CN110595900B - 一种水分纵向非均匀分布条件下煤柱变形破坏的试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种水分纵向非均匀分布条件下煤柱变形破坏的试验方法，包括：（1）采集煤块试样；（2）将煤柱分为五组，采用浸水装置对各组煤柱进行不同浸水高度处理；（3）浸泡期间每隔2小时测定一次煤柱质量；（4）在煤柱上中下三个位置粘贴应变花；（5）每个煤柱上用胶带固定四个声发射探头，进行单轴压缩试验；（6）对煤柱压缩破坏过程中的应变及声发射参数进行监测记录；（7）对煤柱上中下三个层位的煤体成分、孔隙结构进行测定；（8）对不同浸水高度对煤体的微细观结构变化及宏观力学破坏特性进行分析。通过本发明的变形破坏研究方法，揭示不同浸水高度情况下煤柱的变形破坏特性，为处于不同采空区积水高度中的煤柱设计提供科学依据。

Description

一种水分纵向非均匀分布条件下煤柱变形破坏的试验方法
技术领域
本发明属于岩石力学试验领域，具体涉及一种水分纵向非均匀分布条件下煤柱变形破坏的试验方法。
背景技术
煤炭开采过程中,会对上覆岩层产生扰动,形成导水裂隙,产生大量矿井水。因此，采空区周围煤岩体将不可避免的处在一定的矿井水环境中。由于采空区水源补给、排泄情况的差异会造成采空区积水量的不同。处于不同积水量采空区中的防水煤柱，相对浸没在采空区积水中的高度会有所不同，造成水分子在煤柱纵向方向上分布不均匀，从而使得防水煤柱变形破坏特征产生差异。
合理留设防水煤柱是预防采空区突水的基础手段，但由于开采采区的水文地质条件、开采技术各异，目前国内外对防水煤柱的留设仍没有统一的规定，一般根据力学解析或现场经验以及相关规定进行防水煤柱的设计。现有研究缺乏不同采空区积水高度对防水煤柱变形破坏特征影响的认识，因此设计试验对煤柱试件进行不同浸水高度处理，进而得到水分纵向非均一分布煤柱，然后进行单轴压缩试验，进而研究其变形破坏机理，有助于进一步深化研究含水煤岩体损伤破坏的机理，为现场防水煤岩柱的留设提供更加科学的指导。
发明内容
本发明旨在提供一种模拟水分纵向非均一分布条件下煤柱变形破坏的试验方法，设计了浸水装置对各组煤柱进行不同浸水高度处理，将经过不同浸水高度处理后的煤柱进行单轴压缩破坏试验，配合应变监测、声发射监测手段对煤柱变形破坏特征进行分析，得出水分纵向非均一分布煤柱变形破坏特征，进一步结合现场采空区积水情况，为合理的留设防水煤岩柱尺寸提供科学指导。
本发明提供了一种水分纵向非均匀分布条件下煤柱变形破坏的试验方法，包括以下步骤：
（1）采集煤块试样，制备浸水试验所需的煤柱试件，并在烘箱中进行24小时烘干处理；
（2）将煤柱分为五组，采用浸水装置对各组煤柱进行不同浸水高度处理；
（3）浸泡期间每隔2小时测定一次煤柱质量，并采用离子监测仪对浸泡溶液中的K+、Ca+、Al+、HCO3 -离子浓度进行测定记录；
（4）当所有煤柱的质量变化小于0.01g时，将煤柱从浸水装置中取出，选择平行于煤柱层理方向，沿着煤柱轴向，分别在距煤柱底面25mm、50mm、75mm高度处用氰基丙烯酸乙酯粘贴应变花；
（5）每个煤柱上用胶带固定四个声发射传感器，进行单轴压缩试验；
（6）采用应变监测装置和声发射监测装置对煤柱压缩破坏过程中的应变及声发射参数进行监测记录；
（7）采用XRD及液氮吸附的方法分别对煤柱上中下三个位置处的煤体成分、孔隙结构进行测定；
