權(quán)利要求書(shū)： 1.一種礦用反應(yīng)型高分子材料注漿后與煤巖混合體的特性連續(xù)測(cè)定方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：將煤礦井下采集的煤樣或巖樣切割成圓柱體型；而后在煤樣或巖樣的中心位置沿軸向方向開(kāi)鑿鉆孔，并穿透煤樣或巖樣；

S2：將制備好的圓環(huán)體型煤樣或巖樣放置在鋼制底板上，并用保溫圓筒將煤樣或巖樣環(huán)向方向包裹，將鋼制頂蓋板放置在煤樣或巖樣頂部，將彈簧放置于煤樣或巖樣的中心鉆孔內(nèi)，而后整體放置于加壓裝置上；

S3：開(kāi)啟加壓裝置對(duì)煤樣或巖樣逐步施加軸向應(yīng)力，通過(guò)觀測(cè)煤樣或巖樣的應(yīng)力?應(yīng)變曲線到達(dá)峰值后，停止加壓，并記錄下此時(shí)的軸向應(yīng)力數(shù)值；

S4：將保溫圓筒上的溫度測(cè)量端口與溫度傳感器相連接，并將配制好的反應(yīng)型高分子材料漿液倒入到煤樣或巖樣的中心鉆孔內(nèi)，應(yīng)用硬紙板對(duì)中心鉆孔內(nèi)的反應(yīng)型高分子材料形成約束邊界；

S41：記錄下應(yīng)力?應(yīng)變曲線到達(dá)峰值時(shí)的軸向應(yīng)力數(shù)值后，移除鋼制頂蓋板；將保溫圓筒上設(shè)置的溫度測(cè)量端口與溫度傳感器連接；所述溫度測(cè)量端口以煤樣或巖樣中心為基準(zhǔn)，每60°布置一個(gè)，六個(gè)為一組；沿煤樣或巖樣軸向方向以距離端面50mm平面為基準(zhǔn)，每

50mm布置一組；所述溫度傳感器為超聲波溫度傳感器；

S42：將一定量的反應(yīng)型高分子材料漿液注入到煤樣或巖樣的中心孔內(nèi)，應(yīng)用硬紙板蓋住煤樣或巖樣的上端面，使之阻擋注入中心孔內(nèi)的高分子材料漿液因膨脹而溢出；

S5：記錄各溫度測(cè)量端口上溫度傳感器的示數(shù)，直至連續(xù)120min內(nèi)溫度傳感器的示數(shù)變化小于0.5℃；

S6：待溫度測(cè)試完畢后，將煤樣或巖樣取出，移除煤樣或巖樣中心孔內(nèi)反應(yīng)固化后的高分子材料以及彈簧，隨即將環(huán)氧樹(shù)脂均勻涂抹在煤樣或巖樣的下端面，而后將密封膠墊與環(huán)氧樹(shù)脂層粘合，并放置在滲透缸體底板上；將滲透缸體底板與環(huán)形密封桶用螺栓連接并緊固；

S61：待溫度測(cè)試完畢后，在煤樣或巖樣的中心位置沿軸向方向，應(yīng)用取芯裝置對(duì)煤樣或巖樣進(jìn)行取芯，移除煤樣或巖樣中心孔內(nèi)反應(yīng)固化后的高分子材料，使其中心形成直徑

40mm的鉆孔；在煤樣或巖樣的下端面上，均勻涂抹上環(huán)氧樹(shù)脂，并將密封膠墊與環(huán)氧樹(shù)脂層粘合；所述環(huán)氧樹(shù)脂用于對(duì)煤樣或巖樣的下端面進(jìn)行密封，防止煤樣或巖樣透氣系數(shù)測(cè)定過(guò)程中，試驗(yàn)氣體經(jīng)下端面流出而影響試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果；所述密封膠墊為橡膠材質(zhì)，其為臺(tái)階圓盤(pán)狀，密封膠墊的小直徑與滲透缸體底板上圓形凹槽的直徑相等，密封膠墊的大直徑大于小直徑；所述滲透缸體底板中心設(shè)有高度大于密封膠墊厚度與煤樣或巖樣高度之和的圓柱，且圓柱上設(shè)有密集的開(kāi)孔，用以保證氣體從圓柱的開(kāi)孔進(jìn)入煤樣或巖樣體內(nèi)；

S62：所述滲透缸體底板和環(huán)形密封桶兩端均設(shè)有對(duì)應(yīng)的法蘭，且法蘭上開(kāi)設(shè)有螺栓孔，通過(guò)螺栓緊固滲透缸體底板和環(huán)形密封桶，擠壓密封膠墊的外緣實(shí)現(xiàn)對(duì)煤樣或巖樣底端面的密封；所述環(huán)形密封桶內(nèi)層上設(shè)有篩孔，且環(huán)形密封桶內(nèi)徑大于煤樣或巖樣的外徑，使得試驗(yàn)氣體經(jīng)由煤樣或巖樣中心孔流出其環(huán)形表面，經(jīng)過(guò)篩孔，并由設(shè)置于環(huán)形密封桶外壁上的出氣口流出，所述出氣口上連接有出氣管路，所述出氣管路上設(shè)有出氣端閥門(mén)；

S7：將環(huán)氧樹(shù)脂均勻涂抹在煤樣或巖樣的上端面，而后將密封膠墊與環(huán)氧樹(shù)脂層粘合，將滲透缸體頂板放置在環(huán)氧樹(shù)脂層上，所述滲透缸體頂板上部開(kāi)設(shè)有進(jìn)氣口，用于為試驗(yàn)氣體的流動(dòng)提供通道；用螺栓將滲透缸體頂板與環(huán)形密封桶用螺栓連接并緊固；

S8：打開(kāi)進(jìn)氣端的閥門(mén)，并將進(jìn)氣口與高壓氦氣氣源連通，調(diào)節(jié)氦氣的壓力使其為預(yù)定數(shù)值；而后打開(kāi)出氣端的閥門(mén)，使高壓氦氣在進(jìn)氣端與出氣端的壓力差的作用下，經(jīng)由煤樣或巖樣的環(huán)形實(shí)體流動(dòng)至出氣端，并讀取出氣端流量計(jì)的數(shù)值，待其數(shù)值穩(wěn)定后，隨即記錄下此時(shí)的氦氣氣體流量，進(jìn)而可獲取相應(yīng)的滲透系數(shù)數(shù)值；

S9：待煤樣或巖樣滲透系數(shù)測(cè)試完畢后，卸下滲透缸體頂板與底板的螺栓、環(huán)形密封桶，應(yīng)用刀片刮除密封膠墊；而后將煤樣或巖樣放置在鋼制底板上，并將放置有煤樣或巖樣的鋼制底板安設(shè)于加壓裝置下方，而后開(kāi)啟加壓裝置，重復(fù)S3，則試驗(yàn)完畢。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用反應(yīng)型高分子材料注漿后與煤巖混合體的特性連續(xù)測(cè)定方法，其特征在于：步驟S1具體包括以下步驟：S11：將煤礦井下采集的煤樣或巖樣切割成直徑200mm，高度400mm的圓柱體型后，用砂紙?jiān)诿簶踊驇r樣端面與環(huán)形表面進(jìn)行打磨，而后以煤樣或巖樣端面中心為基準(zhǔn)，用游標(biāo)卡尺測(cè)定端面中心四個(gè)正交方向上的距離，若任意兩個(gè)測(cè)試的偏差小于0.5mm，則煤樣或巖樣尺寸滿足試驗(yàn)要求；

