CN114486563A - 一种采动区地面井剪切破坏模拟实验方法 - Google Patents

一种采动区地面井剪切破坏模拟实验方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114486563A
CN114486563A CN202210001058.2A CN202210001058A CN114486563A CN 114486563 A CN114486563 A CN 114486563A CN 202210001058 A CN202210001058 A CN 202210001058A CN 114486563 A CN114486563 A CN 114486563A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ground well
rock block
test piece
parts
pipeline
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210001058.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114486563B (zh
Inventor
邹全乐
刘莹
梁运培
王鑫
王智民
冉启灿
夏晓峰
孔繁杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing University
Original Assignee
Chongqing University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing University filed Critical Chongqing University
Priority to CN202210001058.2A priority Critical patent/CN114486563B/zh
Publication of CN114486563A publication Critical patent/CN114486563A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114486563B publication Critical patent/CN114486563B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/24—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady shearing forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G01N3/04—Chucks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G01N3/06—Special adaptations of indicating or recording means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G01N3/06—Special adaptations of indicating or recording means
    • G01N3/066—Special adaptations of indicating or recording means with electrical indicating or recording means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G01N3/06—Special adaptations of indicating or recording means
    • G01N3/068—Special adaptations of indicating or recording means with optical indicating or recording means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0001—Type of application of the stress
    • G01N2203/0003—Steady
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0025—Shearing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/0069—Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
