T∕GRM 008-2020 采动应力场演化规律试验方法

1、中关村绿色矿山产业联盟团体标准T/GRM008-2020采动应力场演化规律试验方法2020 年 12 月 31 日 发布2021 年 1 月 15 日 实施中关村绿色矿山产业联盟 发 布学兔兔 标准下载目 录前言11 范围22 规范性引用文件23 术语和定义23.1 采动应力23.2 采动应力场23.3 应力转移速度23.4 停止加载阀值24 仪器、设备34.1 采动应力场演化过程试验系统34.2 变形、应变测试装置34.3 温度计35 试件规格及实验环境温度35.1 标准试件规格35.2 加工精度35.3 试件数量35.4 试件含水状态35.5 试验环境温度36 试验步骤46.1 模拟采动应

2、力场演化过程试验46.2 考虑垂直方向应力对应力场演化过程的影响试验56.3 考虑水平方向应力对应力场演化过程的影响试验56.4 考虑应力转移速度对应力场演化过程的影响试验5附录 A7前言煤炭开采的力学环境、煤岩体的组织结构、基本力学行为和破坏特征随着煤炭资源赋存 条件的恶化，工程响应特征发生本质变化。同时大空间开采模式导致采动应力场的时空关系 和动力学特征更加复杂，更易诱发冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害，造成严重破坏和大 量人员伤亡。究其主要原因在于并未完全掌握开采条件下煤岩体的采动应力场分布时空演变 规律，无法在时间、空间上对现场巷道开掘、维护和推进工作面等阶段提供科学定量的指导。因此，

3、开展采动应力场随煤岩体力学性能劣化的时空演化规律室内试验并制定相关试验规程， 进而科学定量地为现场应用提供理论依据，有助于为煤炭开采各阶段行为确定合理的时间和 空间位置，对实现煤炭资源高效科学开采具有极为重要的工程实际意义。依据中华人民共和 国有关法律法规和相关政策文件要求，本标准对采动应力场演化规律试验中的仪器设备、试 件规格、试验环境温度、试验步骤等工作进行了规范要求。本标准按照 GB/T 1.1-2020标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则给出的规则起草。本标准由山东科技大学、中关村绿色矿山产业联盟提出。本标准起草单位：山东科技大学、中关村绿色矿山产业联盟、中国矿业大

4、学（北京）矿山生态修复研究院、山东大学、中煤科工开采研究院有限公司、贵州大学、华北科技学院、 中国矿业大学、中国地质大学、北方工业大学。本标准主要起草人：文志杰，彭苏萍，王冬，李利平，王亮，潘俊锋，毕银丽，左宇军， 李东，孟凡宝，姜鹏飞，孙尚渠，程久龙，鞠杨，姚俊，张江石，王振伟。1采动应力场演化规律试验方法1 范围本标准规定了采动应力场演化规律试验的仪器设备、试件规格、试验环境温、试验步骤、 试验记录表格等。本标准适用于开采扰动过程中煤和岩石变形破坏特征及采动应力场分布时空演化规律 的测试和计算。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适

5、用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。煤和岩石物理力学性质测定方法 第 1 部分：采样一般规定GB/T 23561.1-2009煤矿科技术语 岩石力学GB/T 16414-2008冲击地压测定、监测与防治方法 第 7 部分：采动应力监测方法GB/T 2517.7-20193 术语和定义GB/T 23561.1-2009、GB/T 16414-2008 界定的部分术语以及下列定义适用于本文件。3.1 采动应力采掘工程影响下岩体内的应力 GB/T 16414-2008，定义 2.27。3.2 采动应力场采动应力的分布 GB/T 16414-2008，定义

6、2.28。3.3 应力转移速度采动应力场演化试验过程中由初始应力到应力峰值阶段作用在煤岩体上的力学加载速 度，对应于开采扰动后，采掘空间附近煤岩体由原岩应力到应力峰值的力学速度。3.4 停止加载阀值采动应力场演化试验过程中根据系统记录的最大应力峰值点定义加载阶段停止的临界 点，即当峰后强度跌落至峰值强度某一百分比值时，加载过程转换为保持模式。24 仪器、设备4.1 采动应力场演变过程试验系统：是由山东科技大学自主研发的一种可以实现对大尺度煤岩体试件施加非均布荷载作用的加载装置，可通过对试件施加不同垂向应力、不同水 平应力及不同应力转移速度的方式实现模拟煤矿开采过程中煤岩体损伤破坏与应力场演化过

7、程。该试验系统包括加载主框架、垂直加载系统、水平加载系统，垂直加载系统可控制 5 组轴向加载单元，可独立施加轴向应力，实现对煤岩体垂直方向施加非均布荷载，最大试件加载尺寸为 150 mm×150 mm×500 mm， 垂直加载单元控制的每块加载单元尺寸为 150 mm×100 mm，最大单点垂直荷载为 900 kN，加载油缸最大行程达 200 mm，位移传感器量程为 300 mm；侧向加载系统可控制 3 组水平加载单元，可同步施加水平应力，实现对煤岩体水平方向施加非均布荷载，可模拟不同埋深及构造条件，最大单点水平荷载为 500 kN， 加载油缸最大行程达 200

8、mm，位移传感器量程为 300 mm；该系统变形控制采取多支位移传感器平均值，测量控制精度可达到示值的±0.5%，力控制荷载加载速率 0.05100 kN/s，位移控制加载速率为 0.5100 mm/min，位移控制稳定时间为 72 h，其测量控制精度可达到示值的±1%。4.2 变形、应变测试装置：位移传感器、高速应变测试仪。4.3 温度计。采用单通道手持式温湿度数据记录仪记录试验所需温湿度情况。5 试件规格及实验环境温度5.1 标准试件规格：标准试件采用长方体，长度宜为 L=100500±4 mm，宽度 W=150±4 mm，高度 H=150±