S12：在煤樣或巖樣的中心位置沿軸向方向，應(yīng)用取芯裝置對(duì)制備的直徑200mm，高度

400mm的圓柱體型煤樣或巖樣進(jìn)行取芯，使其中心形成直徑40mm的鉆孔，取芯的深度與煤樣或巖樣高度相等。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用反應(yīng)型高分子材料注漿后與煤巖混合體的特性連續(xù)測(cè)定方法，其特征在于：步驟S2具體包括以下步驟：S21：所述鋼制底板上帶有直徑略大于煤樣或巖樣外徑的圓形凹槽，用以對(duì)煤樣或巖樣進(jìn)行定位；所述保溫圓筒材質(zhì)為聚苯乙烯泡沫塑料，其作用在于隔絕注入反應(yīng)型高分子材料后煤樣或巖樣與外界的溫度；所述鋼制頂蓋板為圓環(huán)狀，其內(nèi)徑略小于煤樣或巖樣的內(nèi)徑，外徑略大于煤樣或巖樣外徑；

S22：所述彈簧放置于煤樣或巖樣的中心孔內(nèi)，其外徑與鋼制頂蓋板的內(nèi)徑相等，高度與鋼制頂蓋板的上表面齊平，其作用在于加壓裝置對(duì)煤樣或巖樣加壓的過(guò)程中，將產(chǎn)生一定程度的壓縮變形，彈簧亦將隨之而發(fā)生壓縮變形，該壓縮變形使得彈簧的環(huán)與環(huán)之間的間隙減小，從而防止煤樣或巖樣內(nèi)表面的煤屑或巖屑脫落。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用反應(yīng)型高分子材料注漿后與煤巖混合體的特性連續(xù)測(cè)定方法，其特征在于：步驟S5具體包括以下步驟：S51：自注入高分子材料漿液后，隨即開(kāi)啟溫度傳感器，并每間隔10s記錄下每個(gè)溫度傳感器的示數(shù)與對(duì)應(yīng)的時(shí)刻；

S52：直至連續(xù)120min內(nèi)溫度傳感器的示數(shù)變化小于0.5℃時(shí)，停止記錄溫度傳感器的示數(shù)；觀測(cè)煤樣或巖樣中各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫度是否超過(guò)了140℃，若超過(guò)了該溫度，則該反應(yīng)型高分子材料不滿足工程應(yīng)用的要求。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用反應(yīng)型高分子材料注漿后與煤巖混合體的特性連續(xù)測(cè)定方法，其特征在于：步驟S8具體包括以下步驟：S81：所述進(jìn)氣端的閥門(mén)安設(shè)于進(jìn)氣管路上，進(jìn)氣管路與滲透缸體頂板上的進(jìn)氣口連接；打開(kāi)進(jìn)氣端的閥門(mén)，并連接高壓氦氣氣源；所述高壓氦氣氣源與煤體或巖體無(wú)任何物理化學(xué)反應(yīng)，故應(yīng)用該氣體進(jìn)行煤體或巖體滲透系數(shù)的測(cè)試反映其自身對(duì)介質(zhì)的阻流屬性；

S82：所述高壓氦氣氣源與進(jìn)氣管路通過(guò)減壓閥連接，其作用在于控制煤樣或巖樣進(jìn)氣端的氦氣氣體壓力數(shù)值；

S83：調(diào)節(jié)減壓閥，使進(jìn)氣端的氦氣氣體壓力數(shù)值滿足試驗(yàn)要求，而后打開(kāi)出氣端的閥門(mén)，并記錄出氣端流量計(jì)的數(shù)值；所述出氣端流量計(jì)為質(zhì)量流量計(jì)；

S84：待出氣端流量計(jì)示數(shù)在連續(xù)1h內(nèi)，相對(duì)偏差小于1％時(shí)，表示氦氣的流動(dòng)已達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)，隨即記錄下此時(shí)的氦氣氣體流量，進(jìn)而獲取相應(yīng)的滲透系數(shù)數(shù)值；所述煤樣或巖樣滲透系數(shù)按下式進(jìn)行計(jì)算：

3 2

式中：q為單位面積氦氣流量，m/(m .d)；R1為煤樣或巖樣的內(nèi)徑，m；R0為煤樣或巖樣的外徑，m；p0為煤樣或巖樣進(jìn)氣端的氦氣氣體壓力，MPa；p1為煤樣或巖樣出氣端的氦氣氣體壓

2 2

力，MPa；λ為煤樣或巖樣滲透系數(shù)，m/(MPa .d)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用反應(yīng)型高分子材料注漿后與煤巖混合體的特性連續(xù)測(cè)定方法，其特征在于：步驟S9具體包括以下步驟：S91：待煤樣或巖樣滲透系數(shù)測(cè)試完畢后，卸下滲透缸體頂板與底板的螺栓、環(huán)形密封桶，應(yīng)用刀片刮除密封膠墊；

S92：將煤樣或巖樣放置在鋼制底板上，并將放置有煤樣或巖樣的鋼制底板安設(shè)于加壓裝置下方，而后開(kāi)啟加壓裝置，重復(fù)S3，直至煤樣或巖樣應(yīng)力?應(yīng)變曲線達(dá)到峰值后隨即停止加壓，并記錄下此時(shí)的軸向應(yīng)力；

S93：通過(guò)對(duì)比注入反應(yīng)型高分子材料前后的煤樣或巖樣應(yīng)力?應(yīng)變曲線達(dá)到峰值時(shí)的軸向應(yīng)力，判斷該種高分子材料對(duì)加固的作用效果；若注入反應(yīng)型高分子材料后的煤樣或巖樣應(yīng)力?應(yīng)變曲線達(dá)到峰值時(shí)的軸向應(yīng)力大于注入前，則表明該種高分子材料對(duì)加固有明顯的有效效果，反之則無(wú)。

說(shuō)明書(shū)： 礦用反應(yīng)型高分子材料注漿后與煤巖混合體的特性連續(xù)測(cè)定方法及裝置

技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明屬于煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種礦用反應(yīng)型高分子材料注漿后與煤巖混合體的特性連續(xù)測(cè)定方法及裝置。

背景技術(shù)[0002] 煤炭的高效清潔低碳利用是社會(huì)的重中之重，而且相關(guān)技術(shù)正在朝著有利的方向發(fā)展。大力推進(jìn)煤炭的清潔利用有助于推動(dòng)社會(huì)能源生產(chǎn)消費(fèi)方式革命。但同時(shí)，由于煤礦

井下煤層地質(zhì)條件復(fù)雜，諸多煤層群開(kāi)采的礦井均采用“下行式”的開(kāi)采方法，旨在通過(guò)開(kāi)

采煤層使之對(duì)下伏煤層的開(kāi)采形成卸壓增透的效應(yīng)，降低下伏煤層瓦斯災(zāi)害的威脅程度。

但在下伏煤層的開(kāi)拓、開(kāi)采過(guò)程中，由于上覆煤層的開(kāi)采而使得下伏煤層的頂板通常位于

裂隙帶內(nèi)，因而其巷道圍巖穩(wěn)定性差，控制難度加大。并且隨著開(kāi)采深度的增加，由上覆煤

層開(kāi)采形成的采動(dòng)應(yīng)力集中程度更高，采動(dòng)影響范圍更大，采動(dòng)影響的時(shí)間也越長(zhǎng)，故下伏

煤層巷道的維護(hù)便成為礦井亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

[0003] 針對(duì)該問(wèn)題，目前除了對(duì)巷道支護(hù)方式進(jìn)行改進(jìn)以外，大多數(shù)礦井均采用頂板注入反應(yīng)型高分子材料的工藝對(duì)頂板實(shí)施加固處理。實(shí)際該種工藝在煤礦井下石門(mén)揭煤與

