前已有相关研究人员通过建立断层冲击地压模型对断层活化灾变进行分析，但是，其分析数据不能准确反映工程实际，因而其参考价值较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于模拟采动断层活化灾变的试验方法，解决目前不能在实验室准确模拟受采动影响断层活化灾变现象的技术问题。
本发明提供一种用于模拟采动断层活化灾变的试验方法，采用模拟试验装置，模拟试验装置包括由下板、左侧板、右侧板、前侧板和后侧板围成的上方开口的加载箱体，前侧板和后侧板均由透明材料制成，下板的一侧开设有注水通道，注水通道的上边沿经密封气囊连接有出水网，加载箱体上设置有反力架，反力架经纵向加载单元连接有加载板，加载板滑动连接加载箱体的内壁；所述用于模拟采动断层活化灾变的试验方法包括以下步骤：
步骤一、按照相似比原则确定煤层、顶板岩层、底板岩层、断层的厚度及位置，按照相似比原则确定煤层、顶板岩层、底板岩层、断层填充物的相似材料及相似材料的配比，其中，断层填充物的相似材料包括5份至25份的水、3份至8份的粘土以及3份至8份的河沙或碎石子，将断层填充物的相似材料混合搅拌均匀后，装入模具中冷冻成型断层填充物；
步骤二、依次在加载箱体内铺设底板岩层、煤层和顶板岩层的相似材料并逐层压实，加载箱体内在设计断层的位置布置断层填充物，断层填充物的一端接触出水网；
步骤三、纵向加载单元经加载板对加载箱体内的相似材料进行加压以模拟上覆岩层的压力，热水经注水通道注入，热水经出水网进入断层填充物融化断层填充物以模拟断层活化。
进一步的，步骤一中，顶板岩层的相似材料包括4份至15份的河沙、2份至10份的粘土、1份至5份的液压油以及1份至5份的液态石蜡。
进一步的，步骤一中，底板岩层的相似材料包括3份至16份的河沙、1份至11份的粘土、1份至7份的液压油以及1份至7份的液态石蜡。
进一步的，步骤一中，煤层的相似材料包括10份至20份的原煤粉以及5份至14份的液态石蜡。
进一步的，步骤二中，还在下板的上表面较大面积地布置断层填充物。
进一步的，步骤二中，每铺设一层进行压实并用密度检测仪器进行密度检测。
进一步的，步骤二中，在布置断层填充物之后，经注水通道持续注入冰水混合物。
进一步的，步骤三中，向注水通道内注入带颜色的热水。
进一步的，前侧板和后侧板均由高强度透明树脂材料制成。
与现有技术相比，本发明的用于模拟采动断层活化灾变的试验方法具有以下特点和优点：
本发明的用于模拟采动断层活化灾变的试验方法，采用特别设计的模拟试验装置，通过在模拟试验装置内布置底板岩层、煤层、顶板岩层以及断层填充物，优选断层填充物的材料配比并冷冻成型，热水将断层填充物融化以模拟断层活化，以在实验室内再现受采动影响断层活化灾变的全过程，为工程施工提供具有参考价值的试验数据。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例采用的模拟试验装置的立体图；
图2为本发明实施例采用的模拟试验装置内相似材料布置图一；
图3为本发明实施例采用的模拟试验装置内相似材料布置图二；
图4为图3中模拟试验装置的仰视图；
其中，1、煤层，2、断层填充物，3、纵向加载单元，4、反力架，51、左侧板，52、右侧板，53、下板，54、加载板，6、注水通道，7、密封气囊，8、出水网。
具体实施方式
本实施例的一种用于模拟采动断层活化灾变的试验方法，断层包括隐伏断层以及陷落柱等。方法采用模拟试验装置，如图1至图4所示，模拟试验装置包括由下板53、左侧板51、右侧板52、前侧板和后侧板围成的上方开口的加载箱体。其中，前侧板和后侧板均由高强度透明树脂材料制成，便于试验者观察模拟试验装置内断层活化的情况。下板53的一侧开设有注水通道6，注水通道6的上边沿经密封气囊7连接有出水网8，出水网8可以支撑放置于其上方的断层填充物2，并且在通过注水通道6向加载箱体内注入水时，密封气囊7可以避免从出水网8的周边向加载箱体外渗水。加载箱体上设置有反力架4，反力架4经纵向加载单元3连接有加载板54，加载板54滑动连接加载箱体的内壁。
本实施例的用于模拟采动断层活化灾变的试验方法包括以下步骤：
