一种碎胀系数的测量方法技术

本发明专利技术提供了一种岩石碎胀系数的测量方法，包括向一容器中注入液体，记录液位的高度h1；将一岩石浸没于所述容器的液体中，记录液位的高度h2，根据h1、h2及所述容器的横截面积，计算得到所述岩石的体积VS；将所述岩石自所述容器中取出、破碎成多个岩石碎块，将所述多个岩石碎块紧密地叠置于已排空液体的所述容器中，记录所述多个岩石碎块在所述容器中的高度h3，根据h3及所述容器的横截面积，计算得到所述多个岩石碎块的总体积VB；通过公式：碎胀系数k＝VB/VS计算得到所述岩石的碎胀系数。本发明专利技术的碎胀系数的测量方法，计算简单，操作方便，测量速度快，成本低，具有较大的实施价值和社会经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采矿业的安全控制技术，尤其涉及一种岩石碎胀系数的测量方法。
技术介绍
矿层开采后，直接顶板岩石垮落破碎，破碎以后的岩石体积将比整体状态下增大，这种性质称为岩石的碎胀性。岩石的碎胀性可用岩石破碎后处于松散状态下的体积与岩石破碎前处于整体状态下的体积之比来表示，该值称为碎胀系数。岩石破碎后的体积不易计算，而研究破碎岩石的碎胀与压实特性对分析开采沉陷、采空地表残余沉降以及采空区上覆岩层稳定性等规律有着重要的意义。因此，需要掌握破碎岩石的残余破碎系数的变化规律，以此来分析开采后覆盖岩的沉降量，以及开采稳定后的参与沉降量大小等。现有技术通常采用压力和碎胀系数之间的力学经验公式，通过测量顶板压力，反算获得碎胀系数。如经验公式σd表示每平方米所承受顶板压力(t/m2)、h表示煤层厚度(m)、τ碎胀系数、ρ顶板岩石重力密度(t/m3)、α煤层倾角(°)。化简可得通过测量获得σd，计算可得碎胀系数τ。现有技术中仅能基于经验公式计算得到碎胀系数，但由于不同矿区岩石成分各异，而且地层深度、含水率等多种客观条件也不尽相同，因此，现有技术算得的碎胀系数一般都与实际情况出入较大，后续进行沉降量计算时，依据上述方法得到的碎胀系数进行计算，偏差更大，这将直接危害矿区安全。吸水率是指石材在标准大气压力下吸水的能力，以石材所吸收的水分来量测，并以百分数表示之。吸水率是由其中空隙的数量和大小、颗粒相互排列的方式。吸水率愈大，则其工程性质就愈差。研究岩石的吸水率以及吸水状态下碎胀系数变化情况，同样具有非常重要的现实意义及应用价值。
技术实现思路
本专利技术的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种可准确测得碎胀系数的测量方法。提供一种岩石碎胀系数的测量方法，包括向一容器中注入液体，记录液位的高度h1；将一岩石浸没于所述容器的液体中，记录液位的高度h2，根据h1、h2及所述容器的横截面积，计算得到所述岩石的体积VS；将所述岩石自所述容器中取出、破碎成多个岩石碎块，将所述多个岩石碎块紧密地叠置于已排空液体的所述容器中，记录所述多个岩石碎块在所述容器中的高度h3，根据h3及所述容器的横截面积，计算得到所述多个岩石碎块的总体积VB；通过公式：碎胀系数k＝VB/VS计算得到所述岩石的碎胀系数。根据本专利技术的一实施方式，所述液体为水。根据本专利技术的另一实施方式，在所述容器上标示有刻度。根据本专利技术的另一实施方式，还包括向所述容器中的多个岩石碎块施加压力σi，在所述压力σi的作用下，所述多个岩石碎块在所述容器中的高度变为hi，根据hi及所述容器的横截面积，计算得到所述多个岩石碎块的总体积VBi；计算得到在压力σi作用下所述岩石的碎胀系数ki＝VBi/VS。根据本专利技术的另一实施方式，还包括通过测定不同压力σi值作用下的碎胀系数，绘制压力与碎胀系数的变化曲线。另一方面，本专利技术实施例提供一种岩石碎胀系数的测量方法，在相连通的第一容器和第二容器中进行测量，该方法包括：向所述第一容器和第二容器中注入液体，使液位高于所述第一容器和所述第二容器的连通处之上，记录所述第一容器和第二容器的液位高度K0的值；将一岩石放入所述第一容器的液体中，所述第一容器、第二容器的液位高度上升为K1，通过K0、K1及所述第一容器、第二容器的横截面积可计算出所述岩石的体积VS＝(K1-K0)×(S1+S2)，其中S1表示所述第一容器的横截面积，S2表示所述第二容器的横截面积；将所述岩石自所述第一容器中取出后破碎，形成多个岩石碎块，将所述多个岩石碎块重新放入所述第一容器的液体中，将一活塞设置于所述第一容器，保持所述第一容器、第二容器处于密封状态，给所述活塞施加一压力，使其沿所述第一容器下滑，随着所述活塞的下滑，所述第一容器内的液体通过所述连通处流入所述第二容器，直至所述活塞停止移动，记录所述第一容器的液位高度K2、第二容器的液位高度K3，可计算出在所述压力的作用下，多个岩石碎块的总体积VB1＝(K2×S1+K3×S2)－K0×(S1+S2)；根据k1＝VB1/VS计算出岩石的碎胀系数k1的数值。根据本专利技术的一实施方式，其中还包括通过测定不同压力值作用下的碎胀系数，绘制压力与碎胀系数的变化曲线。本专利技术的碎胀系数的测量方法，原理简洁明了，计算简单，操作方便，测量速度快，成本低，便于进行工程推广，结合工程实际，可有效降低成本，提高生产效率及安全性，为巷道支护及井下开采提供可靠的数据依据，具有较大的实施价值和社会经济效益。附图说明图1至图3为本专利技术一实施方式的岩石碎胀系数的测量方法的过程示意图；图4为本专利技术一实施方式的在一定压力作用下测量岩石碎胀系数的装置的结构示意图；图5为本专利技术一实施方式的岩石碎胀系数的测量方法测得的压力与碎胀系数的变化曲线。具体实施方式体现本专利技术特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本专利技术能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本专利技术的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本专利技术。如图1至3所示，本专利技术一实施方式的岩石碎胀系数的测量方法，包括，测量岩石10的体积VS；将岩石10破碎成多个岩石碎块11后，测量多个岩石碎块11的总体积VB，通过公式：碎胀系数k＝VB/VS计算得到岩石10的碎胀系数。具体地，VS、VB可通过如下方法测得：如图1、2所示，向容器20中注入液体30，记录液体30的液位高度h1。之后将岩石10浸没于容器20的液体30中，液体30的液位高度上升为h2，容器20的横截面积为S，由此可得岩石10的体积VS＝(h2-h1)S。本专利技术对用于碎胀系数测量方法的液体的种类没有限定，该液体优选为水。如图3所示，通过h1、h2及S获得岩石10的体积后，可将容器20中的液体排出，将岩石10自容器20中取出，破碎成多个岩石碎块11后，重新放入空的容器20中，并将多个岩石碎块11紧密地叠置于容器20中，尽量减小岩石碎块11之间的缝隙，如此多个岩石碎块11在容器20中堆叠的高度为h3，进而可得多个岩石碎块11的总体积VB＝h3×S。进一步地，还可通过向容器20中的多个岩石碎块11施加压力，测得不同应力σi下相应的碎胀系数ki。例如，向多个岩石碎块11施加压力σ1时(例如σ1＝1MPa)，由于受压力的作用，岩石碎块11之间的缝隙变小，多个岩石碎块11在容器20中的总高度降为hB1，此时多个岩石碎块11的总体积VB1＝hB1×S，进而根据碎胀系数k＝VB/VS计算得到，在σ1的作用下，岩石10的碎胀系数k1＝VB1/VS。同理，当向多个岩石碎块11施加压力σ2时，可测得相应的碎胀系数k2的值，如此通过不断变换压力的数值，可得到不同压力下的碎胀系数的值，并能绘制出压力与碎胀系数之间的变化曲线。图4所示为本专利技术一实施方式的用于在一定压力下测定岩石碎胀系数的装置，包括第一容器40、第二容器50、增压部件以及动力部件。其中，第一容器40与第二容器50相连通；增压部件设置于第一容器40；动力部件可驱动增压部件作用于第一容器40，以调整第一容器40和第二容器50内的气压。在本专利技术的一实施例中，增压部件可以是活塞41，可通过推动活塞41压缩第一容器40内气体体积的方式向第一容器40中的岩石碎块施压。在本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种岩石碎胀系数的测量方法，包括，向一容器中注入液体，记录液位的高度h1；将一岩石浸没于所述容器的液体中，记录液位的高度h2，根据h1、h2及所述容器的横截面积，计算得到所述岩石的体积VS；将所述岩石自所述容器中取出、破碎成多个岩石碎块，将所述多个岩石碎块紧密地叠置于已排空液体的所述容器中，记录所述多个岩石碎块在所述容器中的高度h3，根据h3及所述容器的横截面积，计算得到所述多个岩石碎块的总体积VB；通过公式：碎胀系数k＝VB/VS计算得到所述岩石的碎胀系数。