采、掘巷道通過(guò)斷層以及礦井水害的防治工程中亦有大范圍的應(yīng)用。但由于反應(yīng)型高分子

材料在固化的過(guò)程中將產(chǎn)生大量的反應(yīng)熱，該種熱量是否會(huì)導(dǎo)致煤發(fā)生自燃是評(píng)價(jià)反應(yīng)型

高分子材料應(yīng)用可行性的關(guān)鍵所在。同時(shí)，反應(yīng)型高分子材料在固化后與煤(巖)體內(nèi)的次

生裂隙貼合而形成的混合體，其滲透特性、強(qiáng)度是否滿足堵水或加固的要求亦是礦井選擇

何種反應(yīng)型高分子材料考量的重點(diǎn)。目前煤炭行業(yè)尚并無(wú)相關(guān)的測(cè)試方法或設(shè)備對(duì)反應(yīng)型

高分子材料注漿后與煤(巖)混合體的溫度、滲透特性與強(qiáng)度實(shí)施連續(xù)測(cè)定。

發(fā)明內(nèi)容[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種煤礦用反應(yīng)型高分子材料注漿后與煤巖混合體的溫度、滲透特性、強(qiáng)度連續(xù)測(cè)定方法及裝置，可測(cè)定在注入反應(yīng)型高分子材料過(guò)程中

塑性變形后的煤(巖)試件的滲透特性與不同位置的溫度，并且可實(shí)現(xiàn)注入反應(yīng)型高分子材

料前后煤(巖)試件強(qiáng)度的對(duì)比測(cè)試，為科學(xué)評(píng)價(jià)反應(yīng)型高分子材料的安全性能與作業(yè)效果

提供可靠的技術(shù)手段。

[0005] 本發(fā)明的目的之一是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：[0006] 一種礦用反應(yīng)型高分子材料注漿后與煤巖混合體的特性連續(xù)測(cè)定方法，包括以下步驟：

[0007] S1：將煤礦井下采集的煤(巖)樣切割成圓柱體型；而后在煤(巖)樣的中心位置沿軸向方向開(kāi)鑿鉆孔，并穿透煤(巖)樣；

[0008] S2：將制備好的圓環(huán)體型煤(巖)樣放置在鋼制底板上，并用保溫圓筒將煤(巖)樣環(huán)向方向包裹，將鋼制頂蓋板放置在煤(巖)樣頂部，將彈簧放置于煤(巖)樣的中心鉆孔內(nèi)，

而后整體放置于加壓裝置上；

[0009] S3：開(kāi)啟加壓裝置對(duì)煤(巖)樣逐步施加軸向應(yīng)力，通過(guò)觀測(cè)煤(巖)樣的應(yīng)力?應(yīng)變曲線到達(dá)峰值后，停止加壓，并記錄下此時(shí)的軸向應(yīng)力數(shù)值；

[0010] S4：將保溫圓筒上的溫度測(cè)量端口與溫度傳感器相連接，并將配制好的反應(yīng)型高分子材料漿液倒入到煤(巖)樣的中心鉆孔內(nèi)，應(yīng)用硬紙板對(duì)中心鉆孔內(nèi)的反應(yīng)型高分子材

料形成約束邊界；

[0011] S5：記錄各溫度測(cè)量端口上溫度傳感器的示數(shù)，直至連續(xù)120min內(nèi)溫度傳感器的示數(shù)變化小于0.5℃；

[0012] S6：待溫度測(cè)試完畢后，將煤(巖)樣取出，移除煤(巖)樣中心孔內(nèi)反應(yīng)固化后的高分子材料以及彈簧，隨即將環(huán)氧樹(shù)脂均勻涂抹在煤(巖)樣的下端面，而后將密封膠墊與環(huán)

氧樹(shù)脂層粘合，并放置在滲透缸體底板上；將滲透缸體底板與環(huán)形密封桶用螺栓連接并緊

固；

[0013] S7：將環(huán)氧樹(shù)脂均勻涂抹在煤(巖)樣的上端面，而后將密封膠墊與環(huán)氧樹(shù)脂層粘合，將滲透缸體頂板放置在環(huán)氧樹(shù)脂層上，并用螺栓將滲透缸體頂板與環(huán)形密封桶用螺栓

連接并緊固；

[0014] S8：打開(kāi)進(jìn)氣端的閥門(mén)，并將進(jìn)氣口與高壓氦氣氣源連通，調(diào)節(jié)氦氣的壓力使其為預(yù)定數(shù)值；而后打開(kāi)出氣端的閥門(mén)，使高壓氦氣在進(jìn)氣端與出氣端的壓力差的作用下，經(jīng)由

煤(巖)樣的環(huán)形實(shí)體流動(dòng)至出氣端，并讀取出氣端流量計(jì)的數(shù)值，待其數(shù)值穩(wěn)定后，隨即記

錄下此時(shí)的氦氣氣體流量，進(jìn)而可獲取相應(yīng)的滲透系數(shù)數(shù)值；

[0015] S9：待煤(巖)樣滲透系數(shù)測(cè)試完畢后，卸下滲透缸體頂板與底板的螺栓、環(huán)形密封桶，應(yīng)用刀片刮除密封膠墊；而后將煤(巖)樣放置在鋼制底板上，并將放置有煤(巖)樣的鋼

制底板安設(shè)于加壓裝置下方，而后開(kāi)啟加壓裝置，重復(fù)S3，則試驗(yàn)完畢。

[0016] 進(jìn)一步，步驟S1具體包括以下步驟：[0017] S11：將煤礦井下采集的煤(巖)樣切割成直徑200mm，高度400mm的圓柱體型后，用砂紙?jiān)诿?巖)樣端面與環(huán)形表面進(jìn)行打磨，而后以煤(巖)樣端面中心為基準(zhǔn)，用游標(biāo)卡尺

測(cè)定端面中心四個(gè)正交方向上的距離，若任意兩個(gè)測(cè)試的偏差小于0.5mm，則煤(巖)樣尺寸

滿足試驗(yàn)要求；

[0018] S12：在煤(巖)樣的中心位置沿軸向方向，應(yīng)用取芯裝置對(duì)制備的直徑200mm，高度400mm的圓柱體型煤(巖)樣進(jìn)行取芯，使其中心形成直徑40mm的鉆孔，取芯的深度與煤(巖)

樣高度相等。

[0019] 進(jìn)一步，步驟S2具體包括以下步驟：[0020] S21：所述鋼制底板上帶有直徑略大于煤(巖)樣外徑的圓形凹槽，用以對(duì)煤(巖)樣進(jìn)行定位；所述保溫圓筒材質(zhì)為聚苯乙烯泡沫塑料，其作用在于隔絕注入反應(yīng)型高分子材

料后煤(巖)樣與外界的溫度；所述鋼制頂蓋板為圓環(huán)狀，其內(nèi)徑略小于煤(巖)樣的內(nèi)徑，外

徑略大于煤(巖)樣外徑；

[0021] S22：所述彈簧放置于煤(巖)樣的中心孔內(nèi)，其外徑與鋼制頂蓋板的內(nèi)徑相等，高度與鋼制頂蓋板的上表面齊平，其作用在于加壓裝置對(duì)煤(巖)樣加壓的過(guò)程中，將產(chǎn)生一

定程度的壓縮變形，彈簧亦將隨之而發(fā)生壓縮變形，該壓縮變形使得彈簧的環(huán)與環(huán)之間的

間隙減小，從而防止煤(巖)樣內(nèi)表面的煤(巖)屑脫落。

[0022] 進(jìn)一步，步驟S4具體包括以下步驟：[0023] S41：記錄下應(yīng)力?應(yīng)變曲線到達(dá)峰值時(shí)的軸向應(yīng)力數(shù)值后，移除鋼制頂蓋板；將保溫圓筒上設(shè)置的溫度測(cè)量端口與溫度傳感器連接；所述溫度測(cè)量端口以煤(巖)樣中心為基