（8）综合煤柱的单轴压缩破坏特征、声发射演化规律、浸水装置溶液离子变化情况、煤柱上中下层位处的矿物成分、孔隙结构特征，针对不同浸水高度对煤体的微细观结构变化及宏观力学破坏特性进行分析，探究不同浸水高度煤柱的变形破坏机理。
上述方法中，步骤（1）中，标准煤柱试件为圆柱体结构，尺寸为φ50mm×100mm，在真空干燥箱中保持105℃。
上述方法中，所述浸水装置包括上盖、筒体及限位垫圈；上盖处开有五个直径为φ51mm的圆孔，煤柱试件直径为50mm能穿过该圆孔；筒体为φ200mm×150mm的有机玻璃圆筒，限位垫圈是内径为φ49mm、外径为φ55mm、厚度为2mm的高弹性橡皮圈，用于箍紧煤柱试件。
上述的浸水装置中，五组煤柱的浸水高度分别为0mm、25mm、50mm、75mm、100mm；浸水装置中K+、Ca+、Al+、HCO3 -离子浓度变化小于0.01mg/L时，将煤柱从浸水装置中取出，并及时在煤柱表面均匀涂抹一层石蜡，防止在试验期间，煤柱水分流失。
上述方法中，所述声发射监测装置由声发射传感器、前置放大器、数据采集仪和记录分析装置组成。声发射传感器，其型号为RS-2A，共设有四个，其中两个传感器中心位置距离煤柱下端面25mm，另两个传感器中心位置距离煤柱上端面25mm，为保证耦合效果，四个声发射传感器均匀涂抹耦合剂凡士林，然后贴紧煤柱表面，用透明胶带，将声发射传感器固定在煤柱表面；
所述应变监测装置由应变花、应变采集仪、应变数据存储装置组成。应变花与煤柱试样表面紧密贴合，应变花的设置位置为：在煤柱表面25mm、50mm、75mm高度处贴设应变花，用以对比分析不同的浸水高度对煤柱局部应变演化造成的影响。
上述方法中，煤柱试件平稳放置在WAW1000电液伺服试验机的平台上；调节试验机压头位置，使压头紧密贴合煤柱试件上端面；电液伺服试验机采用位移加载的控制，设置0.002mm/s的加载速度，然后开启电液伺服试验机，同时开启应变监测装置及声发射监测装置，对煤柱压缩破坏过程中的应变及声发射能量数、振铃数、定位点一系列数据信息进行监测记录。
上述方法中，步骤（7）中，选取的煤柱上中下三个位置处的破碎小煤块10g，研磨成煤粉，过200目筛，分别进行XRD（X射线衍射）对不同部位煤体的矿物成分进行分析，进行液氮吸附试验对不同部位煤体的孔隙特征进行分析；
煤柱上中下三个位置分别为：①煤柱上部：75mm高度以上，②煤柱中部：50mm高度，③煤柱下部：25mm高度以下。
上述方法中，制备干燥煤样的过程，包括：
1）选取完整性较好的煤块：尺寸大于200mm×200mm×200mm，采用岩石取芯机垂直于煤块层理方向密集取芯，并经过切割、打磨工艺加工成φ50mm×100mm标准煤柱试件；
2）应用非金属超声波监测仪对煤柱试件进行波速测定，选出煤柱纵波波速接近、表面完整密实的煤柱试件25个，均匀分成5组，以消除试验结果的离散性；
3）将五组煤柱试件分组进行编号，放入真空干燥箱中，将真空干燥箱温度设置成65℃，烘干24小时，确保煤柱试件完全干燥，然后采用电子天平（精度0.005g）对每个干燥煤柱进行称重并记录。
上述方法中，所述不同浸水高度处理过程，包括：
1）采用五个φ200mm×150mm的浸水装置，分五组对煤柱的浸水情况进行模拟，分别为浸水0mm、浸水25mm、浸水50mm、浸水75mm、浸水100mm；
2）第一个浸水装置中不注入蒸馏水，直接将第一组五个煤柱试件放入有机玻璃桶内。剩余四个浸水装置中分别倒入相同体积的蒸馏水；将第二组煤柱穿过上盖孔，使得煤柱下部浸入水中，调整煤柱穿进孔中的深度使得煤柱下部没入水中的深度为25mm，然后将限位垫圈套入煤柱，通过垫圈箍紧煤柱，并将煤柱上端稳固卡在上盖处；采取同样的方式，依次将第三组、第四组煤柱浸水深度调整为50mm、75mm；将第五组煤柱完全沉入蒸馏水中；
