管育春 謝小平 宋義華 張權坤

摘 要：針對“三軟”煤層低強度煤巖體的相似材料配比的準確選取，為貴州省六盤水礦區(qū)“三軟”煤層開采相似材料二維加載模擬試驗提供了重要的理論依據，以及提高試驗的準確性、縮短相似模擬試驗時間。以米籮煤礦110302工作面的現(xiàn)場地質條件為原型，采用正交配比試驗的方法，設計了低強度正交配比試驗研究的方案，為合理準確的選取相似材料提供了充分的科學依據。

關鍵詞：“三軟”煤層;低強度;相似材料;正交配比試驗

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)，礦井地理坐標為：東經104o? 56′49″～105o? 01′50″;北緯26o? 23′29″～26o? 26′06″。米籮礦井井田范圍內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、頁巖、泥巖及煤層組合，煤層間的頂、底板多為軟質巖構成，穩(wěn)定性較差，單層煤開采形成采空區(qū)后，引發(fā)直接頂板崩頂、冒落的可能性較大，對煤層開采造成的不利影響較大。主采1號煤層和3號煤層的110302（里段）工作面，淺灰色泥質砂巖為直接底，厚0.3～1.1m，遇水軟化;灰色細砂巖為老底;泥質粉砂巖為直接頂;灰色中細砂巖為基本頂。

2 正交配比試驗儀器

六盤水師范學院礦業(yè)與土木工程學院躬行樓實驗樓采礦工程實驗室擁有煤巖及混凝土試樣加工儀器設備：SHM-200型雙端面磨石機、YT-20型液壓多功能脫模器、巖石自動取芯機、巖石自動切割機;巖石物理力學測試及二維相似材料模擬的儀器設備：YAW-2000D型四立柱壓力機、SAJS-2000型微機控制電液伺服巖石三軸直剪試驗機及相似材料二維加載模擬試驗臺、LYYS-500KN型電腦控制電液伺服巖石拉力試驗機，主要設備如圖1～圖4所示。

3 正交配比試驗方案設計

3.1 相似材料選擇

米籮煤礦煤巖層強度比較軟弱，巖石單軸飽和抗壓強度約為10～130kPa，本次正交配比試驗選擇優(yōu)質河沙、碳酸鈣、石膏為相似材料，考慮影響相似材料強度的因素主要包括砂膠比、膠結物比及相似材料容重，試驗依據三因素四水平正交表進行設計，見下表1所示。

3.2 正交配比試驗方案設計

為分析相似材料強度與膠結物比例之間的關系，設計了方案1、2、3、4;為分析相似材料強度與砂膠比之間關系，設計了方案 1、5、6、7 和方案4、8、9、10;為分析相似材料強度與容重之間的關系，設計了方案2、11和方案8、12。正交試驗設計12組配比方案，見表2所示。

3.3 試件制作

實驗室使用Ф50mm×100mm的圓柱鋼筒模具，制作試件尺寸為Ф50mm×100mm，圓柱鋼筒通過固定螺栓可拆卸成兩半，也可以通過底座螺栓把圓柱鋼筒和底座拆卸開。制作試件的時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，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)質河沙、普通石膏粉及碳酸鈣粉，將相似材料按設計配比的骨料和膠結相似材料先用攪拌機攪拌均勻，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均勻，干燥1～2天后脫模取出試件，進而干燥養(yǎng)護3～5天即可制成標準試件，每個配比號制作3個試件，共36個，分12組進行物理力學性質參數測試。

參考文獻：

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