準(zhǔn)，每60°布置一個(gè)，六個(gè)為一組；沿煤(巖)樣軸向方向以距離端面50mm平面為基準(zhǔn)，每50mm

布置一組；所述溫度傳感器為超聲波溫度傳感器，但不僅限于該種溫度傳感器；

[0024] S42：將一定量的反應(yīng)型高分子材料漿液注入到煤(巖)樣的中心孔內(nèi)，應(yīng)用硬紙板蓋住煤(巖)樣的上端面，使之阻擋注入中心孔內(nèi)的高分子材料漿液因膨脹而溢出。

[0025] 進(jìn)一步，步驟S5具體包括以下步驟：[0026] S51：自注入高分子材料漿液后，隨即開(kāi)啟溫度傳感器，并每間隔10s記錄下每個(gè)溫度傳感器的示數(shù)與對(duì)應(yīng)的時(shí)刻；

[0027] S52：直至連續(xù)120min內(nèi)溫度傳感器的示數(shù)變化小于0.5℃時(shí)，停止記錄溫度傳感器的示數(shù)；觀測(cè)煤(巖)樣中各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫度是否超過(guò)了AQ1089?2011中規(guī)定的140℃，若

超過(guò)了該溫度，則該反應(yīng)型高分子材料不滿足工程應(yīng)用的要求。

[0028] 進(jìn)一步，步驟S6具體包括以下步驟：[0029] S61：待溫度測(cè)試完畢后，在煤(巖)樣的中心位置沿軸向方向，應(yīng)用取芯裝置對(duì)煤(巖)樣進(jìn)行取芯，移除煤(巖)樣中心孔內(nèi)反應(yīng)固化后的高分子材料，使其中心形成直徑

40mm的鉆孔；在煤(巖)樣的下端面上，均勻涂抹上環(huán)氧樹(shù)脂，并將密封膠墊與環(huán)氧樹(shù)脂層粘

合；所述環(huán)氧樹(shù)脂用于對(duì)煤(巖)樣的下端面進(jìn)行密封，防止煤(巖)樣透氣系數(shù)測(cè)定過(guò)程中，

試驗(yàn)氣體經(jīng)下端面流出而影響試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果；所述密封膠墊為橡膠材質(zhì)，其為臺(tái)階圓盤(pán)狀，

密封膠墊的小直徑與滲透缸體底板上圓形凹槽的直徑相等，密封膠墊的大直徑大于小直

徑；所述滲透缸體底板中心設(shè)有高度大于密封膠墊厚度與煤(巖)樣高度之和的圓柱，且圓

柱上設(shè)有密集的開(kāi)孔，用以保證氣體從圓柱的開(kāi)孔進(jìn)入煤(巖)樣體內(nèi)；

[0030] S62：所述滲透缸體底板和環(huán)形密封桶兩端均設(shè)有對(duì)應(yīng)的法蘭，且法蘭上開(kāi)設(shè)有螺栓孔，通過(guò)螺栓緊固滲透缸體底板和環(huán)形密封桶，擠壓密封膠墊的外緣實(shí)現(xiàn)對(duì)煤(巖)樣底

端面的密封；所述環(huán)形密封桶內(nèi)層上設(shè)有篩孔，且環(huán)形密封桶內(nèi)徑大于煤(巖)樣的外徑，使

得試驗(yàn)氣體經(jīng)由煤(巖)樣中心孔流出其環(huán)形表面，經(jīng)過(guò)篩孔，并由設(shè)置于環(huán)形密封桶外壁

上的出氣口流出。

[0031] 進(jìn)一步，步驟S7具體包括以下步驟：[0032] S71：在煤(巖)樣的上端面上，均勻涂抹上環(huán)氧樹(shù)脂，并將密封膠墊與環(huán)氧樹(shù)脂層粘合；所述環(huán)氧樹(shù)脂用于對(duì)煤(巖)樣的上端面進(jìn)行密封，防止煤(巖)樣透氣系數(shù)測(cè)定過(guò)程

中，試驗(yàn)氣體經(jīng)上端面流出而影響試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果；

[0033] S72：所述滲透缸體頂板與滲透缸體底板尺寸相同，所述滲透缸體頂板上部開(kāi)設(shè)有進(jìn)氣口，用于為試驗(yàn)氣體的流動(dòng)提供通道；用螺栓將滲透缸體頂板與環(huán)形密封桶用螺栓連

接并緊固。

[0034] 進(jìn)一步，步驟S8具體包括以下步驟：[0035] S81：所述進(jìn)氣端的閥門(mén)安設(shè)于進(jìn)氣管路上，進(jìn)氣管路與滲透缸體頂板上的進(jìn)氣口連接；打開(kāi)進(jìn)氣端的閥門(mén)，并連接高壓氦氣氣源；所述高壓氦氣氣源與煤(巖)體無(wú)任何物理

化學(xué)反應(yīng)，故應(yīng)用該氣體進(jìn)行煤(巖)體滲透系數(shù)的測(cè)試反映其自身對(duì)介質(zhì)的阻流屬性；

[0036] S82：所述高壓氦氣氣源與進(jìn)氣管路通過(guò)減壓閥連接，其作用在于控制煤(巖)樣進(jìn)氣端的氦氣氣體壓力數(shù)值；

[0037] S83：調(diào)節(jié)減壓閥，使進(jìn)氣端的氦氣氣體壓力數(shù)值滿足試驗(yàn)要求，而后打開(kāi)出氣端的閥門(mén)，并記錄出氣端流量計(jì)的數(shù)值；所述出氣端流量計(jì)為質(zhì)量流量計(jì)，但不僅限于該種類(lèi)

型的流量計(jì)；

[0038] S84：待出氣端流量計(jì)示數(shù)在連續(xù)1h內(nèi)，相對(duì)偏差小于1％時(shí)，表示氦氣的流動(dòng)已達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)，隨即記錄下此時(shí)的氦氣氣體流量，進(jìn)而獲取相應(yīng)的滲透系數(shù)數(shù)值；所述煤

(巖)樣滲透系數(shù)按下式進(jìn)行計(jì)算：

[0039][0040] 式中：q為單位面積氦氣流量，m3/(m2.d)；R1為煤(巖)樣的內(nèi)徑，m；R0為煤(巖)樣的外徑，m；p0為煤(巖)樣進(jìn)氣端的氦氣氣體壓力，MPa；p1為煤(巖)樣出氣端的氦氣氣體壓力，

2 2

MPa；λ為煤(巖)樣滲透系數(shù)，m/(MPa .d)。

[0041] 進(jìn)一步，步驟S9具體包括以下步驟：[0042] S91：待煤(巖)樣滲透系數(shù)測(cè)試完畢后，卸下滲透缸體頂板與底板的螺栓、環(huán)形密封桶，應(yīng)用刀片刮除密封膠墊；

[0043] S92：將煤(巖)樣放置在鋼制底板上，并將放置有煤(巖)樣的鋼制底板安設(shè)于加壓裝置下方，而后開(kāi)啟加壓裝置，重復(fù)S3，直至煤(巖)樣應(yīng)力?應(yīng)變曲線達(dá)到峰值后隨即停止

加壓，并記錄下此時(shí)的軸向應(yīng)力；

[0044] S93：通過(guò)對(duì)比注入反應(yīng)型高分子材料前后的煤(巖)樣應(yīng)力?應(yīng)變曲線達(dá)到峰值時(shí)的軸向應(yīng)力，判斷該種高分子材料對(duì)加固的作用效果；若注入反應(yīng)型高分子材料后的煤