步骤一、按照相似比原则确定煤层1、顶板岩层、底板岩层、断层的厚度及位置，按照相似比原则确定煤层1、顶板岩层、底板岩层、断层填充物2的相似材料及相似材料的配比，其中，断层填充物2的相似材料包括5份至25份的水、3份至8份的粘土以及3份至8份的河沙或碎石子，将断层填充物2的相似材料混合搅拌均匀后，装入模具中冷冻24小时成型断层填充物2；上述配比的断层填充物2，具有岩体强度低和抗水性差的特点。冷冻成型之后的断层填充物2，不仅具有岩石的特性，经加热还容易发生断层的活化现象。顶板岩层的相似材料包括4份至15份的河沙、2份至10份的粘土、1份至5份的液压油以及1份至5份的液态石蜡；底板岩层的相似材料包括3份至16份的河沙、1份至11份的粘土、1份至7份的液压油以及1份至7份的液态石蜡；煤层1的相似材料包括10份至20份的原煤粉以及5份至14份的液态石蜡。
步骤二、依次在加载箱体内铺设底板岩层、煤层1和顶板岩层的相似材料并逐层压实，每铺设一层进行压实并用密度检测仪器进行密度检测。如图3所示，加载箱体内在设计断层的位置布置断层填充物2，断层填充物2的一端接触出水网8，可用来模拟断层受采动的影响发生突水、断层活化灾害事件。在布置断层填充物2之后，经注水通道6持续注入冰水混合物，以避免断层填充物2融化。如图2所示，除了在设计断层的位置布置断层填充物2之外，还可以在下板53的上表面较大面积地布置断层填充物2，断层填充物2受热融化，用以模拟受采动影响发生断层的滑移现象。
步骤三、纵向加载单元3经加载板54对加载箱体内的相似材料进行加压以模拟上覆岩层的压力，向注水通道6内注入带颜色的承压热水，热水经出水网8进入断层填充物2融化断层填充物2以模拟断层活化。带颜色的热水更加直观地显现在承压水作用下的断层活化发生位置和幅度。
步骤四、进行岩层位移、应变和水压、水流等数据的采集。
本实施例的用于模拟采动断层活化灾变的试验方法，采用特别设计的模拟试验装置，通过在模拟试验装置内布置底板岩层、煤层1、顶板岩层以及断层填充物2，优选断层填充物2的材料配比并冷冻成型，热水将断层填充物2融化以模拟断层活化，以在实验室内再现受采动影响断层活化灾变的全过程，为工程施工提供具有参考价值的试验数据。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于模拟采动断层活化灾变的试验方法，其特征在于，采用模拟试验装置，模拟试验装置包括由下板、左侧板、右侧板、前侧板和后侧板围成的上方开口的加载箱体，前侧板和后侧板均由透明材料制成，下板的一侧开设有注水通道，注水通道的上边沿经密封气囊连接有出水网，加载箱体上设置有反力架，反力架经纵向加载单元连接有加载板，加载板滑动连接加载箱体的内壁；所述用于模拟采动断层活化灾变的试验方法包括以下步骤：
步骤一、按照相似比原则确定煤层、顶板岩层、底板岩层、断层的厚度及位置，按照相似比原则确定煤层、顶板岩层、底板岩层、断层填充物的相似材料及相似材料的配比，其中，断层填充物的相似材料包括5份至25份的水、3份至8份的粘土以及3份至8份的河沙或碎石子，将断层填充物的相似材料混合搅拌均匀后，装入模具中冷冻成型断层填充物；
步骤二、依次在加载箱体内铺设底板岩层、煤层和顶板岩层的相似材料并逐层压实，加载箱体内在设计断层的位置布置断层填充物，断层填充物的一端接触出水网，在布置断层填充物之后，经注水通道持续注入冰水混合物；
步骤三、纵向加载单元经加载板对加载箱体内的相似材料进行加压以模拟上覆岩层的压力，向注水通道内注入带颜色的热水，热水经注水通道注入，热水经出水网进入断层填充物融化断层填充物以模拟断层活化。
2.根据权利要求1所述的用于模拟采动断层活化灾变的试验方法，其特征在于：步骤一中，顶板岩层的相似材料包括4份至15份的河沙、2份至10份的粘土、1份至5份的液压油以及1份至5份的液态石蜡。
3.根据权利要求1所述的用于模拟采动断层活化灾变的试验方法，其特征在于：步骤一中，底板岩层的相似材料包括3份至16份的河沙、1份至11份的粘土、1份至7份的液压油以及1份至7份的液态石蜡。
4.根据权利要求1所述的用于模拟采动断层活化灾变的试验方法，其特征在于：步骤一中，煤层的相似材料包括10份至20份的原煤粉以及5份至14份的液态石蜡。
5.根据权利要求1所述的用于模拟采动断层活化灾变的试验方法，其特征在于：步骤二中，还在下板的上表面较大面积地布置断层填充物。
6.根据权利要求1所述的用于模拟采动断层活化灾变的试验方法，其特征在于：步骤二中，每铺设一层进行压实并用密度检测仪器进行密度检测。
7.根据权利要求1所述的用于模拟采动断层活化灾变的试验方法，其特征在于：前侧板和后侧板均由高强度透明树脂材料制成。
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