3）将装有煤柱的五个浸水装置放入恒温恒湿箱，设置温度20°，湿度5%，在试验过程中保持恒定，排除外界环境变化对实验结果带来的干扰；
整个浸泡过程都在恒温恒湿箱中开展，且恒温恒湿箱的温度和湿度保持一个稳定的数值，保证5组不同浸水高度的煤柱在整个试验过程中处在相同的环境中；当连续两次监测的煤柱质量变化小于0.01g时，完成煤柱的浸水试验。
上述方法中，所述浸水煤柱的单轴压缩及数据监测处理过程，包括：
1）煤柱完成浸水处理后，逐次拿出煤柱，用湿毛巾擦除煤柱表面水珠，迅速用石蜡均匀涂抹煤柱表面，保证煤柱里水分不会在试验过程中流失；沿着煤柱轴向方向，平行于煤柱层理方向的煤柱表面，分别在距煤柱底面25mm、50mm、75mm高度处用氰基丙烯酸乙酯粘贴应变花；
2）按照上述步骤对每个煤柱依次进行处理，然后逐个开展单轴压缩试验；
3）将应变花及声发射传感器布置好的煤柱试件放置在电液伺服试验机平台上，调整试验机压头位置使其完全与煤柱试件端面贴平，启动电液伺服试验机，单轴压缩试验采用恒定位移的加载方式，通过CM-2B型应变监测装置对煤柱不同层位贴设的应变花数据进行监测记录，通过8通道声发射监测装置对煤柱压缩破坏过程中的声发射振铃数、能量数进行记录；启动电液伺服试验机，同步开启应变监测装置、声发射监测装置进行相应数据监测，保证多种数据在时间上的一致性。
4）局部应变信息用以分析煤柱不同位置处发生的应变情况，声发射振铃数、破裂点定位信息用来监测试件裂纹闭合、发育、扩展的特征，再结合应力-时间关系综合分析，得出不同浸水高度煤柱在单轴压缩破坏过程中非均匀损伤破坏规律。
本发明的有益效果：
（1）本发明设计了专用的浸水装置，实现了在相同水溶液体积情况下，分组对煤柱进行不同浸泡高度的处理。这样可以监测对比不同浸水高度的水溶液中的离子浓度变化情况，从化学反应的角度分析不同浸水高度对煤柱的影响变化情况。
（2）本发明提供了一种分层位贴设应变花的方法，用以监测水分纵向非均一分布煤柱的非均匀变化特性，结合声发射监测数据分析了浸水煤柱内部裂纹扩展特征，揭示了不同浸水高度对煤柱变形破坏特性的影响。
附图说明
图1 为本发明煤样浸水示意图；
图2 为本发明浸水装置示意图；
图3 为本发明煤柱及限位垫圈示意图；
图4 为本发明煤柱应变花及声发射传感器布置示意图；
其中：1、上盖，2、限位垫圈，3、筒体，4、蒸馏水，5、煤柱试件，6为应变花，7为声发射传感器。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：
如图1~4所示，本发明提供的浸水装置，包括上盖1、筒体3及限位垫圈2；上盖1处开有五个直径为φ51mm的圆孔，煤柱试件5的直径为50mm能穿过该圆孔；筒体3为φ200mm×150mm的有机玻璃圆筒，限位垫圈2是内径为φ49mm、外径为φ55mm、厚度为2mm的高弹性橡皮圈，用于箍紧煤柱试件5。标准煤柱试件5为圆柱体结构，尺寸为φ50mm×100mm，在真空干燥箱中保持105℃。
所述声发射监测装置由声发射传感器、前置放大器、数据采集仪和记录分析装置组成。声发射传感器7，其型号为RS-2A，共设有四个，其中两个传感器中心位置距离煤柱下端面25mm，另两个传感器中心位置距离煤柱上端面25mm，为保证耦合效果，四个声发射传感器均匀涂抹耦合剂凡士林，然后贴紧煤柱表面，用透明胶带，将声发射传感器固定在煤柱表面；