(巖)樣應(yīng)力?應(yīng)變曲線達(dá)到峰值時(shí)的軸向應(yīng)力大于注入前，則表明該種高分子材料對(duì)加固

有明顯的有效效果，反之則無(wú)。

[0045] 另一方面，本發(fā)明提供一種礦用反應(yīng)型高分子材料注漿后與煤巖混合體的特性連續(xù)測(cè)定裝置，包括圓柱形煤(巖)樣，所述圓柱形煤(巖)樣中心沿軸向方向貫穿開(kāi)設(shè)有鉆孔，

所述煤(巖)樣底部設(shè)置有鋼制底板，頂部設(shè)有鋼制頂蓋板，所述鉆孔內(nèi)設(shè)置有彈簧，還灌有

高分子材料漿液以及對(duì)其邊界進(jìn)行約束的硬紙板；還包括用于包裹煤(巖)樣外壁的保溫圓

筒，所述保溫圓筒上設(shè)有多個(gè)溫度測(cè)量端口，以及與溫度測(cè)量端口連接的溫度傳感器，還包

括用于向所述煤(巖)樣施加軸向應(yīng)力的壓力機(jī)，所述壓力機(jī)能夠顯示軸向應(yīng)力數(shù)值和應(yīng)

力?應(yīng)變曲線。

[0046] 通過(guò)本裝置，可檢測(cè)礦用高分子材料注漿后與煤巖混合體的溫度和強(qiáng)度特性，具體如下：

[0047] 通過(guò)開(kāi)啟壓力機(jī)對(duì)煤(巖)樣逐步施加軸向應(yīng)力，通過(guò)觀測(cè)煤(巖)樣的應(yīng)力?應(yīng)變曲線到達(dá)峰值后，即可停止加壓，并記錄下此時(shí)的軸向應(yīng)力數(shù)值，以檢測(cè)強(qiáng)度特性。

[0048] 在注入高分子材料漿液后，開(kāi)啟溫度傳感器，并每間隔10s記錄下每個(gè)溫度傳感器的示數(shù)與對(duì)應(yīng)的時(shí)刻；直至連續(xù)120min內(nèi)溫度傳感器的示數(shù)變化小于0.5℃時(shí)，可停止記錄

溫度傳感器的示數(shù)。觀測(cè)煤(巖)樣中各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫度是否超過(guò)了AQ1089?2011中規(guī)定的

140℃，若超過(guò)了該溫度，則該反應(yīng)型高分子材料不滿足工程應(yīng)用的要求。

[0049] 再一方面，本發(fā)明提供一種礦用反應(yīng)型高分子材料注漿后與煤巖混合體的特性連續(xù)測(cè)定裝置，包括環(huán)形密封桶，以及環(huán)形密封桶內(nèi)的圓柱形煤(巖)樣，所述圓柱形煤(巖)樣

中心沿軸向方向貫穿開(kāi)設(shè)有鉆孔，所述煤(巖)樣上端面和下端面均設(shè)有環(huán)氧樹(shù)脂層，且在

兩面環(huán)氧樹(shù)脂層上均粘合有密封膠墊，所述下端面的密封膠墊連接有滲透缸體底板，所述

上端面連接有滲透缸體頂板，所述環(huán)形密封桶與滲透缸體底板、滲透缸體頂板密封連接；所

述環(huán)形密封桶包括內(nèi)層和外層，所述內(nèi)層上設(shè)有篩孔，所述外層上設(shè)有出氣口，所述出氣口

上連接有出氣管路，所述出氣管路上設(shè)有出氣端閥門(mén)及出氣端流量計(jì)；所述滲透缸體底板

中部設(shè)有穿過(guò)鉆孔的圓柱管道，所述圓柱管道上開(kāi)設(shè)有密集的開(kāi)孔；所述滲透缸體頂板中

心設(shè)有連通鉆孔和外部的進(jìn)氣口，連接進(jìn)氣管路，所述進(jìn)氣管路上設(shè)置有進(jìn)氣端閥門(mén)及減

壓閥，所述進(jìn)氣管路連接高壓氦氣氣源。

[0050] 通過(guò)本裝置，可檢測(cè)礦用高分子材料注漿后與煤巖混合體的滲透特性，具體如下：[0051] 高壓氦氣氣源與煤(巖)體無(wú)任何物理化學(xué)反應(yīng)，故應(yīng)用該氣體進(jìn)行煤(巖)體滲透系數(shù)的測(cè)試可真實(shí)客觀的反映其自身對(duì)介質(zhì)的阻流屬性；所述高壓氦氣氣源與進(jìn)氣管路通

過(guò)減壓閥連接，其作用在于控制煤(巖)樣進(jìn)氣端的氦氣氣體壓力數(shù)值；調(diào)節(jié)減壓閥，使進(jìn)氣

端的氦氣氣體壓力數(shù)值滿足試驗(yàn)要求，而后打開(kāi)出氣端的閥門(mén)，并記錄出氣端流量計(jì)的數(shù)

值；所述出氣端流量計(jì)為質(zhì)量流量計(jì)，但不僅限于該種類(lèi)型的流量計(jì)；待出氣端流量計(jì)示數(shù)

在連續(xù)1h內(nèi)，相對(duì)偏差小于1％時(shí)，可認(rèn)為氦氣的流動(dòng)已達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)，隨即記錄下此時(shí)

的氦氣氣體流量，進(jìn)而可獲取相應(yīng)的滲透系數(shù)數(shù)值；所述煤(巖)樣滲透系數(shù)按下式進(jìn)行計(jì)

算：

[0052][0053] 式中：q為單位面積氦氣流量，m3/(m2.d)；R1為煤(巖)樣的內(nèi)徑，m；R0為煤(巖)樣的外徑，m；p0為煤(巖)樣進(jìn)氣端的氦氣氣體壓力，MPa；p1為煤(巖)樣出氣端的氦氣氣體壓力，

2 2

MPa；λ為煤(巖)樣滲透系數(shù)，m/(MPa .d)。

[0054] 本發(fā)明的有益效果在于：[0055] 本發(fā)明公開(kāi)了一種煤礦用反應(yīng)型高分子材料注漿后與煤巖混合體的溫度、滲透特性、強(qiáng)度連續(xù)測(cè)定方法及裝置，通過(guò)加載使煤(巖)體發(fā)生塑性變形后，將反應(yīng)型高分子材料

漿液注入到煤(巖)樣的中心孔內(nèi)，模擬反應(yīng)型高分子材料漿液在煤(巖)體次生裂隙內(nèi)的流

動(dòng)情況，并通過(guò)設(shè)置于保溫圓筒上的溫度測(cè)量端口全方位測(cè)試注入高分子材料后煤(巖)體

的溫度變化情況，可為礦用反應(yīng)型高分子材料安全應(yīng)用可行性分析提供可靠的技術(shù)手段；

通過(guò)測(cè)定注入反應(yīng)型高分子材料后煤(巖)體的滲透系數(shù)，準(zhǔn)確表征注入反應(yīng)型高分子材料

對(duì)煤(巖)體堵水作業(yè)的應(yīng)用效果；通過(guò)對(duì)注入反應(yīng)型高分子材料前后煤(巖)體單軸抗壓強(qiáng)

度的對(duì)比測(cè)試，能真實(shí)客觀的反映注入反應(yīng)型高分子材料前后對(duì)發(fā)生塑性變形煤(巖)體的

加固效果，為評(píng)價(jià)注入反應(yīng)型高分子材料實(shí)施頂板加固、堵水等作業(yè)的安全性能與應(yīng)用效

果提供技術(shù)支撐。

[0056] 本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書(shū)中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的，或者可