    • G01N2203/0075—Strain-stress relations or elastic constants
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/025—Geometry of the test
    • G01N2203/0252—Monoaxial, i.e. the forces being applied along a single axis of the specimen
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/0617—Electrical or magnetic indicating, recording or sensing means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/0658—Indicating or recording means; Sensing means using acoustic or ultrasonic detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/067—Parameter measured for estimating the property
    • G01N2203/0676—Force, weight, load, energy, speed or acceleration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/067—Parameter measured for estimating the property
    • G01N2203/0682—Spatial dimension, e.g. length, area, angle

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种采动区地面井剪切破坏模拟实验方法，步骤为：1)制作上下岩块；2)上下岩块采用锯齿面咬合；3)在管道内粘贴若干应变片，将管道插入上下岩块整体的通孔；4)试件养护；5)试件通过变角剪切夹具安装MTS试验机上；6)在试件上安装声发射探头、内窥镜探头和电阻监测仪触点，并连接好监测设备；7)设置MTS试验机的加载路径，对试件加载；8)数据分析处理。本发明能精准定位不同采动条件下地面井剪切破坏位置，并表征地面井井壁破坏程度。根据现场不同的地质条件及时对实验条件进行调整，可针对不同开采阶段、空间位置调整应力加载路径，提高研究的针对性，且该方法可重复性强，能更好的保障实验结果的准确性。

Description

一种采动区地面井剪切破坏模拟实验方法
技术领域
本发明涉及矿山工程技术及煤矿安全生产领域，具体涉及一种采动区地面井剪切破坏模拟实验方法。
背景技术
采动卸压地面井瓦斯抽采技术在工程应用过程中往往会因为煤层的采动影响导致地面井的失稳破坏进而失效，因此探究地面井在煤层采动过程中的变形破坏过程对于该技术的应用十分重要。基于国内外学者的研究，采动区地面井的主要破坏形式包括剪切破坏、拉伸破坏和挤压破坏，其中以剪切破坏最为常见，但由于地面井施工现场条件较为复杂，难以通过实验室简单的力学试验来研究地面井在采动过程中的变形情况。目前针对地面井变形规律的研究大多利用数值模拟或者相似模拟试验，相似模拟试验条件虽然能够比较接近实际工程实际情况，但实验过程需要消耗大量的人力物力且试验过程干扰因素较多，导致实验结果往往不够理想。
因此，亟需研发一种能解决上述问题的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种采动区地面井剪切破坏模拟实验方法，以解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种采动区地面井剪切破坏模拟实验方法，包括以下步骤：
1)根据矿井地质条件及地面井所处位置，选取对应材料及相应配比，分别制作出岩块Ⅰ和岩块Ⅱ。其中，所述岩块Ⅰ的一侧和岩块Ⅱ的一侧均为锯齿面。
2)将所述岩块Ⅰ与岩块Ⅱ安装并通过锯齿面咬合，在岩块Ⅰ和岩块Ⅱ的整体上开设供地面井模拟管道安装的通孔，通孔的两端分别贯穿岩块Ⅰ和岩块Ⅱ。
3)在所述地面井模拟管道内壁上粘贴若干应变片，并将地面井模拟管道插入岩块Ⅰ和岩块Ⅱ整体上的通孔，在通孔与地面井模拟管道外壁之间注入水泥浆，完成试件的制作。其中，所述岩块Ⅰ和岩块Ⅱ的咬合面记为试件的剪切面，若干应变片均靠近试件的剪切面，地面井模拟管道的一端靠近岩块Ⅰ背离岩块Ⅱ的一侧，另一端靠近岩块Ⅱ背离岩块Ⅰ的一侧。
