CN107942035A - 一种用于相似模型爆破实验的裂隙三维形态获取方法 - Google Patents

Abstract

一种用于相似模型爆破试验的裂隙三维形态获取方法，采用由压力架和注胶器构成的装置；压力架包括铁块、压板、圆筒支架、圆形支撑板，圆筒支架与圆形支撑板连接，压板位于圆筒支架内，铁块放置于压板上；注胶器包括活塞、胶筒，活塞与压板连接，胶筒穿过圆形支撑板；铁块通过压板和活塞对胶筒内的液体胶施加压力。本发明结构和方法简单，易于操作，具有广泛的实用性，通过对液体胶施加恒定的压力使其进入到爆破钻孔及爆破裂隙内，实现对爆破裂隙内部三维形态的观测。

Description

一种用于相似模型爆破实验的裂隙三维形态获取方法

技术领域

本发明涉及实验装置技术领域，具体涉及一种用于相似模型爆破实验的裂隙三维形态获取方法。

背景技术

我国大多数煤矿煤层气赋存具有低渗透率这一特性，要想提高对低透气性矿井的瓦斯抽采效率，需对煤层采取爆破增透的技术措施。爆破增透，即在煤层、底板或煤层与底板岩层交界处中装药爆破。爆破后，在煤岩体中往往很难形成有效裂隙，很多爆生裂隙、裂纹都会发生闭合，从而严重影响了瓦斯的抽采效率，达不到理想的增透效果，无法保障采煤工作的高效运行。因此，在爆破后，常常需要直观地观测裂隙、裂纹，以便更好地研究裂隙分布规律。目前，人们侧重于对爆破裂隙表面形态的观测，无法直接观测裂隙内部的三维形态，然而爆破裂隙内部的三维形态才是瓦斯运移的关键因素。因此，需要一种获取爆破裂隙三维形态的方法，用来更好地研究爆破增透技术。

目前，国内还没有针对爆破裂隙内部三维形态的相关研究，因而研究一种用于相似模型爆破实验的裂隙三维形态获取方法是非常有必要的。

通过专利检索，存在以下已知的技术方案：

专利1：

申请号：201210461825.4，申请日：2012.11.06，授权公告日：2015.11.25，本发明涉及一种煤矿顶板裂隙形态及其演化过程的精密搜索观测方法。本发明主要是提供了一种综合使用地质钻机、岩层观测记录仪、双端堵水器和多点位移计的搜索式观测方法。本发明的技术方案是：第一步使用地质钻机进行顶板钻孔；第二步使用岩层观测记录仪搜索表面裂隙区；第三步使用双端堵水器搜索上述表面裂隙区内的延深裂隙；第四步：分析数据，确定延深裂隙位置；第五步在延深裂隙的位置安装多点位移计观测裂隙演化数据；第六步：综合分析由双端堵水器，岩层观测记录仪及多点位移计取得的数据，即可确定顶板裂隙的分布，形态及演化过程。本发明得到了裂隙位置，表面裂隙形态，延深裂隙程度和裂隙演化过程的完整数据。

专利2：

申请号：201510689331.5，申请日：2015.10.22，授权公告日：2017.01.25，本发明涉及一种采空区裂隙圈形态的三维模拟方法，其通过三维模拟方式可全面模拟采空区裂隙发育形态，并通过采动过程模拟和对采空区顶板应力变化数据动态采集，获得采空区裂隙圈的形态，以便更加准确的确定抽采孔的钻孔位置。本发明的技术方案是：根据煤层和覆岩之间的空间相似比和煤层工作面推进的时间相似比，制作三维相似模拟试验体；结合现场采煤工作面地应力情况、开采工序，模拟三维应力条件下煤矿工作面推进的动态过程；并利用预埋应力传感器监测采煤工作面推进过程中采空区顶板及底板的应力变化以及动态电阻应变仪进行数据记录；在采煤工作面推进模拟结束后，通过示踪剂标记法，钻孔窥探观察模拟试验体的采空区裂隙形态，并逐层逐段分离采空区顶板及底板，统计各层各段的裂隙数据；根据统计的裂隙数据，利用三维软件绘制采空区裂隙圈形态模拟图。本发明是通过三维方式模拟采空区裂隙发育形态，便于准确确定抽采孔位置。

通过以上的检索发现，以上技术方案没有影响本发明的新颖性；并且以上专利文件的相互组合没有破坏本发明的创造性。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种易于操作的、用于相似模型爆破实验的裂隙三维形态获取方法。

技术方案：本发明的相似模型爆破实验的裂隙三维形态获取方法，采用压力架、注胶器；所述的压力架包括铁块、压板、圆筒支架、圆形支撑板，圆筒支架与圆形支撑板连接，压板位于圆筒支架内，铁块放置于压板上；所述的注胶器包括活塞、胶筒，所述的活塞与所述的压板连接，所述的胶筒穿过所述的圆形支撑板；获取方法包括如下步骤：