以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)下面的說(shuō)明書(shū)來(lái)實(shí)現(xiàn)和

獲得。

附圖說(shuō)明[0057] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作優(yōu)選的詳細(xì)描述，其中：

[0058] 圖1為本發(fā)明所述礦用反應(yīng)型高分子材料注漿后與煤巖混合體的溫度、強(qiáng)度連續(xù)測(cè)定裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

[0059] 圖2為本發(fā)明所述礦用反應(yīng)型高分子材料注漿后與煤巖混合體的滲透特性連續(xù)測(cè)定裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

[0060] 附圖標(biāo)記：1?煤(巖)樣；2?保溫圓筒；3?彈簧；4?溫度測(cè)量端口；5?鋼制頂蓋板；6?鋼制底板；7?滲透缸體底板；8?環(huán)形密封桶；9?環(huán)氧樹(shù)脂層；10?密封膠墊；11?滲透缸體頂

板；12?出氣管路；13?進(jìn)氣管路；14?進(jìn)氣端閥門(mén)；15?減壓閥；16?出氣端流量計(jì)；17?進(jìn)氣口；

18?出氣口。

具體實(shí)施方式[0061] 以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí)

施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離

本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。需要說(shuō)明的是，以下實(shí)施例中所提供的圖示僅以示

意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想，在不沖突的情況下，以下實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相

互組合。

[0062] 其中，附圖僅用于示例性說(shuō)明，表示的僅是示意圖，而非實(shí)物圖，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制；為了更好地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不

代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸；對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說(shuō)明可能省略是

可以理解的。

[0063] 本發(fā)明實(shí)施例的附圖中相同或相似的標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)相同或相似的部件；在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，若有術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置關(guān)系

為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或

暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此附圖中描述

位置關(guān)系的用語(yǔ)僅用于示例性說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)

人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。

[0064] 一方面，一種礦用反應(yīng)型高分子材料注漿后與煤巖混合體的特性連續(xù)測(cè)定方法，包括以下步驟：

[0065] S1：將煤礦井下采集的煤(巖)樣切割成圓柱體型；而后在煤(巖)樣的中心位置沿軸向方向開(kāi)鑿鉆孔，并穿透煤(巖)樣；

[0066] S2：將制備好的圓環(huán)體型煤(巖)樣放置在鋼制底板上，并用保溫圓筒將煤(巖)樣環(huán)向方向包裹，將鋼制頂蓋板放置在煤(巖)樣頂部，將彈簧放置于煤(巖)樣的中心鉆孔內(nèi)，

而后整體放置于加壓裝置上；

[0067] S3：開(kāi)啟加壓裝置對(duì)煤(巖)樣逐步施加軸向應(yīng)力，通過(guò)觀測(cè)煤(巖)樣的應(yīng)力?應(yīng)變曲線到達(dá)峰值后，停止加壓，并記錄下此時(shí)的軸向應(yīng)力數(shù)值；

[0068] S4：將保溫圓筒上的溫度測(cè)量端口與溫度傳感器相連接，并將配制好的反應(yīng)型高分子材料漿液倒入到煤(巖)樣的中心鉆孔內(nèi)，應(yīng)用硬紙板對(duì)中心鉆孔內(nèi)的反應(yīng)型高分子材

料形成約束邊界；

[0069] S5：記錄各溫度測(cè)量端口上溫度傳感器的示數(shù)，直至連續(xù)120min內(nèi)溫度傳感器的示數(shù)變化小于0.5℃；

[0070] S6：待溫度測(cè)試完畢后，將煤(巖)樣取出，移除煤(巖)樣中心孔內(nèi)反應(yīng)固化后的高分子材料以及彈簧，隨即將環(huán)氧樹(shù)脂均勻涂抹在煤(巖)樣的下端面，而后將密封膠墊與環(huán)

氧樹(shù)脂層粘合，并放置在滲透缸體底板上；將滲透缸體底板與環(huán)形密封桶用螺栓連接并緊

固；

[0071] S7：將環(huán)氧樹(shù)脂均勻涂抹在煤(巖)樣的上端面，而后將密封膠墊與環(huán)氧樹(shù)脂層粘合，將滲透缸體頂板放置在環(huán)氧樹(shù)脂層上，并用螺栓將滲透缸體頂板與環(huán)形密封桶用螺栓

連接并緊固；

[0072] S8：打開(kāi)進(jìn)氣端的閥門(mén)，并將進(jìn)氣口與高壓氦氣氣源連通，調(diào)節(jié)氦氣的壓力使其為預(yù)定數(shù)值；而后打開(kāi)出氣端的閥門(mén)，使高壓氦氣在進(jìn)氣端與出氣端的壓力差的作用下，經(jīng)由

煤(巖)樣的環(huán)形實(shí)體流動(dòng)至出氣端，并讀取出氣端流量計(jì)的數(shù)值，待其數(shù)值穩(wěn)定后，隨即記

錄下此時(shí)的氦氣氣體流量，進(jìn)而可獲取相應(yīng)的滲透系數(shù)數(shù)值；

[0073] S9：待煤(巖)樣滲透系數(shù)測(cè)試完畢后，卸下滲透缸體頂板與底板的螺栓、環(huán)形密封桶，應(yīng)用刀片刮除密封膠墊；而后將煤(巖)樣放置在鋼制底板上，并將放置有煤(巖)樣的鋼

制底板安設(shè)于加壓裝置下方，而后開(kāi)啟加壓裝置，重復(fù)S3，則試驗(yàn)完畢。

[0074] 步驟S1具體包括以下步驟：[0075] S11：將煤礦井下采集的煤(巖)樣切割成直徑200mm，高度400mm的圓柱體型后，用砂紙?jiān)诿?巖)樣端面與環(huán)形表面進(jìn)行打磨，而后以煤(巖)樣端面中心為基準(zhǔn)，用游標(biāo)卡尺

測(cè)定端面中心四個(gè)正交方向上的距離，若任意兩個(gè)測(cè)試的偏差小于0.5mm，則煤(巖)樣尺寸

滿足試驗(yàn)要求；

[0076] S12：在煤(巖)樣的中心位置沿軸向方向，應(yīng)用取芯裝置對(duì)制備的直徑200mm，高度400mm的圓柱體型煤(巖)樣進(jìn)行取芯，使其中心形成直徑40mm的鉆孔，取芯的深度與煤(巖)

樣高度相等。

[0077] 步驟S2具體包括以下步驟：[0078] S21：所述鋼制底板上帶有直徑略大于煤(巖)樣外徑的圓形凹槽，用以對(duì)煤(巖)樣進(jìn)行定位；所述保溫圓筒材質(zhì)為聚苯乙烯泡沫塑料，其作用在于隔絕注入反應(yīng)型高分子材

料后煤(巖)樣與外界的溫度；所述鋼制頂蓋板為圓環(huán)狀，其內(nèi)徑略小于煤(巖)樣的內(nèi)徑，外

徑略大于煤(巖)樣外徑；

[0079] S22：所述彈簧放置于煤(巖)樣的中心孔內(nèi)，其外徑與鋼制頂蓋板的內(nèi)徑相等，高度與鋼制頂蓋板的上表面齊平，其作用在于加壓裝置對(duì)煤(巖)樣加壓的過(guò)程中，將產(chǎn)生一

定程度的壓縮變形，彈簧亦將隨之而發(fā)生壓縮變形，該壓縮變形使得彈簧的環(huán)與環(huán)之間的

間隙減小，從而防止煤(巖)樣內(nèi)表面的煤(巖)屑脫落。

[0080] 步驟S4具體包括以下步驟：[0081] S41：記錄下應(yīng)力?應(yīng)變曲線到達(dá)峰值時(shí)的軸向應(yīng)力數(shù)值后，移除鋼制頂蓋板；將保溫圓筒上設(shè)置的溫度測(cè)量端口與溫度傳感器連接；所述溫度測(cè)量端口以煤(巖)樣中心為基