4)将所述试件放入养护箱中进行养护。
5)将变角剪切夹具安装MTS试验机上，并将所述试件安装在变角剪切夹具上。
6)将若干所述应变片与动态应变监测仪连接，声发射探头粘贴在试件的外壁上并靠近剪切面，声发射探头与声发射监测设备连接，将内窥镜的探头放入地面井模拟管道并靠近试件的剪切面，将电阻监测仪的两个触点分别连接到地面井模拟管道的两端。
7)设置所述MTS试验机的加载路径，对试件进行加载试验，声发射监测设备、动态应变监测仪、内窥镜和电阻监测仪进行数据采集。
8)对数据进行分析处理，得到实验结果。
进一步，在步骤1)中，所述岩块Ⅰ的材料按质量份包括：石英砂30份、石膏5份、碳酸钙10份、骨料10份和水15份。所述岩块Ⅱ的材料按质量份包括：石英砂10份、水泥粉15、石膏15份、碳酸钙15份、骨料5份和水15份。
所述原型和模型的物理量包括几何尺寸l、容重γ、时间t、弹性模量E和应力σ，p和m分别表示原型和模型的物理量，C表示相似常数，各物理量之间的相似比为：
Cl＝lP/lm＝100，Cγ＝γp/γm＝1.5，Ct＝tP/tm＝20，Cσ＝ClCγ＝σP/σm＝150,CE＝Cσ＝150。
进一步，所述地面井模拟管道由镁铝合金材料制成。
进一步，所述岩块Ⅰ背离岩块Ⅱ的一侧设置有水泥护环，地面井模拟管道的上端位于水泥护环内。
进一步，所述应变片的表面涂有隔热胶。
进一步，步骤7)对所述试件进行加载时，施压类型包括加载型、卸载型和稳定型，加载路径为加载型、卸载型和稳定型中的至少一种。
所述加载型为逐渐增大对试件的荷载，卸载型为逐渐减小对试件的荷载，稳定型为对试件的荷载恒定不变，施压类型根据矿井实际的开采阶段以及空间位置进行确定。
进一步，步骤8)中，利用所述动态应变监测仪测得的应变数据计算出地面井模拟管道靠近试件剪切面位置的轴向变形和环向变形，结合试验机加载应力数据，画出对应位置的应力-应变曲线，根据声发射监测设备测得的数据推算采动过程中地面井发生破坏时间，利用声发射定位系统定位各个时段地面井发生损伤破坏的位置，根据电阻监测仪记录的地面井模拟管道电阻，利用电阻计算公式和内窥镜的视图，计算出地面井模拟管道在剪切面处的有效截面。
进一步，实验过程中，采用摄像机进行全程拍摄。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，由于现场采动区地面井受力极其复杂，其剪切破坏难以研究，而实验室缺乏有效实验手段，本发明实验方法能够较好的针对地面井高危位置的破坏情况进行研究，精准定位不同采动条件下地面井剪切破坏位置，并表征地面井井壁破坏程度。此外，该实验方法能根据现场不同的地质条件及时对实验条件进行调整，可以针对不同开采阶段、空间位置调整应力加载路径，使得在研究过程中更有针对性，并且该方法可重复性强，能更好的保障实验结果的准确性。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为变角剪切夹具的示意图；
图3为模拟试验系统示意图；
图4为试件的示意图；
图5为试件受载情况示意图。
图中：MTS试验机1、摄像机2、声发射监测设备3、动态应变监测仪4、内窥镜7、电阻监测仪8、变角剪切夹具9、岩块Ⅰ10、岩块Ⅱ11、地面井模拟管道12、水泥护环13、滑板14和垫板15。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
参见图1，本实施例公开了一种采动区地面井剪切破坏模拟实验方法，包括以下步骤：
1)根据矿井地质条件及地面井所处位置，选取对应材料及相应配比，分别制作出岩块Ⅰ10和岩块Ⅱ11。其中，所述岩块Ⅰ10的一侧和岩块Ⅱ11的一侧均为锯齿面，所述岩块Ⅰ10的材料按质量份包括：石英砂30份、石膏5份、碳酸钙10份、骨料10份和水15份。所述岩块Ⅱ11的材料按质量份包括：石英砂10份、水泥粉15、石膏15份、碳酸钙15份、骨料5份和水15份。所述原型和模型的物理量包括几何尺寸l、容重γ、时间t、弹性模量E和应力σ，p和m分别表示原型和模型的物理量，C表示相似常数，各物理量之间的相似比为：Cl＝lP/lm＝100，Cγ＝γp/γm＝1.5，Ct＝tP/tm＝20，Cσ＝ClCγ＝σP/σm＝150,CE＝Cσ＝150。
2)参见图4，将所述岩块Ⅰ10与岩块Ⅱ11安装并通过锯齿面咬合，用以模拟岩层移动时的摩擦阻力，在岩块Ⅰ10和岩块Ⅱ11的整体上开设供地面井模拟管道12安装的通孔，通孔的两端分别贯穿岩块Ⅰ10和岩块Ⅱ11。所述地面井模拟管道12由镁铝合金材料制成。