所述应变监测装置由应变花、应变采集仪、应变数据存储装置组成。应变花与煤柱试样表面紧密贴合，应变花6的设置位置为：在煤柱表面25mm、50mm、75mm高度处贴设应变花，用以对比分析不同的浸水高度对煤柱局部应变演化造成的影响。
图1为本发明煤样浸水示意图；这是其中一种高度的示意图，不同浸水高度是通过调节套在煤柱试样上的限位垫圈2的位置实现的，不同的浸水高度采用的浸水装置是一样的，只是煤柱上限位垫圈的位置不同。
本发明提供的模拟水分纵向非均一分布煤柱变形破坏的试验方法，包括以下步骤：
（1）采集煤块试样，制备浸水试验所需的煤柱试件，并在烘箱中进行24小时烘干处理；
（2）将煤柱分为五组，采用浸水装置对各组煤柱进行不同浸水高度处理；
向四个专门设计的浸水装置中分别注入相同体积的蒸馏水，四组煤柱分别按照浸水25％、浸水50％、浸水75％、浸水100％煤柱高度的要求，浸没在专门设计的浸水装置中，剩下一组煤柱放置在没有蒸馏水的有机玻璃桶中，五组不同浸水高度处理的煤柱试件分别模拟浸没在不同积水高度采空区中的煤柱。
（3）浸泡过程中每隔2小时，采用电子天平（精度0.001g）分别测定每个煤柱质量，采用离子监测仪分别测定每个浸水装置溶液中的K+、Ca+、Al+、HCO3 -离子浓度。相应记录每次测量的煤柱质量及不同浸水装置中离子浓度的结果。
所述电子天平的精度为0.005g，离子监测仪的型号为雷磁PXSJ-226。
当所有煤柱的质量变化小于0.01g时，且各组浸水装置中K+、Ca+、Al+、HCO3 -离子浓度变化小于0.01mg/L时，将煤柱从浸水装置中取出，选择平行于煤柱层理方向，沿着煤柱轴向，分别在距煤柱底面25mm、50mm、75mm高度处用氰基丙烯酸乙酯粘贴应变花。应变花贴设完成后，用保鲜膜包裹好试件，防止煤柱试件在等待力学试验过程中发生水分流失。
（4）每个煤柱上用胶带固定四个声发射传感器，进行单轴压缩试验；
按照指定位置在煤柱试件上用胶带固定好四个声发射传感器，煤柱试件平稳放置在WAW1000电液伺服试验机的平台上；调节试验机压头位置，使压头紧密贴合煤柱试件上端面；电液伺服试验机采用位移加载的控制，设置0.002mm/s的加载速度，然后开启电液伺服试验机，同时开启应变监测装置及声发射监测装置，对煤柱压缩破坏过程中的应变及声发射能量数、振铃数、定位点一系列数据信息进行监测记录。
（5）采用XRD及液氮吸附的方法分别对煤柱上中下三个位置处的煤体成分、孔隙结构进行测定；
当一个煤柱单轴压缩试验完成后，在破坏后的煤柱试件上分别选取煤柱上部（75mm高度以上），煤柱中部（50mm高度左右），煤柱下部（25mm高度以下）三个位置处的破碎小煤块10g左右，研磨成煤粉，过200目筛，分别进行XRD（X射线衍射）对不同部位煤体的成分进行分析，进行液氮吸附试验对不同部位煤体的孔隙特征进行分析。
（6）综合煤柱的单轴压缩破坏特征、声发射演化规律、浸水装置溶液离子变化情况、煤柱上中下层位处的矿物成分、孔隙结构特征，针对不同浸水高度对煤体的微细观结构变化及宏观力学破坏特性进行分析，探究不同浸水高度煤柱的变形破坏机理。
按照上述步骤，对25个煤柱依次开展单轴压缩试验，综合五组不同浸水高度煤柱的单轴压缩破坏特征、声发射演化规律、浸水装置溶液离子变化情况、煤柱上中下层位处的矿物成分、孔隙结构特征，对不同浸水高度对煤体的微细观结构变化及宏观力学破坏特性进行分析，探究不同浸水高度煤柱的变形破坏机理。