準(zhǔn)，每60°布置一個(gè)，六個(gè)為一組；沿煤(巖)樣軸向方向以距離端面50mm平面為基準(zhǔn)，每50mm

布置一組；所述溫度傳感器為超聲波溫度傳感器，但不僅限于該種溫度傳感器；

[0082] S42：將一定量的反應(yīng)型高分子材料漿液注入到煤(巖)樣的中心孔內(nèi)，應(yīng)用硬紙板蓋住煤(巖)樣的上端面，使之阻擋注入中心孔內(nèi)的高分子材料漿液因膨脹而溢出。

[0083] 步驟S5具體包括以下步驟：[0084] S51：自注入高分子材料漿液后，隨即開(kāi)啟溫度傳感器，并每間隔10s記錄下每個(gè)溫度傳感器的示數(shù)與對(duì)應(yīng)的時(shí)刻；

[0085] S52：直至連續(xù)120min內(nèi)溫度傳感器的示數(shù)變化小于0.5℃時(shí)，停止記錄溫度傳感器的示數(shù)；觀測(cè)煤(巖)樣中各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫度是否超過(guò)了AQ1089?2011中規(guī)定的140℃，若

超過(guò)了該溫度，則該反應(yīng)型高分子材料不滿足工程應(yīng)用的要求。

[0086] 步驟S6具體包括以下步驟：[0087] S61：待溫度測(cè)試完畢后，在煤(巖)樣的中心位置沿軸向方向，應(yīng)用取芯裝置對(duì)煤(巖)樣進(jìn)行取芯，移除煤(巖)樣中心孔內(nèi)反應(yīng)固化后的高分子材料，使其中心形成直徑

40mm的鉆孔；在煤(巖)樣的下端面上，均勻涂抹上環(huán)氧樹(shù)脂，并將密封膠墊與環(huán)氧樹(shù)脂層粘

合；所述環(huán)氧樹(shù)脂用于對(duì)煤(巖)樣的下端面進(jìn)行密封，防止煤(巖)樣透氣系數(shù)測(cè)定過(guò)程中，

試驗(yàn)氣體經(jīng)下端面流出而影響試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果；所述密封膠墊為橡膠材質(zhì)，其為臺(tái)階圓盤(pán)狀，

密封膠墊的小直徑與滲透缸體底板上圓形凹槽的直徑相等，密封膠墊的大直徑大于小直

徑；所述滲透缸體底板中心設(shè)有高度大于密封膠墊厚度與煤(巖)樣高度之和的圓柱，且圓

柱上設(shè)有密集的開(kāi)孔，用以保證氣體從圓柱的開(kāi)孔進(jìn)入煤(巖)樣體內(nèi)；

[0088] S62：所述滲透缸體底板和環(huán)形密封桶兩端均設(shè)有對(duì)應(yīng)的法蘭，且法蘭上開(kāi)設(shè)有螺栓孔，通過(guò)螺栓緊固滲透缸體底板和環(huán)形密封桶，擠壓密封膠墊的外緣實(shí)現(xiàn)對(duì)煤(巖)樣底

端面的密封；所述環(huán)形密封桶內(nèi)層上設(shè)有篩孔，且環(huán)形密封桶內(nèi)徑大于煤(巖)樣的外徑，使

得試驗(yàn)氣體經(jīng)由煤(巖)樣中心孔流出其環(huán)形表面，經(jīng)過(guò)篩孔，并由設(shè)置于環(huán)形密封桶外壁

上的出氣口流出。

[0089] 步驟S7具體包括以下步驟：[0090] S71：在煤(巖)樣的上端面上，均勻涂抹上環(huán)氧樹(shù)脂，并將密封膠墊與環(huán)氧樹(shù)脂層粘合；所述環(huán)氧樹(shù)脂用于對(duì)煤(巖)樣的上端面進(jìn)行密封，防止煤(巖)樣透氣系數(shù)測(cè)定過(guò)程

中，試驗(yàn)氣體經(jīng)上端面流出而影響試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果；

[0091] S72：所述滲透缸體頂板與滲透缸體底板尺寸相同，所述滲透缸體頂板上部開(kāi)設(shè)有進(jìn)氣口，用于為試驗(yàn)氣體的流動(dòng)提供通道；用螺栓將滲透缸體頂板與環(huán)形密封桶用螺栓連

接并緊固。

[0092] 步驟S8具體包括以下步驟：[0093] S81：所述進(jìn)氣端的閥門(mén)安設(shè)于進(jìn)氣管路上，進(jìn)氣管路與滲透缸體頂板上的進(jìn)氣口連接；打開(kāi)進(jìn)氣端的閥門(mén)，并連接高壓氦氣氣源；所述高壓氦氣氣源與煤(巖)體無(wú)任何物理

化學(xué)反應(yīng)，故應(yīng)用該氣體進(jìn)行煤(巖)體滲透系數(shù)的測(cè)試反映其自身對(duì)介質(zhì)的阻流屬性；

[0094] S82：所述高壓氦氣氣源與進(jìn)氣管路通過(guò)減壓閥連接，其作用在于控制煤(巖)樣進(jìn)氣端的氦氣氣體壓力數(shù)值；

[0095] S83：調(diào)節(jié)減壓閥，使進(jìn)氣端的氦氣氣體壓力數(shù)值滿足試驗(yàn)要求，而后打開(kāi)出氣端的閥門(mén)，并記錄出氣端流量計(jì)的數(shù)值；所述出氣端流量計(jì)為質(zhì)量流量計(jì)，但不僅限于該種類(lèi)

型的流量計(jì)；

[0096] S84：待出氣端流量計(jì)示數(shù)在連續(xù)1h內(nèi)，相對(duì)偏差小于1％時(shí)，表示氦氣的流動(dòng)已達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)，隨即記錄下此時(shí)的氦氣氣體流量，進(jìn)而獲取相應(yīng)的滲透系數(shù)數(shù)值；所述煤

(巖)樣滲透系數(shù)按下式進(jìn)行計(jì)算：

[0097][0098] 式中：q為單位面積氦氣流量，m3/(m2.d)；R1為煤(巖)樣的內(nèi)徑，m；R0為煤(巖)樣的外徑，m；p0為煤(巖)樣進(jìn)氣端的氦氣氣體壓力，MPa；p1為煤(巖)樣出氣端的氦氣氣體壓力，

2 2

MPa；λ為煤(巖)樣滲透系數(shù)，m/(MPa .d)。

[0099] 步驟S9具體包括以下步驟：[0100] S91：待煤(巖)樣滲透系數(shù)測(cè)試完畢后，卸下滲透缸體頂板與底板的螺栓、環(huán)形密封桶，應(yīng)用刀片刮除密封膠墊；

[0101] S92：將煤(巖)樣放置在鋼制底板上，并將放置有煤(巖)樣的鋼制底板安設(shè)于加壓裝置下方，而后開(kāi)啟加壓裝置，重復(fù)S3，直至煤(巖)樣應(yīng)力?應(yīng)變曲線達(dá)到峰值后隨即停止

加壓，并記錄下此時(shí)的軸向應(yīng)力；

[0102] S93：通過(guò)對(duì)比注入反應(yīng)型高分子材料前后的煤(巖)樣應(yīng)力?應(yīng)變曲線達(dá)到峰值時(shí)的軸向應(yīng)力，判斷該種高分子材料對(duì)加固的作用效果；若注入反應(yīng)型高分子材料后的煤

