低強(qiáng)度相似材料正交配比試驗(yàn)研究的方案設(shè)計(jì)

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(kāi)采相似材料二維加載模擬試驗(yàn)提供了重要的理論依據(jù)，以及提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性、縮短相似模擬試驗(yàn)時(shí)間。以米籮煤礦110302工作面的現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件為原型，采用正交配比試驗(yàn)的方法，設(shè)計(jì)了低強(qiáng)度正交配比試驗(yàn)研究的方案，為合理準(zhǔn)確的選取相似材料提供了充分的科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：“三軟”煤層;低強(qiáng)度;相似材料;正交配比試驗(yàn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.058

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)104o? 56′49″～105o? 01′50″;北緯26o? 23′29″～26o? 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(kāi)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(kāi)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)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：SHM-200型雙端面磨石機(jī)、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);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：YAW-2000D型四立柱壓力機(jī)、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)，主要設(shè)備如圖1～圖4所示。

3 正交配比試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

3.1 相似材料選擇

米籮煤礦煤巖層強(qiáng)度比較軟弱，巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度約為10～130kPa，本次正交配比試驗(yàn)選擇優(yōu)質(zhì)河沙、碳酸鈣、石膏為相似材料，考慮影響相似材料強(qiáng)度的因素主要包括砂膠比、膠結(jié)物比及相似材料容重，試驗(yàn)依據(jù)三因素四水平正交表進(jìn)行設(shè)計(jì)，見(jiàn)下表1所示。

3.2 正交配比試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

為分析相似材料強(qiáng)度與膠結(jié)物比例之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)了方案1、2、3、4;為分析相似材料強(qiáng)度與砂膠比之間關(guān)系，設(shè)計(jì)了方案 1、5、6、7 和方案4、8、9、10;為分析相似材料強(qiáng)度與容重之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)了方案2、11和方案8、12。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)12組配比方案，見(jiàn)表2所示。

3.3 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(guò)固定螺栓可拆卸成兩半，也可以通過(guò)底座螺栓把圓柱鋼筒和底座拆卸開(kāi)。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(kāi)，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。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[2]李寶富，任永康，齊利偉等.煤巖體的低強(qiáng)度相似材料正交配比試驗(yàn)研究[J].煤炭工程，2011，26（04）：93-95.

[3]劉海亮，王海龍，劉江波等.低強(qiáng)度相似材料正交配比試驗(yàn)[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，33（02）：189-192.