上述的浸水装置中，五组煤柱的浸水高度分别为0mm、25mm、50mm、75mm、100mm；浸水装置中K+、Ca+、Al+、HCO3 -离子浓度变化小于0.01mg/L时，将煤柱从浸水装置中取出，并及时在煤柱表面均匀涂抹一层石蜡，防止在试验期间，煤柱水分流失。
上述方法中，制备干燥煤样的过程，包括：
1）选取完整性较好的煤块：尺寸大于200mm×200mm×200mm，采用岩石取芯机垂直于煤块层理方向密集取芯，并经过切割、打磨工艺加工成φ50mm×100mm标准煤柱试件；
2）应用非金属超声波监测仪对煤柱试件进行波速测定，选出煤柱纵波波速接近、表面完整密实的煤柱试件25个，均匀分成5组，以消除试验结果的离散性；
3）将五组煤柱试件分组进行编号，放入真空干燥箱中，将真空干燥箱温度设置成65℃，烘干24小时，确保煤柱试件完全干燥，然后采用电子天平（精度0.005g）对每个干燥煤柱进行称重并记录。
上述方法中，所述不同浸水高度处理过程，包括：
1）采用五个φ200mm×150mm的浸水装置，分五组对煤柱的浸水情况进行模拟，分别为浸水0mm、浸水25mm、浸水50mm、浸水75mm、浸水100mm；
2）第一个浸水装置中不注入蒸馏水，直接将第一组五个煤柱试件放入有机玻璃桶内。剩余四个浸水装置中分别倒入相同体积的蒸馏水；将第二组煤柱穿过上盖孔，使得煤柱下部浸入水中，调整煤柱穿进孔中的深度使得煤柱下部没入水中的深度为25mm，然后将限位垫圈套入煤柱，通过垫圈箍紧煤柱，并将煤柱上端稳固卡在上盖处；采取同样的方式，依次将第三组、第四组煤柱浸水深度调整为50mm、75mm；将第五组煤柱完全沉入蒸馏水中；
3）将装有煤柱的五个浸水装置放入恒温恒湿箱，设置温度20°，湿度5%，在试验过程中保持恒定，排除外界环境变化对实验结果带来的干扰；
整个浸泡过程都在恒温恒湿箱中开展，且恒温恒湿箱的温度和湿度保持一个稳定的数值，保证5组不同浸水高度的煤柱在整个试验过程中处在相同的环境中；当连续两次监测的煤柱质量变化小于0.01g时，完成煤柱的浸水试验。
上述方法中，所述浸水煤柱的单轴压缩及数据监测处理过程，包括：
1）煤柱完成浸水处理后，逐次拿出煤柱，用湿毛巾擦除煤柱表面水珠，迅速用石蜡均匀涂抹煤柱表面，保证煤柱里水分不会在试验过程中流失；沿着煤柱轴向方向，平行于煤柱层理方向的煤柱表面，分别在距煤柱底面25mm、50mm、75mm高度处用氰基丙烯酸乙酯粘贴应变花；
2）按照上述步骤对每个煤柱依次进行处理，然后逐个开展单轴压缩试验；
3）将应变花及声发射传感器布置好的煤柱试件放置在电液伺服试验机平台上，调整试验机压头位置使其完全与煤柱试件端面贴平，启动电液伺服试验机，单轴压缩试验采用恒定位移的加载方式，通过CM-2B型应变监测装置对煤柱不同层位贴设的应变花数据进行监测记录，通过8通道声发射监测装置对煤柱压缩破坏过程中的声发射振铃数、能量数进行记录；启动电液伺服试验机，同步开启应变监测装置、声发射监测装置进行相应数据监测，保证多种数据在时间上的一致性。
4）局部应变信息用以分析煤柱不同位置处发生的应变情况，声发射振铃数、破裂点定位信息用来监测试件裂纹闭合、发育、扩展的特征，再结合应力-时间关系综合分析，得出不同浸水高度煤柱在单轴压缩破坏过程中非均匀损伤破坏规律。

Claims (10)

1.一种水分纵向非均匀分布条件下煤柱变形破坏的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）采集煤块试样，制备浸水试验所需的煤柱试件，并在烘箱中进行24小时烘干处理；
（2）将煤柱分为五组，采用浸水装置对各组煤柱进行不同浸水高度处理；