(巖)樣應(yīng)力?應(yīng)變曲線達(dá)到峰值時(shí)的軸向應(yīng)力大于注入前，則表明該種高分子材料對(duì)加固

有明顯的有效效果，反之則無(wú)。

[0103] 另一方面，如圖1所示，本發(fā)明提供一種礦用反應(yīng)型高分子材料注漿后與煤巖混合體的特性連續(xù)測(cè)定裝置，包括圓柱形煤(巖)樣1，所述圓柱形煤(巖)樣1中心沿軸向方向貫

穿開(kāi)設(shè)有鉆孔，所述煤(巖)樣1底部設(shè)置有鋼制底板6，頂部設(shè)有鋼制頂蓋板5，所述鉆孔內(nèi)

設(shè)置有彈簧3，還灌有高分子材料漿液以及對(duì)其邊界進(jìn)行約束的硬紙板；還包括用于包裹煤

(巖)樣1外壁的保溫圓筒2，所述保溫圓筒2上設(shè)有多個(gè)溫度測(cè)量端口4，以及與溫度測(cè)量端

口4連接的溫度傳感器，還包括用于向所述煤(巖)樣1施加軸向應(yīng)力的壓力機(jī)，所述壓力機(jī)

能夠顯示軸向應(yīng)力數(shù)值和應(yīng)力?應(yīng)變曲線。

[0104] 通過(guò)本裝置，可檢測(cè)礦用高分子材料注漿后與煤巖混合體的溫度和強(qiáng)度特性，具體如下：

[0105] 通過(guò)開(kāi)啟壓力機(jī)對(duì)煤(巖)樣逐步施加軸向應(yīng)力，通過(guò)觀測(cè)煤(巖)樣的應(yīng)力?應(yīng)變曲線到達(dá)峰值后，即可停止加壓，并記錄下此時(shí)的軸向應(yīng)力數(shù)值，以檢測(cè)強(qiáng)度特性。

[0106] 在注入高分子材料漿液后，開(kāi)啟溫度傳感器，并每間隔10s記錄下每個(gè)溫度傳感器的示數(shù)與對(duì)應(yīng)的時(shí)刻；直至連續(xù)120min內(nèi)溫度傳感器的示數(shù)變化小于0.5℃時(shí)，可停止記錄

溫度傳感器的示數(shù)。觀測(cè)煤(巖)樣中各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫度是否超過(guò)了AQ1089?2011中規(guī)定的

140℃，若超過(guò)了該溫度，則該反應(yīng)型高分子材料不滿足工程應(yīng)用的要求。

[0107] 再一方面，如圖2所示，本發(fā)明提供一種礦用反應(yīng)型高分子材料注漿后與煤巖混合體的特性連續(xù)測(cè)定裝置，包括環(huán)形密封桶8，以及環(huán)形密封桶8內(nèi)的圓柱形煤(巖)樣1，所述

圓柱形煤(巖)樣1中心沿軸向方向貫穿開(kāi)設(shè)有鉆孔，所述煤(巖)樣上端面和下端面均設(shè)有

環(huán)氧樹(shù)脂層9，且在兩面環(huán)氧樹(shù)脂層9上均粘合有密封膠墊10，所述下端面的密封膠墊10連

接有滲透缸體底板7，所述上端面連接有滲透缸體頂板11，所述環(huán)形密封桶與滲透缸體底板

7、滲透缸體頂板11密封連接；所述環(huán)形密封桶包括內(nèi)層和外層，所述內(nèi)層上設(shè)有篩孔，所述

外層上設(shè)有出氣口18，所述出氣口上連接有出氣管路12，所述出氣管路12上設(shè)有出氣端閥

門(mén)及出氣端流量計(jì)16；所述滲透缸體底板7中部設(shè)有穿過(guò)鉆孔的圓柱管道，所述圓柱管道上

開(kāi)設(shè)有密集的開(kāi)孔；所述滲透缸體頂板11中心設(shè)有連通鉆孔和外部的進(jìn)氣口17，連接進(jìn)氣

管路13，所述進(jìn)氣管路13上設(shè)置有進(jìn)氣端閥門(mén)14及減壓閥15，所述進(jìn)氣管路13連接高壓氦

氣氣源。

[0108] 通過(guò)本裝置，可檢測(cè)礦用高分子材料注漿后與煤巖混合體的滲透特性，具體如下：[0109] 高壓氦氣氣源與煤(巖)體無(wú)任何物理化學(xué)反應(yīng)，故應(yīng)用該氣體進(jìn)行煤(巖)體滲透系數(shù)的測(cè)試可真實(shí)客觀的反映其自身對(duì)介質(zhì)的阻流屬性；所述高壓氦氣氣源與進(jìn)氣管路通

過(guò)減壓閥連接，其作用在于控制煤(巖)樣進(jìn)氣端的氦氣氣體壓力數(shù)值；調(diào)節(jié)減壓閥，使進(jìn)氣

端的氦氣氣體壓力數(shù)值滿足試驗(yàn)要求，而后打開(kāi)出氣端的閥門(mén)，并記錄出氣端流量計(jì)的數(shù)

值；所述出氣端流量計(jì)為質(zhì)量流量計(jì)，但不僅限于該種類(lèi)型的流量計(jì)；待出氣端流量計(jì)示數(shù)

在連續(xù)1h內(nèi)，相對(duì)偏差小于1％時(shí)，可認(rèn)為氦氣的流動(dòng)已達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)，隨即記錄下此時(shí)

的氦氣氣體流量，進(jìn)而可獲取相應(yīng)的滲透系數(shù)數(shù)值；所述煤(巖)樣滲透系數(shù)按下式進(jìn)行計(jì)

算：

[0110][0111] 式中：q為單位面積氦氣流量，m3/(m2.d)；R1為煤(巖)樣的內(nèi)徑，m；R0為煤(巖)樣的外徑，m；p0為煤(巖)樣進(jìn)氣端的氦氣氣體壓力，MPa；p1為煤(巖)樣出氣端的氦氣氣體壓力，

2 2

MPa；λ為煤(巖)樣滲透系數(shù)，m/(MPa .d)。

[0112] 本發(fā)明提供的煤礦用反應(yīng)型高分子材料注漿后與煤巖混合體的溫度、滲透特性、強(qiáng)度連續(xù)測(cè)定方法及裝置，通過(guò)加載使煤(巖)體發(fā)生塑性變形后，將反應(yīng)型高分子材料漿

液注入到煤(巖)樣的中心孔內(nèi)，模擬反應(yīng)型高分子材料漿液在煤(巖)體次生裂隙內(nèi)的流動(dòng)

情況，并通過(guò)設(shè)置于保溫圓筒上的溫度測(cè)量端口全方位測(cè)試注入高分子材料后煤(巖)體的

溫度變化情況，可為礦用反應(yīng)型高分子材料安全應(yīng)用可行性分析提供可靠的技術(shù)手段；通

過(guò)測(cè)定注入反應(yīng)型高分子材料后煤(巖)體的滲透系數(shù)，準(zhǔn)確表征注入反應(yīng)型高分子材料對(duì)

煤(巖)體堵水作業(yè)的應(yīng)用效果；通過(guò)對(duì)注入反應(yīng)型高分子材料前后煤(巖)體單軸抗壓強(qiáng)度

的對(duì)比測(cè)試，能真實(shí)客觀的反映注入反應(yīng)型高分子材料前后對(duì)發(fā)生塑性變形煤(巖)體的加

固效果，為評(píng)價(jià)注入反應(yīng)型高分子材料實(shí)施頂板加固、堵水等作業(yè)的安全性能與應(yīng)用效果

提供技術(shù)支撐。

[0113] 最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技

術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明

的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。