【技术特征摘要】
1.一种岩石碎胀系数的测量方法，包括，向一容器中注入液体，记录液位的高度h1；将一岩石浸没于所述容器的液体中，记录液位的高度h2，根据h1、h2及所述容器的横截面积，计算得到所述岩石的体积VS；将所述岩石自所述容器中取出、破碎成多个岩石碎块，将所述多个岩石碎块紧密地叠置于已排空液体的所述容器中，记录所述多个岩石碎块在所述容器中的高度h3，根据h3及所述容器的横截面积，计算得到所述多个岩石碎块的总体积VB；通过公式：碎胀系数k＝VB/VS计算得到所述岩石的碎胀系数。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体为水。3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述容器上标示有刻度。4.根据权利要求1所述的方法，其中还包括向所述容器中的多个岩石碎块施加压力σi，在所述压力σi的作用下，所述多个岩石碎块在所述容器中的高度变为hi，根据hi及所述容器的横截面积，计算得到所述多个岩石碎块的总体积VBi；计算得到在压力σi作用下所述岩石的碎胀系数ki＝VBi/VS。5.根据权利要求4所述的方法，其中还包括通过测定不同压力σi值作用下的碎胀系数，绘制压力与碎胀系数的变化曲线。6.一种岩石碎胀系数的测量方法，在相连通的第一容器和第二容器中进行测...

【专利技术属性】
技术研发人员：何满潮，马成荣，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11