3)在所述地面井模拟管道12内壁上粘贴多个应变片，并将地面井模拟管道12插入岩块Ⅰ10和岩块Ⅱ11整体上的通孔，在通孔与地面井模拟管道12外壁之间注入水泥浆，完成试件的制作。其中，所述岩块Ⅰ10和岩块Ⅱ11的咬合面记为试件的剪切面，多个应变片均靠近试件的剪切面，应变片的表面涂有隔热胶，以防止在水泥养护过程应变片因高温失效，地面井模拟管道12的一端靠近岩块Ⅰ10背离岩块Ⅱ11的一侧，另一端靠近岩块Ⅱ11背离岩块Ⅰ10的一侧。所述岩块Ⅰ10背离岩块Ⅱ11的一侧设置有水泥护环13，地面井模拟管道12的上端位于水泥护环13内。所述岩块Ⅰ10背离岩块Ⅱ11的一侧开设有线槽，线槽的一端与地面井模拟管道12连通，后续的内窥镜7的探头沿线槽伸入地面井模拟管道12内部。
4)将所述试件放入养护箱中进行养护。
5)将变角剪切夹具9安装MTS试验机1上，并将所述试件安装在变角剪切夹具9上。所述MTS试验机1为单轴的MTS试验机，参见图2，变角剪切夹具9包括上夹块和下夹块，上夹块的顶部安装可滑动的滑板14，滑板14上安装垫板15，垫板15与MTS试验机1的输出轴接触，下夹块的下表面安装在MTS试验机1的试验平台上，试件受载时，滑板14可减小变角剪切夹具9端部与试验机承压极间的摩擦力，减小加载过程中端部效应的影响。参见图5，所述岩块Ⅰ10夹固在上夹块上，岩块Ⅱ11夹固在下夹块上。
6)参见图3，将多个所述应变片与动态应变监测仪4连接，声发射探头粘贴在试件的外壁上并靠近剪切面，声发射探头与声发射监测设备3连接，将内窥镜7的探头放入地面井模拟管道12并靠近试件的剪切面，将电阻监测仪8的两个触点分别连接到地面井模拟管道12的两端。
7)设置所述MTS试验机1的加载路径，对试件进行竖向加载，通过调节变角剪切夹具9的角度和载荷来调节地面井模拟管道12在剪切面所受的剪切力大小，声发射监测设备3、动态应变监测仪4、内窥镜7和电阻监测仪8进行数据采集，采用摄像机2进行全程拍摄。其中，对所述试件进行加载时，施压类型包括加载型、卸载型和稳定型，加载路径为加载型、卸载型和稳定型中的至少一种，如先采用加载型再采用稳定型。所述加载型为逐渐增大对试件的荷载，卸载型为逐渐减小对试件的荷载，稳定型为对试件的荷载恒定不变，施压类型根据矿井实际的开采阶段以及空间位置进行确定。所述声发射监测设备3监测试件岩层和管道的破裂情况，动态应变监测仪4实时监测管道剪切面位置的微小变形情况，试验机加载应力值反映监测剪切面的应力变化，内窥镜7实时监测管道剪切面附近的变形情况，电阻监测仪8监测管道电阻变化情况。在本实施例中，模拟采煤工作从地面井远处向地面井位置推进，然后经过地面井所处位置下方，最后在逐渐远离地面井位置的应力加载路径，所述MTS试验机1先保持10MPa左右的稳定荷载，再不断进行加载，加载速度控制在400N/s左右，到达设定的峰值200MPa左右时开始卸载，卸载速度控制也在400N/s左右，最后稳定载荷到10MPa左右，实验过程中任何时间试件发生破坏都中止实验。
8)对数据进行分析处理，得到实验结果。具体的，利用所述动态应变监测仪4测得的应变数据计算出地面井模拟管道12靠近试件剪切面位置的轴向变形和环向变形，结合试验机加载应力数据，画出对应位置的应力-应变曲线，根据声发射监测设备3测得的数据推算采动过程中地面井发生破坏时间，利用声发射定位系统定位各个时段地面井发生损伤破坏的位置，以此得到地面井破坏的高危位置，根据电阻监测仪8记录的地面井模拟管道12电阻，利用电阻计算公式和内窥镜7的视图，计算出地面井模拟管道12在剪切面处的有效截面。具体的，所述地面井模拟管道12在剪切面处的有效截面采用如下方法计算：
试验结束后，根据所述电阻监测仪8测的此时的电阻和电阻计算公式(1)，计算出此时剪切面处截面的周长L，再根据内窥镜7视图中管道剪切面的形状，利用CAD软件根据实际长度描出剪切面图形并计算有效截面积。
R＝ρ·L/S (1)
ρ——制成电阻的材料电阻率，(Ω·m)；
L——电阻的导长度，(m)；
S——电阻的横截面积，(m2)；
R——电阻值，(Ω)。
利用声发射定位系统定位各个时段地面井发生损伤破坏位置时，定位原理如下：
将所述试件定义在一个三维坐标系内，并在试件上布置四个传感器，假设第一传感器的位置是(x1，y1，z1)，第二传感器的位置是(x2，y2，z2)，第三传感器的位置是(x3，y3，z3)，第四传感器的位置是(x4，y4，z4)，要求4个传感器不再同一个面上，信号源到传感器的距离分别是s1、s2、s3、s4。信号源到达传感器的到达时间分别是t1、t2、t3、t4。
根据速度*时间差等于距离差的原理得到以下等式：
s1-s2＝(t1-t2)*v (2)
s1-s3＝(t1-t3)*v (3)
s1-s4＝(t1-t4)*v (4)
s1＝sqrt((x-x1)*(x-x1)+(y-y1)*(y-y1)+(z-z1)*(z-z1)) (5)