（3）浸泡期间每隔2小时测定一次煤柱质量，并采用离子监测仪对浸泡溶液中的K+、Ca+、Al+、HCO3 -离子浓度进行测定记录；
（4）当所有煤柱的质量变化小于0.01g时，且各组浸水装置中K+、Ca+、Al+、HCO3 -离子浓度变化小于0.01mg/L时，将煤柱从浸水装置中取出，选择平行于煤柱层理方向，沿着煤柱轴向，分别在距煤柱底面25mm、50mm、75mm高度处用氰基丙烯酸乙酯粘贴应变花；
（5）每个煤柱上用胶带固定四个声发射传感器，进行单轴压缩试验；声发射传感器贴合在试件表面，用于采集声发射信号；
（6）采用应变监测装置和声发射监测装置对煤柱压缩破坏过程中的应变及声发射参数进行监测记录；
（7）采用XRD及液氮吸附的方法分别对煤柱上、中、下三个位置处的煤体成分、孔隙结构进行测定；煤柱上部是指75mm高度以上，煤柱中部是指50mm高度左右，煤柱下部是指25mm高度以下；
（8）综合煤柱的单轴压缩破坏特征、声发射演化规律、浸水装置溶液离子变化情况、煤柱上中下层位处的矿物成分、孔隙结构特征，针对不同浸水高度对煤体的微细观结构变化及宏观力学破坏特性进行分析，探究不同浸水高度煤柱的变形破坏机理。
2.根据权利要求1所述的水分纵向非均匀分布条件下煤柱变形破坏的试验方法，其特征在于：步骤（1）中，标准煤柱试件为圆柱体结构，尺寸为φ50mm×100mm，在真空干燥箱中保持105℃。
3.根据权利要求1所述的水分纵向非均匀分布条件下煤柱变形破坏的试验方法，其特征在于：所述浸水装置包括上盖、筒体及限位垫圈；上盖处开有五个直径为φ51mm的圆孔，煤柱试件直径为50mm能穿过该圆孔；筒体为φ200mm×150mm的有机玻璃圆筒，限位垫圈是内径为φ49mm、外径为φ55mm、厚度为2mm的高弹性橡皮圈，用于箍紧煤柱试件。
4.根据权利要求1所述的水分纵向非均匀分布条件下煤柱变形破坏的试验方法，其特征在于：所述浸水装置中，五组煤柱的浸水高度分别为0mm、25mm、50mm、75mm、100mm；
将煤柱从浸水装置中取出后，并及时在煤柱表面均匀涂抹一层石蜡，防止在试验期间，煤柱水分流失。
5.根据权利要求1所述的水分纵向非均匀分布条件下煤柱变形破坏的试验方法，其特征在于：所述声发射监测装置由声发射传感器、前置放大器、数据采集仪和记录分析装置组成；声发射传感器的型号为RS-2A，共设有四个，其中两个传感器中心位置距离煤柱下端面25mm，另两个传感器中心位置距离煤柱上端面25mm，为保证耦合效果，四个声发射传感器均匀涂抹耦合剂凡士林，然后贴紧煤柱表面，用透明胶带，将声发射传感器固定在煤柱表面；
所述应变监测装置由应变花、应变采集仪、应变数据存储装置组成；应变花与煤柱试样表面紧密贴合，应变花设置位置是：在煤柱表面25mm、50mm、75mm高度处贴设应变花，用以对比分析不同的浸水高度对煤柱局部应变演化造成的影响。
6.根据权利要求1所述的水分纵向非均匀分布条件下煤柱变形破坏的试验方法，其特征在于：煤柱试件平稳放置在电液伺服试验机的平台上；调节试验机压头位置，使压头紧密贴合煤柱试件上端面；电液伺服试验机采用位移加载的控制，设置0.002mm/s的加载速度，然后开启电液伺服试验机，同时开启应变监测装置及声发射监测装置，对煤柱压缩破坏过程中的应变及声发射能量数、振铃数、定位点一系列数据信息进行监测记录。
7.根据权利要求1所述的水分纵向非均匀分布条件下煤柱变形破坏的试验方法，其特征在于：步骤（7）中，选取的煤柱上、中、下三个位置处的破碎小煤块10g，研磨成煤粉，过200目筛，分别进行XRD对不同部位煤体的矿物成分进行分析，进行液氮吸附试验对不同部位煤体的孔隙特征进行分析；
煤柱上、中、下三个位置分别为：①煤柱上部：75mm高度以上，②煤柱中部：50mm高度，③煤柱下部：25mm高度以下。
8.根据权利要求1所述的水分纵向非均匀分布条件下煤柱变形破坏的试验方法，其特征在于：制备干燥煤样的过程，包括：
1）选取完整性较好的煤块：尺寸大于200mm×200mm×200mm，采用岩石取芯机垂直于煤块层理方向密集取芯，并经过切割、打磨工艺加工成φ50mm×100mm标准煤柱试件；
2）应用非金属超声波监测仪对煤柱试件进行波速测定，选出煤柱纵波波速接近、表面完整密实的煤柱试件25个，均匀分成5组，以消除试验结果的离散性；
3）将五组煤柱试件分组进行编号，放入真空干燥箱中，将真空干燥箱温度设置成65℃，烘干24小时，确保煤柱试件完全干燥，然后采用电子天平对每个干燥煤柱进行称重并记录。
9.根据权利要求1所述的水分纵向非均匀分布条件下煤柱变形破坏的试验方法，其特征在于：所述不同浸水高度处理过程，包括：
1）采用五个φ200mm×150mm的浸水装置，分五组对煤柱的浸水情况进行模拟，分别为浸水0mm、浸水25mm、浸水50mm、浸水75mm、浸水100mm；
2）第一个浸水装置中不注入蒸馏水，直接将第一组五个煤柱试件放入有机玻璃桶内；
剩余四个浸水装置中分别倒入相同体积的蒸馏水；将第二组煤柱穿过上盖孔，使得煤柱下部浸入水中，调整煤柱穿进孔中的深度使得煤柱下部没入水中的深度为25mm，然后将限位垫圈套入煤柱，通过垫圈箍紧煤柱，并将煤柱上端稳固卡在上盖处；采取同样的方式，依次将第三组、第四组煤柱浸水深度调整为50mm、75mm；将第五组煤柱完全沉入蒸馏水中；
3）将装有煤柱的五个浸水装置放入恒温恒湿箱，设置温度20°，湿度5%，在试验过程中保持恒定，排除外界环境变化对实验结果带来的干扰；
整个浸泡过程都在恒温恒湿箱中开展，且恒温恒湿箱的温度和湿度保持一个稳定的数值，保证5组不同浸水高度的煤柱在整个试验过程中处在相同的环境中；当连续两次监测的煤柱质量变化小于0.01g时，完成煤柱的浸水试验。
10.根据权利要求1所述的水分纵向非均匀分布条件下煤柱变形破坏的试验方法，其特征在于：所述浸水煤柱的单轴压缩及数据监测处理过程，包括：
1）煤柱完成浸水处理后，逐次拿出煤柱，用湿毛巾擦除煤柱表面水珠，迅速用石蜡均匀涂抹煤柱表面，保证煤柱里水分不会在试验过程中流失；沿着煤柱轴向方向，平行于煤柱层理方向的煤柱表面，分别在距煤柱底面25mm、50mm、75mm高度处用氰基丙烯酸乙酯粘贴应变花；
2）按照上述步骤对每个煤柱依次进行处理，然后逐个开展单轴压缩试验；
3）将应变花及声发射传感器布置好的煤柱试件放置在电液伺服试验机平台上，调整试验机压头位置使其完全与煤柱试件端面贴平，启动电液伺服试验机，单轴压缩试验采用恒定位移的加载方式，通过应变监测装置对煤柱不同层位贴设的应变花数据进行监测记录，通过8通道声发射监测装置对煤柱压缩破坏过程中的声发射振铃数、能量数进行记录；启动电液伺服试验机，同步开启应变监测装置、声发射监测装置进行相应数据监测，保证多种数据在时间上的一致性；
4）局部应变信息用以分析煤柱不同位置处发生的应变情况，声发射振铃数、破裂点定位信息用来监测试件裂纹闭合、发育、扩展的特征，再结合应力-时间关系综合分析，得出不同浸水高度煤柱在单轴压缩破坏过程中非均匀损伤破坏规律。
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