9、;4 mm。5.2 加工精度：试件各端面不平行度不得大于 0.05 mm，试件对应端面高度偏差不得大于 0.3 mm。5.3 数量：每种含水状态下同一层煤或岩石试件的数量不应少于 3 个。5.4 试件含水状态：采用自然含水状态的试件进行测定（亦可根据特殊的试验目的另行确定）。5.5 试验环境温度：本标准中暂未考虑采样地点温度对试件力学性能的影响，试验环境温度为 1525（亦可根据特殊的试验目的另行确定）。试验过程中，试验环境的温度差不得超过±1。36 试验步骤6.1 模拟采动应力场演化过程试验6.1.1 核对试件的来源、名称、编号、密度、含水状态、环境温度湿度等，并填入附录A 表内，

10、检查试验设备、仪表及测试装置等。6.1.2 检查试件的加工精度，测量试件尺寸（长、宽、高），取其算术平均值，填入附录 A 表中。以长 300 mm、宽 150 mm、高 150 mm 为例，以试件长度方向为水平加载方向， 沿试件高度方向为垂直加载方向，试件沿垂直方向加载单元分为 3 个区域，分别标注为 A、B、C 区域，如图 1 所示。图 1试件尺寸及区域划分示例6.1.3 设定水平方向初始应力值FO，模拟工程煤岩体采掘前所处初始水平方向应力状态，此时各区域水平方向应力值FO = FA = FB = FC，填入附录 A 表中。6.1.4 设定垂直方向初始应力PO，模拟工程煤岩体采掘前所处初始垂

11、直方向应力状态， 此时各区域垂直方向应力值PO = PA = PB = PC，填入附录 A 表中。6.1.5 考虑减小试验过程中加载系统与试件的端部摩擦效应，试验前，在试件表面涂抹适当的润滑剂（如：凡士林），并擦拭均匀。6.1.6 将试件放在试验机的水平方向、垂直方向各压头之间，启动加载系统。6.1.7 通过同步位移控制方式对试件施加初始水平应力至设定水平方向初始应力值FO， 通过同步位移控制方式对试件施加初始垂向应力至设定垂直方向应力值PO。6.1.8 通过力控制方式对加载区域 A 进行应力转移试验，设定应力转移速度vO和停止加载阀值an，设定an = 7O% × ac（抗压强度）

12、，之后加载单元做位移保持试验。实现对工程煤岩体开挖卸荷煤壁附近（假定为试件区域 A 范围）应力集中过程的模拟。相关数据填入附录 A 表中。6.1.9 重复 6.1.8 对区域 B 做应力转移试验，加载单元达到停止加载阀值时停止试验，4模拟工程煤岩体破坏产生塑性区（假定为试件区域 A 范围）后应力向内部（假定为试件区域 B 范围）转移过程，相关数据填入附录 A 表中。6.1.10 整理试验系统记录的各区域时间-应力曲线、应力-应变曲线，并将相关数据填入附录 A 表中。6.1.11 根据试验数据划分煤岩体采动应力场演化过程的各阶段力学特征，总结采动应力场演化规律。6.2 考虑垂直方向应力对应力场演

13、化过程的影响试验6.2.1 按照本标准 6.1.16.1.3 条的规定进行。6.2.2 分别设定垂直方向初始应力P1、P2、P3Pn，模拟工程煤岩体采掘前所处初始 垂直方向的不同应力状态，填入附录 A 表中。6.2.3 按照本标准 6.1.56.1.10 条规定的试验步骤分别开展垂直方向不同初始应力P1、P2、P3Pn的采动应力场演化过程试验。6.2.4 整理试验系统自动记录的各区域时间-应力曲线、应力-应变曲线，将相关数据填 入附录 A 表中，对比分析垂直方向不同初始应力P1、P2、P3Pn下的相关参数。6.2.5 根据试验数据分析不同垂直方向应力对试件应力场演化过程的各阶段力学特征，总结不

14、同垂直方向应力对采动应力场演化的影响规律。6.3 考虑水平方向应力对应力场演化过程的影响试验6.3.1 按照本标准 6.1.16.1.2 条的规定进行。6.3.2 分别设定水平方向初始应力F1、F2、F3Fn，模拟工程煤岩体采掘前所处初始水 平方向的不同应力状态，填入附录 A 表中。6.3.3 按照本标准 6.1.46.1.10 条规定的试验步骤分别开展水平方向不同初始应力F1、F2、F3Fn下的采动应力场演化过程试验。6.3.4 整理试验系统自动记录的各区域时间-应力曲线、应力-应变曲线，将相关数据填 入附录 A 表中，对比分析水平方向不同初始应力F1、F2、F3Fn下的相关参数。6.3.5

15、 根据试验数据分析不同水平方向应力对试件应力场演化过程的各阶段力学特征，总结不同水平方向应力对采动应力场演化的影响规律。6.4 考虑应力转移速度对应力场演化过程的影响试验6.4.1 按照本标准 6.1.16.1.7 条的规定进行。6.4.2 通过力控制方式对加载区域进行应力转移试验， 设定应力转移速度v1 、v2、v3vn和停止加载阀值an，设定an = 7O% × ac，之后加载单元做位移保持试验，相关5数据填入附录 A 表中。6.4.3 按照 6.1.96.1.10 条规定的试验步骤分别开展不同应力转移速度v1、v2、v3vn 下的采动应力场演化过程试验。6.4.4 整理试验系统自动记录的各区域时间-应力曲线、应力-应变曲线，将相关数据填 入附录 A 表中，对比分析不同应力转移速度下的相关参数。6.4.5 根据试验数据