s2＝sqrt((x-x2)*(x-x2)+(y-y2)*(y-y2)+(z-z2)*(z-z2)) (6)
s3＝sqrt((x-x3)*(x-x3)+(y-y3)*(y-y3)+(z-z3)*(z-z3)) (7)
s4＝sqrt((x-x4)*(x-x4)+(y-y4)*(y-y4)+(z-z4)*(z-z4)) (8)
值得说明的是，本实施例所述实验方法在实验过程中充分考虑围岩对水泥护环和地面井管道的影响，同时对于各种复杂的地质条件均能实现真实可靠的实验模拟，针对性强、可重复性强，对于实验结果的准确性更有保障。此外，所述实验方法可从多个方面对地面井的变形破坏情况进行监测包括应力、应变、声发射情况、管道的截面形状、管道的电阻值等，更加全面的反映地面井管道在井下的失稳过程，可适用于复杂煤层赋存条件下地面井变形失稳的研究。
实施例2：
本实施例公开了一种采动区地面井剪切破坏模拟实验方法，包括以下步骤：
1)根据矿井地质条件及地面井所处位置，选取对应材料及相应配比，分别制作出岩块Ⅰ10和岩块Ⅱ11。其中，所述岩块Ⅰ10的一侧和岩块Ⅱ11的一侧均为锯齿面。
2)将所述岩块Ⅰ10与岩块Ⅱ11安装并通过锯齿面咬合，在岩块Ⅰ10和岩块Ⅱ11的整体上开设供地面井模拟管道12安装的通孔，通孔的两端分别贯穿岩块Ⅰ10和岩块Ⅱ11。
3)在所述地面井模拟管道12内壁上粘贴多个应变片，并将地面井模拟管道12插入岩块Ⅰ10和岩块Ⅱ11整体上的通孔，在通孔与地面井模拟管道12外壁之间注入水泥浆，完成试件的制作。其中，所述岩块Ⅰ10和岩块Ⅱ11的咬合面记为试件的剪切面，多个应变片均靠近试件的剪切面，地面井模拟管道12的一端靠近岩块Ⅰ10背离岩块Ⅱ11的一侧，另一端靠近岩块Ⅱ11背离岩块Ⅰ10的一侧。
4)将所述试件放入养护箱中进行养护。
5)将变角剪切夹具9安装MTS试验机1上，并将所述试件安装在变角剪切夹具9上。
6)将多个所述应变片与动态应变监测仪4连接，声发射探头粘贴在试件的外壁上并靠近剪切面，声发射探头与声发射监测设备3连接，将内窥镜7的探头放入地面井模拟管道12并靠近试件的剪切面，将电阻监测仪8的两个触点分别连接到地面井模拟管道12的两端。
7)设置所述MTS试验机1的加载路径，对试件进行加载试验，声发射监测设备3、动态应变监测仪4、内窥镜7和电阻监测仪8进行数据采集。
8)对数据进行分析处理，得到实验结果。
实施例3：
本实施例主要步骤同实施例2，进一步，步骤1)中所述岩块Ⅰ10的材料按质量份包括：石英砂30份、石膏5份、碳酸钙10份、骨料10份和水15份。所述岩块Ⅱ11的材料按质量份包括：石英砂10份、水泥粉15、石膏15份、碳酸钙15份、骨料5份和水15份。
所述原型和模型的物理量包括几何尺寸l、容重γ、时间t、弹性模量E和应力σ，p和m分别表示原型和模型的物理量，C表示相似常数，各物理量之间的相似比为：
Cl＝lP/lm＝100，Cγ＝γp/γm＝1.5，Ct＝tP/tm＝20，Cσ＝ClCγ＝σP/σm＝150,CE＝Cσ＝150。
实施例4：
本实施例主要步骤同实施例2，进一步，所述地面井模拟管道12由镁铝合金材料制成。
实施例5：
本实施例主要步骤同实施例2，进一步，所述岩块Ⅰ10背离岩块Ⅱ11的一侧设置有水泥护环13，地面井模拟管道12的上端位于水泥护环13内。
实施例6：
本实施例主要步骤同实施例2，进一步，所述应变片的表面涂有隔热胶。
实施例7：
本实施例主要步骤同实施例2，进一步，步骤7)对所述试件进行加载时，施压类型包括加载型、卸载型和稳定型，加载路径为加载型、卸载型和稳定型中的至少一种，当加载路径为加载型、卸载型和稳定型中的两种或三种时，根据试验要求调整各种施压类型的先后顺序。
所述加载型为逐渐增大对试件的荷载，卸载型为逐渐减小对试件的荷载，稳定型为对试件的荷载恒定不变，施压类型根据矿井实际的开采阶段以及空间位置进行确定。
实施例8：
本实施例主要步骤同实施例2，进一步，步骤8)中，利用所述动态应变监测仪4测得的应变数据计算出地面井模拟管道12靠近试件剪切面位置的轴向变形和环向变形，结合试验机加载应力数据，画出对应位置的应力-应变曲线，根据声发射监测设备3测得的数据推算采动过程中地面井发生破坏时间，利用声发射定位系统定位各个时段地面井发生损伤破坏的位置，以此得到地面井破坏的高危位置，根据电阻监测仪8记录的地面井模拟管道12电阻，利用电阻计算公式和内窥镜7的视图，计算出地面井模拟管道12在剪切面处的有效截面。
实施例9：
本实施例主要步骤同实施例2，进一步，实验过程中，采用摄像机2进行全程拍摄。

Claims (8)