(1)将液体胶注入胶筒中，并将注胶器送入爆破钻孔，使胶筒前端位于爆破钻孔长度的三分之一处；

(2)将压力架放置于相似模型的表面，使活塞与压板连接；

(3)将铁块放置于压板上，利用铁块重力作用，对胶筒内的液体胶施加恒定的压力，铁块的质量m按照下式计算：

式中：P为液体胶承受的压力，1MPa；r为胶筒的内半径，单位m；

(4)在铁块重力作用下，液体胶被不断注入到爆破钻孔及爆破裂隙内，当压板不再向下移动时，表明爆破裂隙内已经灌满液体胶，保持24小时使液体胶完全凝固；

(5)当液体胶完全凝固后，打开相似模型，取出凝固成型的液体胶，并用清水清洗液体胶的表面，从而得到爆破裂隙的三维形态。

有益效果：采用本发明提供的技术方案，即通过对液体胶施加恒定的压力使其进入到爆破钻孔及爆破裂隙内，实现对爆破裂隙内部三维形态的观测。其结构和方法简单，易于操作，具有广泛的实用性。

附图说明

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明具体使用的示意图；

图中，1-铁块，2-压板，3-活塞，4-胶筒，5-圆筒支架，6-圆形支撑板，7-相似模型，8-液体胶，9-裂隙。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步具体说明。

如图1所示，本发明的一种用于相似模型爆破实验的裂隙三维形态获取装置由压力架和注胶器构成；其中：压力架由铁块1、压板2、圆筒支架5和圆形支撑板6构成，圆筒支架5与圆形支撑板6连接，压板2位于圆筒支架5内，铁块1放置于压板2上；注胶器由活塞3和胶筒4构成，活塞3与压板2连接，胶筒4穿过圆形支撑板6；铁块1通过压板2和活塞3对胶筒4内的液体胶施加压力。

如图2所示，本发明的相似模型爆破实验的裂隙三维形态获取方法，包含以下步骤：(1)将液体胶8注入胶筒4中，并将注胶器送入爆破钻孔，使胶筒前端位于爆破钻孔长度的三分之一处，同时确保注胶器(外径为d)能刚好穿过圆形支撑板6(预留孔径略大于d)的预留孔；(2)将压力架放置于相似模型7的表面，使活塞3与压板2连接，压板2(半径略小于R)在圆筒支架5(内半径为R)内做竖直方向的滑动；(3)将铁块1放置于压板2上，利用铁块的重力作用，对胶筒4内的液体胶8施加恒定的压力，铁块1的质量m按照下式计算：(式中：P为液体胶承受的压力，1MPa；r为胶筒的内半径，单位m)；(4)在铁块1重力作用下，液体胶8(液体胶不足时需立即补充)被不断注入到爆破钻孔及爆破裂隙9内，当压板2不再向下移动时，表明爆破裂隙9内已经灌满液体胶8，保持24小时使液体胶8完全凝固；(5)当液体胶8完全凝固后，打开相似模型7，取出凝固成型的液体胶结构，并用清水清洗液体胶8的表面，从而得到爆破裂隙9的三维形态。

应当指出，所述的液体胶承受的压力P为1Mpa。如果施加的压力不足1Mpa,液体胶就无法充满爆破裂隙，因而得不到完整的裂隙形态；如果施加的压力超过1Mpa,液体胶的挤压会损坏相似模型，进而损坏裂隙原有的形态，得不到准确的裂隙三维形态。而当施加1Mpa的压力时，液体胶最大限度地充实爆破裂隙的同时又不会损坏裂隙的原有形态，通过利用铁块重力作用的方式，能够保证对胶筒内的液体胶施加恒定的压力。当液体胶凝固后，其表面可能会粘有相似模型材料，用清水清洗即可得到完整的裂隙三维形态。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后所应说明的是，以上具体实施方式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精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种用于相似模型爆破实验的裂隙三维形态获取方法，采用压力架、注胶器；所述的压力架包括铁块、压板、圆筒支架、圆形支撑板，圆筒支架与圆形支撑板连接，压板位于圆筒支架内，铁块放置于压板上；所述的注胶器包括活塞、胶筒，所述的活塞与所述的压板连接，所述的胶筒穿过所述的圆形支撑板；其特征在于，获取方法包括如下步骤：

(1)将液体胶注入胶筒中，并将注胶器送入爆破钻孔，使胶筒前端位于爆破钻孔长度的三分之一处；

(2)将压力架放置于相似模型的表面，使活塞与压板连接；

(3)将铁块放置于压板上，利用铁块的重力作用，对胶筒内的液体胶施加恒定的压力，铁块的质量m按照下式计算：

<mrow> <mi>m</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>P</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mi>&amp;pi;r</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mn>10</mn> </mfrac> </mrow>

式中：P为液体胶承受的压力，1MPa；r为胶筒的内半径，单位m；

(4)在铁块重力作用下，液体胶被不断注入到爆破钻孔及爆破裂隙内，当压板不再向下移动时，表明爆破裂隙内已经灌满液体胶，保持24小时使液体胶完全凝固；

(5)当液体胶完全凝固后，打开相似模型，取出凝固成型的液体胶，并用清水清洗液体胶的表面，从而得到爆破裂隙的三维形态。