破碎煤体抗压强度测试方法及在围岩分类中的应用

来源 :煤炭科学研究总院 | 被引量 : 6次 | 上传用户:nolva
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煤的单轴抗压强度是围岩分类的重要指标之一。准确的煤单轴抗压强度测试结果是进行煤体分类、强度分级,进而分析评价煤巷稳定性的必要基础。目前关于煤体强度的研究主要集中在完整煤样测试,破碎煤层抗压强度测试方法研究较少。本文为获得破碎煤体抗压强度,采用现场实测、实验室试验与概率统计相结合的方法,得到预测破碎煤体单轴抗压强度表达式,并在此基础上汇总847组单轴抗压强度数据,分析其分布规律特征与煤体强度分级,针对具体煤巷提出单轴抗压强度值在煤岩体分类中所占权值的建议。主要研究内容与结论如下:(1)实验室相似模拟低强度煤体单轴抗压强度与临界载荷的拟合结果与之前10MPa以上测试结果的有显著差异,故对于低强度煤体两者的对应关系不能直接沿用之前的关系式。采用现场实测对直径为6 mm,8 mm,10 mm的探针进行破碎煤体适用性分析,随着探针直径的增大,数据离散性越来越小,确定10 mm探针测试有效率为79%,解决了之前在破碎煤体强度测试中跃进不明显的问题。通过改进动力源类型,进一步提高钻孔触探法在破碎煤体原位强度测试过程中的可靠性。(2)基于回归分析钻孔触探法临界载荷(Pc)与点载荷强度指数(Is50)关系,提出破碎煤体单轴抗压强度测试方法:(1)通过钻孔触探法原位强度测试过程及油压监测曲线,确定破碎煤体跃进点处临界载荷,采用点载荷仪对不规则的破碎煤块进行实验室点载荷强度测试,建立点载荷强度指数与临界载荷数学模型并对其进行显著性检验,确定回归预测模型表达式为:y=0.066 x-0.002。(2)基于上述模型,参考合适的UCS与Is50关系式,再根据破碎煤体的点载荷强度指数分布范围为0.030.92 MPa,进一步选取与Is50分布范围接近的公式,确定破碎煤体单轴抗压强度预测公式为:UCS=0.807 Pc+1.726。(3)通过对新元矿现场测试获得巷帮破碎区煤体的单轴抗压强度处于2.974.53 MPa,为现场煤矿巷道围岩支护提供可靠依据。(3)采用SPSS对破碎和标准试样煤的单轴抗压强度数据统计分析,获得其分布规律,847组单轴抗压强度值呈正态分布。煤体单轴抗压强度平均值为15.48 MPa,极小值为1.37 MPa,极大值为55.48 MPa,标准差为8.93 MPa。通过K-means聚类分析判断出聚类效果显著的5个类别中心,确定煤体单轴抗压强度分级,将煤体强度分为五级:Ⅰ(110 MPa)、Ⅱ(1015 MPa)、Ⅲ(1525MPa)、Ⅳ(2540 MPa)、Ⅴ(4060 MPa)。钻孔触探法相比单轴压缩试验能实现不同完整程度的煤体强度测试,相比点载荷试验,此方法无需试样属于原位测试,且结果符合实际工程状态。通过对阳泉矿区具体煤巷原位强度测试,得出破碎区煤层单轴抗压强度所占分值为:615分,同时为UCS在煤岩体分类中所占权值提供建议。
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