1.一种采动区地面井剪切破坏模拟实验方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)根据矿井地质条件及地面井所处位置，选取对应材料及相应配比，分别制作出所述岩块Ⅰ(10)和岩块Ⅱ(11)；其中，所述岩块Ⅰ(10)的一侧和岩块Ⅱ(11)的一侧均为锯齿面；
2)将所述岩块Ⅰ(10)与岩块Ⅱ(11)安装并通过锯齿面咬合，在岩块Ⅰ(10)和岩块Ⅱ(11)的整体上开设供地面井模拟管道(12)安装的通孔，通孔的两端分别贯穿岩块Ⅰ(10)和岩块Ⅱ(11)；
3)在所述地面井模拟管道(12)内壁上粘贴若干应变片，并将地面井模拟管道(12)插入岩块Ⅰ(10)和岩块Ⅱ(11)整体上的通孔，在通孔与地面井模拟管道(12)外壁之间注入水泥浆，完成试件的制作；其中，所述岩块Ⅰ(10)和岩块Ⅱ(11)的咬合面记为试件的剪切面，若干应变片均靠近试件的剪切面，地面井模拟管道(12)的一端靠近岩块Ⅰ(10)背离岩块Ⅱ(11)的一侧，另一端靠近岩块Ⅱ(11)背离岩块Ⅰ(10)的一侧；
4)将所述试件放入养护箱中进行养护；
5)将变角剪切夹具(9)安装MTS试验机(1)上，并将所述试件安装在变角剪切夹具(9)上；
6)将若干所述应变片与动态应变监测仪(4)连接，声发射探头粘贴在试件的外壁上并靠近剪切面，声发射探头与声发射监测设备(3)连接，将内窥镜(7)的探头放入地面井模拟管道(12)并靠近试件的剪切面，将电阻监测仪(8)的两个触点分别连接到地面井模拟管道(12)的两端；
7)设置所述MTS试验机(1)的加载路径，对试件进行加载试验，声发射监测设备(3)、动态应变监测仪(4)、内窥镜(7)和电阻监测仪(8)进行数据采集；
8)对数据进行分析处理，得到实验结果。
2.根据权利要求1所述的一种采动区地面井剪切破坏模拟实验方法，其特征在于：在步骤1)中，所述岩块Ⅰ(10)的材料按质量份包括：石英砂30份、石膏5份、碳酸钙10份、骨料10份和水15份；所述岩块Ⅱ(11)的材料按质量份包括：石英砂10份、水泥粉15、石膏15份、碳酸钙15份、骨料5份和水15份；
所述原型和模型的物理量包括几何尺寸l、容重γ、时间t、弹性模量E和应力σ，p和m分别表示原型和模型的物理量，C表示相似常数，各物理量之间的相似比为：
Cl＝lP/lm＝100，Cγ＝γp/γm＝1.5，Ct＝tP/tm＝20，Cσ＝ClCγ＝σP/σm＝150，CE＝Cσ＝150。
3.根据权利要求1所述的一种采动区地面井剪切破坏模拟实验方法，其特征在于：所述地面井模拟管道(12)由镁铝合金材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种采动区地面井剪切破坏模拟实验方法，其特征在于：所述岩块Ⅰ(10)背离岩块Ⅱ(11)的一侧设置有水泥护环(13)，地面井模拟管道(12)的上端位于水泥护环(13)内。
5.根据权利要求1所述的一种采动区地面井剪切破坏模拟实验方法，其特征在于：所述应变片的表面涂有隔热胶。
6.根据权利要求1所述的一种采动区地面井剪切破坏模拟实验方法，其特征在于：步骤7)对所述试件进行加载时，施压类型包括加载型、卸载型和稳定型，加载路径为加载型、卸载型和稳定型中的至少一种；
所述加载型为逐渐增大对试件的荷载，卸载型为逐渐减小对试件的荷载，稳定型为对试件的荷载恒定不变，施压类型根据矿井实际的开采阶段以及空间位置进行确定。
7.根据权利要求1所述的一种采动区地面井剪切破坏模拟实验方法，其特征在于：步骤8)中，利用所述动态应变监测仪(4)测得的应变数据计算出地面井模拟管道(12)靠近试件剪切面位置的轴向变形和环向变形，结合试验机加载应力数据，画出对应位置的应力-应变曲线，根据声发射监测设备(3)测得的数据推算采动过程中地面井发生破坏时间，利用声发射定位系统定位各个时段地面井发生损伤破坏的位置，根据电阻监测仪(8)记录的地面井模拟管道(12)电阻，利用电阻计算公式和内窥镜(7)的视图，计算出地面井模拟管道(12)在剪切面处的有效截面。
8.根据权利要求1所述的一种采动区地面井剪切破坏模拟实验方法，其特征在于：实验过程中，采用摄像机(2)进行全程拍摄。
CN202210001058.2A 2022-01-04 2022-01-04 一种采动区地面井剪切破坏模拟实验方法 Active CN114486563B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210001058.2A CN114486563B (zh) 2022-01-04 2022-01-04 一种采动区地面井剪切破坏模拟实验方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210001058.2A CN114486563B (zh) 2022-01-04 2022-01-04 一种采动区地面井剪切破坏模拟实验方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114486563A true CN114486563A (zh) 2022-05-13
CN114486563B CN114486563B (zh) 2023-08-22

Family

ID=81509724

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210001058.2A Active CN114486563B (zh) 2022-01-04 2022-01-04 一种采动区地面井剪切破坏模拟实验方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114486563B (zh)

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9516618D0 (en) * 1994-08-31 1995-10-18 Schlumberger Ltd Methods of predicting mechanical failure in undergound formations
CN102253179A (zh) * 2011-04-22 2011-11-23 西安科技大学 煤矿采场固-液-气三相介质耦合作用模拟实验装置
CN103412112A (zh) * 2013-08-21 2013-11-27 中国矿业大学(北京) 一种用于模拟钻爆法施工诱发临近巷道围岩破坏的实验方法
CN104237024A (zh) * 2014-10-10 2014-12-24 山东科技大学 一种矿井工作面底板采动破坏模拟试验方法
CN104237025A (zh) * 2014-10-10 2014-12-24 山东科技大学 一种封闭钻孔采动破坏模拟试验方法
CN104266913A (zh) * 2014-10-10 2015-01-07 山东科技大学 一种矿井工作面底板采动破坏模拟试验装置
EP2839113A1 (en) * 2012-04-17 2015-02-25 Services Pétroliers Schlumberger Determining a limit of failure in a wellbore wall
CA2861774A1 (en) * 2013-09-30 2015-03-30 1464684 Alberta Limited O/A Integrity Insitu In-situ rock testing tool
CN105301181A (zh) * 2015-07-08 2016-02-03 中国石油大学(华东) 一种爆生气体破岩实验装置及方法
AU2019101006A4 (en) * 2019-09-04 2019-10-10 The University Of Adelaide Snap-Back Indirect Tensile Test
US20190331570A1 (en) * 2018-04-28 2019-10-31 Sichuan University Rock Mechanics Response Test System for Simulated Complex Deep Earth Environment
CN111798729A (zh) * 2020-06-16 2020-10-20 重庆大学 一种采动地面井失稳相似模拟方法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9516618D0 (en) * 1994-08-31 1995-10-18 Schlumberger Ltd Methods of predicting mechanical failure in undergound formations
CN102253179A (zh) * 2011-04-22 2011-11-23 西安科技大学 煤矿采场固-液-气三相介质耦合作用模拟实验装置
EP2839113A1 (en) * 2012-04-17 2015-02-25 Services Pétroliers Schlumberger Determining a limit of failure in a wellbore wall
CN103412112A (zh) * 2013-08-21 2013-11-27 中国矿业大学(北京) 一种用于模拟钻爆法施工诱发临近巷道围岩破坏的实验方法
US20150136388A1 (en) * 2013-09-30 2015-05-21 1464684 Alberta Limited O/A Integrity Insitu In-situ rock testing tool
CA2861774A1 (en) * 2013-09-30 2015-03-30 1464684 Alberta Limited O/A Integrity Insitu In-situ rock testing tool
CN104237024A (zh) * 2014-10-10 2014-12-24 山东科技大学 一种矿井工作面底板采动破坏模拟试验方法
CN104266913A (zh) * 2014-10-10 2015-01-07 山东科技大学 一种矿井工作面底板采动破坏模拟试验装置
CN104237025A (zh) * 2014-10-10 2014-12-24 山东科技大学 一种封闭钻孔采动破坏模拟试验方法
CN105301181A (zh) * 2015-07-08 2016-02-03 中国石油大学(华东) 一种爆生气体破岩实验装置及方法
US20190331570A1 (en) * 2018-04-28 2019-10-31 Sichuan University Rock Mechanics Response Test System for Simulated Complex Deep Earth Environment
AU2019101006A4 (en) * 2019-09-04 2019-10-10 The University Of Adelaide Snap-Back Indirect Tensile Test
CN111798729A (zh) * 2020-06-16 2020-10-20 重庆大学 一种采动地面井失稳相似模拟方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114486563B (zh) 2023-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107807051B (zh) 模拟三维加载条件下爆破开挖卸荷的试验装置及试验方法
CN107796646B (zh) 模拟深埋隧洞爆破开挖卸荷的试验装置及试验方法
CN107630711B (zh) 一种巷道围岩应力和位移的监测装置及方法
Gao et al. Numerical investigation of the scale effect and anisotropy in the strength and deformability of coal
CN106771096A (zh) 一种固井水泥环封隔能力动态测试装置及实验方法
Hunt et al. Modelling the Kaiser effect and deformation rate analysis in sandstone using the discrete element method
CN108413928A (zh) 一种土体分层沉降量监测系统
CN106638725A (zh) 一种管桩挤土效应测试装置及方法
CN205808308U (zh) 一种快速检测隧道围岩内部位移的装置
CN108571313B (zh) 一种井下套管形变模拟装置及方法
CN109056848B (zh) 一种全长锚固锚杆拉拔试验装置及试验方法
CN104749036B (zh) 原位岩体力学试验系统及方法
CN103278384A (zh) 一种煤矿巷道煤岩体锚固性能测试装置及测量方法
CN109296352B (zh) 一种实况下完井管柱振动变形的实验装置和实验方法
CN111781069A (zh) 囊压测试方法与测试装置
CN116242973A (zh) 二氧化碳地质封存诱发断层失稳评价的实验装置及方法
CN108344640A (zh) 一种模拟环形隧道胎式衬砌支护结构受力的装置及方法
CN114486563A (zh) 一种采动区地面井剪切破坏模拟实验方法
CN108612526B (zh) 一种钻孔原位测试触探加载装置及使用方法
CN207937274U (zh) 一种测试不规则岩体试样变形参数的装置
CN108645582B (zh) 一种浅海钻井高产气井生产管柱振动变形实验装置和方法
CN108613652A (zh) 锚杆测试中模拟岩面不平整度的试验装置及方法
CN205484212U (zh) 一种围岩损伤时间效应测试结构
CN115585922A (zh) 一种钻孔式多点多向煤岩体应力计及煤岩体应力监测方法
CN113008514B (zh) 一种采空区突水和注浆治理综合试验装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant