權(quán)利要求書： 1.一種利用無(wú)機(jī)納米環(huán)保材料提高松散厚煤層強(qiáng)度的方法，包括如下步驟：

1）初級(jí)硅溶膠制備：以活化后的高純硅粉和純水為原料，以胍類化合物為催化劑調(diào)節(jié)純水的pH，在60?90℃下進(jìn)行水解反應(yīng)一段時(shí)間后，制備得到初級(jí)硅溶膠；

2）過(guò)濾：將得到的硅溶膠經(jīng)濾網(wǎng)過(guò)濾，除去未反應(yīng)的硅粉；過(guò)濾采用0.5?1μm的濾網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾；

3）催化劑去除：將氨水加入到上述硅溶膠中，攪拌反應(yīng)一段時(shí)間后，再加入萃取劑，繼續(xù)攪拌一段時(shí)間后靜置分層，收集硅溶膠部分；

4）濃縮：將初始硅溶膠濃縮至質(zhì)量分?jǐn)?shù)30％以上，得到超高純硅溶膠；

5）煤樣原料制備：從蘆嶺煤礦Ⅲ811工作面選取煤樣，經(jīng)磨粉機(jī)破碎后，用分級(jí)篩選出

0.25mm以上、1mm以下的煤粉顆粒，放置在105℃恒溫烘干箱烘制；

6）煤樣制備：硅溶膠和煤樣原料混合，將一定質(zhì)量和濃度的硅溶膠與一定質(zhì)量烘干的煤粉顆?；旌蠑嚢杈鶆?，放入型煤模具壓制；

7）煤樣力學(xué)性能測(cè)試：利用萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)，重點(diǎn)研究不同硅溶膠濃度、質(zhì)量、凝膠時(shí)間對(duì)含硅溶膠煤樣力學(xué)特性的影響規(guī)律，確定硅溶膠最佳配比；所述凝膠時(shí)間為含硅溶膠煤樣制備好后，在25℃環(huán)境中靜置的時(shí)間；所述力學(xué)特性，包括抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度；其中抗剪強(qiáng)度的分析包括分析不同剪切角度條件下含不同濃度硅溶膠煤樣的剪應(yīng)力?應(yīng)變曲線的變化規(guī)律，分析不同濃度硅膠煤樣的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角；

具體分析步驟如下：

a）利用正交試驗(yàn)，設(shè)計(jì)準(zhǔn)備不同硅溶膠濃度、硅溶膠質(zhì)量、凝膠時(shí)間的煤樣，研究分析硅溶膠濃度、質(zhì)量和凝膠時(shí)間對(duì)含硅溶膠煤樣單軸抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律；

b）根據(jù)a）的分析，選擇最佳的凝膠時(shí)間和質(zhì)量，并保持固定不變，制備含不同濃度硅溶膠的煤樣，研究在凝膠時(shí)間、質(zhì)量一定的情況下煤樣在不同剪切角度下的抗剪強(qiáng)度和峰值應(yīng)變，獲得含不同濃度硅溶膠煤樣抗剪強(qiáng)度、峰值應(yīng)變隨剪切角度的變化規(guī)律，得到只有合理濃度的硅溶膠，才能保證含硅溶膠煤樣在具有一定抗剪強(qiáng)度的同時(shí)，又具有較大的塑性變形；

c）并利用公式 計(jì)算出不同剪切角度下破壞時(shí)的正應(yīng)力與剪應(yīng)力；其中P

為剪切面上的軸向破壞載荷，kN；σ為剪切面上的正應(yīng)力，MPa；τ為剪切面上的剪應(yīng)力，MPa；a2

為剪切面正應(yīng)力與豎直方向的夾角，°；A為剪切面的面積，mm；

d）選取曲線型抗剪強(qiáng)度，通過(guò)擬合含不同濃度硅溶膠煤樣在不同剪切破壞角度下的正應(yīng)力和剪應(yīng)力數(shù)值，獲得煤樣內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角隨其所含硅溶膠濃度的變化規(guī)律，以此確定松散綜放工作面含夾矸煤壁注硅溶膠防片幫的最佳濃度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用無(wú)機(jī)納米環(huán)保材料提高松散厚煤層強(qiáng)度的方法，其特征在于，所述胍類化合物選自硝基胍、三甲基胍、四甲基胍、聚六亞甲基胍中的任一種或幾種，加入胍類化合物調(diào)節(jié)純水的pH值為8?11，所述的反應(yīng)時(shí)間為6?12h。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用無(wú)機(jī)納米環(huán)保材料提高松散厚煤層強(qiáng)度的方法，其特征在于，所述加入氨水反應(yīng)1?2h后，加入萃取劑攪拌8?12h后，靜置分層，所述萃取劑為甲苯或環(huán)己酮中的一種或兩種；重復(fù)萃取2?4次。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用無(wú)機(jī)納米環(huán)保材料提高松散厚煤層強(qiáng)度的方法，其特征在于，所述采用減壓加熱濃縮或者超濾濃縮使得硅溶膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)30％以上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用無(wú)機(jī)納米環(huán)保材料提高松散厚煤層強(qiáng)度的方法，其特征在于，所述煤樣為利用萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)壓制加工成Φ50×100mm和Φ50×50mm的圓柱體型煤；所述萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)的使用參數(shù)為壓力50kN、保持恒定壓力10min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用無(wú)機(jī)納米環(huán)保材料提高松散厚煤層強(qiáng)度的方法，其特征在于，所述硅溶膠用量對(duì)煤樣抗剪強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的影響進(jìn)行匯總對(duì)比，綜合考慮得到硅溶膠最佳濃度和最佳用量。

說(shuō)明書： 一種利用新型無(wú)機(jī)納米環(huán)保材料提高松散厚煤層強(qiáng)度的方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及改善煤層強(qiáng)度研究領(lǐng)域，具體涉及一種利用新型無(wú)機(jī)納米環(huán)保材料提高松散厚煤層強(qiáng)度的方法。背景技術(shù)[0002] 目前，能源日益緊缺，煤層開采地質(zhì)條件越來(lái)越復(fù)雜，為加強(qiáng)環(huán)保理念，實(shí)行綠色開采，保護(hù)原始地質(zhì)環(huán)境，以前難開采的煤層如今也開始運(yùn)用新技術(shù)進(jìn)行開采，可以發(fā)現(xiàn)在采礦工程領(lǐng)域中工作面采高、采深逐年增加，松散煤層、高瓦斯礦井等復(fù)雜難采煤層，通過(guò)合理的注水和注漿，為煤層的開采提供技術(shù)支持，降低了開采難度和維護(hù)費(fèi)用，使松散煤層開采具有可行性。通過(guò)在煤層不穩(wěn)定區(qū)域進(jìn)行注漿加固和注水卸壓，提高煤層強(qiáng)度，防止有害氣體突出，工作面煤壁片幫、冒頂、底鼓等災(zāi)害發(fā)生。[0003] 但進(jìn)行注水、注漿時(shí)，需要提前確定注水、注漿量，才能更好的提高煤層強(qiáng)度，目前對(duì)于利用新型無(wú)機(jī)納米環(huán)保材料提高松散厚煤層強(qiáng)度的方法已經(jīng)開始應(yīng)用，但是在使用過(guò)程中如何獲得新型無(wú)機(jī)納米環(huán)保材料的最佳用量和最佳配比還比較困難。因此，如何精準(zhǔn)確定新型無(wú)機(jī)環(huán)保納米材料的用量非常有必要。發(fā)明內(nèi)容[0004] 針對(duì)上述技術(shù)背景提到的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種利用新型無(wú)機(jī)納米環(huán)保材料提高松散厚煤層強(qiáng)度的方法。[0005] 本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：[0006] 一種利用新型無(wú)機(jī)納米環(huán)保材料提高松散厚煤層強(qiáng)度的方法，包括如下步驟：[0007] 1)初級(jí)硅溶膠制備：以活化后的高純硅粉和純水為原料，以胍類化合物為催化劑調(diào)節(jié)純水的pH，在60?90℃下進(jìn)行水解反應(yīng)一段時(shí)間后，制備得到初級(jí)硅溶膠；[0008] 2)過(guò)濾：將得到的硅溶膠經(jīng)濾網(wǎng)過(guò)濾，除去未反應(yīng)的硅粉，過(guò)濾采用0.5?1μm的濾網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾；[0009] 3)催化劑去除：將氨水加入到上述硅溶膠中，攪拌反應(yīng)一段時(shí)間后，再加入萃取劑，繼續(xù)攪拌一段時(shí)間后靜置分層，收集硅溶膠部分；[0010] 4)濃縮：將初始硅溶膠濃縮至質(zhì)量分?jǐn)?shù)30％以上，得到超高純硅溶膠；[0011] 5)煤樣原料制備：[0012] 從蘆嶺煤礦Ⅲ811工作面選取煤樣，經(jīng)磨粉機(jī)破碎后，用分級(jí)篩選出0.25mm以上、1mm以下的煤粉顆粒，放置在105℃恒溫烘干箱烘制；

[0013] 6)煤樣制備：[0014] 硅溶膠和煤樣原料混合，將一定質(zhì)量和濃度的硅溶膠與一定質(zhì)量烘干的煤粉顆?；旌蠑嚢杈鶆?，放入型煤模具壓制；[0015] 7)煤樣力學(xué)性能測(cè)試：[0016] 利用萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)，重點(diǎn)研究不同硅溶膠濃度、質(zhì)量、凝膠時(shí)間(含硅溶膠煤樣制備好后，在25℃環(huán)境中靜置時(shí)間)對(duì)含硅溶膠煤樣力學(xué)特性(抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度)的影響規(guī)律，確定硅溶膠最佳配比。[0017] 進(jìn)一步的，所述胍類化合物選自硝基胍、三甲基胍、四甲基胍、聚六亞甲基胍中的任一種或幾種，加入胍類化合物調(diào)節(jié)純水的pH值為8?11，所述的反應(yīng)時(shí)間為6?12h。[0018] 進(jìn)一步的，所述加入氨水反應(yīng)1?2h后，加入萃取劑攪拌8?12h后，靜置分層，所述萃取劑為甲苯或環(huán)己酮中的一種或兩種；優(yōu)選地，重復(fù)萃取2?4次。[0019] 進(jìn)一步的，所述采用減壓加熱濃縮或者超濾濃縮使得硅溶膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)30％以上。[0020] 進(jìn)一步的，所述煤樣為利用萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)(壓力50kN、保持恒定壓力10min)壓制加工成Φ50×100mm和Φ50×50mm的圓柱體型煤。[0021] 進(jìn)一步的，所述硅溶膠含量對(duì)煤樣抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度的影響進(jìn)行匯總，綜合考慮得到硅溶膠最佳濃度和最佳用量。[0022] 本發(fā)明的有益效果：[0023] 本發(fā)明提出的利用新型無(wú)機(jī)納米環(huán)保材料硅溶膠提高松散厚煤層強(qiáng)度的方法，通過(guò)將不同濃度、質(zhì)量、靜置時(shí)間的環(huán)保材料和樣品煤混合后，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，最終確定了可以提高松散厚煤層強(qiáng)度的最佳濃度，該方法不僅可以用來(lái)確定硅溶膠的最佳濃度,也可以用于確定其它環(huán)保材料的最佳濃度。附圖說(shuō)明[0024] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖；[0025] 圖1是正交試驗(yàn)獲得的3個(gè)影響因子隨5個(gè)水平平均值的變化規(guī)律；[0026] 圖2是含不同濃度硅溶膠煤樣在不同剪切角度下的抗剪強(qiáng)度、峰值應(yīng)變的變化規(guī)律；[0027] 圖3是含不同濃度硅溶膠煤樣在不同剪切角度下的抗剪強(qiáng)度、峰值應(yīng)變的變化規(guī)律；[0028] 圖4是含硅溶膠煤樣內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角隨硅溶膠濃度的變化規(guī)律。具體實(shí)施方式[0029] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。[0030] 一種利用新型無(wú)機(jī)納米環(huán)保材料提高松散厚煤層強(qiáng)度的方法，制備方法包含如下步驟：[0031] 1)初級(jí)硅溶膠制備：以活化后的高純硅粉和純水為原料，以胍類化合物為催化劑調(diào)節(jié)純水的pH，在60?90℃下進(jìn)行水解反應(yīng)一段時(shí)間后，制備得到初級(jí)硅溶膠；所述胍類化合物選自硝基胍、三甲基胍、四甲基胍、聚六亞甲基胍中的任一種或幾種。加入胍類化合物調(diào)節(jié)純水的pH值為8?11，所述的反應(yīng)時(shí)間為6?12h。[0032] 2)過(guò)濾：將得到的硅溶膠經(jīng)濾網(wǎng)過(guò)濾，除去未反應(yīng)的硅粉，過(guò)濾采用0.5?1μm的濾網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾；優(yōu)選地，所述濾網(wǎng)為PP材質(zhì)濾網(wǎng)，過(guò)濾壓力為0.5?1MPa。[0033] 3)催化劑去除：將氨水加入到上述硅溶膠中，攪拌反應(yīng)一段時(shí)間后，再加入萃取劑，繼續(xù)攪拌一段時(shí)間后靜置分層，收集硅溶膠部分；加入氨水反應(yīng)1?2h后，加入萃取劑攪拌8?12h后，靜置分層，所述萃取劑為甲苯或環(huán)己酮中的一種或兩種；優(yōu)選地，重復(fù)萃取2?4次。[0034] 4)濃縮：將初始硅溶膠濃縮至質(zhì)量分?jǐn)?shù)30％以上，得到超高純硅溶膠。采用減壓加熱濃縮或者超濾濃縮使得硅溶膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)30％以上。[0035] 5)煤樣制備：[0036] 從蘆嶺煤礦Ⅲ811工作面選取煤樣，經(jīng)磨粉機(jī)破碎后，用分級(jí)篩選出0.25mm以上、1mm以下的煤粉顆粒，放置在105℃恒溫烘干箱烘制。

[0037] 6)硅溶膠和煤樣混合：[0038] 將一定質(zhì)量和濃度的硅溶膠與一定質(zhì)量烘干的煤粉顆?；旌蠑嚢杈鶆颍湃胄兔耗＞邏褐?。利用萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)(壓力50kN、保持恒定壓力10min)，壓制加工成Φ50×100mm和Φ50×50mm的圓柱體型煤；

[0039] 7)煤樣力學(xué)性能測(cè)試：[0040] 利用WAW?2000萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)，重點(diǎn)研究不同硅溶膠濃度、質(zhì)量、凝膠時(shí)間(含硅溶膠煤樣制備好后，在25℃環(huán)境中靜置時(shí)間)對(duì)含硅溶膠煤樣力學(xué)特性的影響規(guī)律。[0041] 硅溶膠與煤樣的吸滲作用主要表現(xiàn)在潤(rùn)濕性和親和力兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。將蘆嶺煤礦Ⅲ811松散厚煤層工作面取出的煤樣，篩出1mm以下煤粉，通過(guò)模具壓縮成Φ50×100mm和Φ50×50mm的煤樣，分別用于抗壓強(qiáng)度測(cè)試和抗剪強(qiáng)度測(cè)試，利用JY?PHA接觸角測(cè)量?jī)x，測(cè)量硅溶膠與煤樣的靜態(tài)接觸角，分析硅溶膠與煤樣的潤(rùn)濕性。同時(shí)，利用JYW?200全自動(dòng)表面張力儀，測(cè)量硅溶膠的表面張力，分析硅溶膠的親和力。

[0042] 硅溶膠與煤樣的接觸角為65.6°～67.5°(小于90°)，表明硅溶膠與煤樣具有較好的潤(rùn)濕性，在煤樣非飽和狀態(tài)下，硅溶膠能夠自動(dòng)滲入到煤樣內(nèi)部。另外，硅溶膠的表面張力為74.32mN/m，其與煤樣的親和力為38.55mN/m，表明硅溶膠與煤樣的親和力較好。因此，硅溶膠與煤樣具有較好的潤(rùn)濕性和親和力。[0043] 表1靜態(tài)接觸角、表面張力與親和力測(cè)試結(jié)果[0044][0045][0046] 抗壓強(qiáng)度測(cè)試：[0047] 利用WAW?2000萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)，重點(diǎn)研究不同硅溶膠濃度、質(zhì)量、凝膠時(shí)間(含硅溶膠煤樣制備好后，在25℃環(huán)境中靜置時(shí)間)對(duì)含硅溶膠煤樣力學(xué)特性的影響規(guī)律。因此，用于制備含硅溶膠煤樣的煤粉顆粒質(zhì)量恒定為254g。進(jìn)一步的，為揭示不同硅溶膠濃度(10％、15％、20％、25％、30％)、不同硅溶膠質(zhì)量(10g、15g、20g、25g、30g)和不同凝膠時(shí)間(1h、5h、

9h、13h、17h)對(duì)含硅溶膠煤樣單軸抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律，設(shè)計(jì)了3個(gè)影響因子(硅溶膠濃度、

3

質(zhì)量、凝膠時(shí)間)和5個(gè)水平的L25(5)正交試驗(yàn)，如表2所示，研究分析硅溶膠濃度、質(zhì)量、凝膠時(shí)間對(duì)含硅溶膠煤樣力學(xué)特性的影響規(guī)律。圖1給出了3個(gè)影響因子(濃度、質(zhì)量、凝膠時(shí)間)隨5個(gè)水平平均值(i＝1，2，3，4，5)的變化規(guī)律。

[0048] 表2L25(53)正交試驗(yàn)獲得的含硅溶膠煤樣單軸抗壓強(qiáng)度[0049][0050][0051] 抗剪強(qiáng)度測(cè)試：[0052] 利用WAW?2000萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)，重點(diǎn)研究含不同濃度硅溶膠(10％、15％、20％、25％、30％)煤樣在不同剪切角度(40°、45°、50°、55°、60°、65°)下的力學(xué)特性，用于制備含硅溶膠煤樣的煤粉顆粒質(zhì)量恒定為127g、硅溶膠質(zhì)量為15g(僅改變硅溶膠濃度)、硅溶膠凝膠時(shí)間為17h(含硅溶膠煤樣制備好后，在25℃環(huán)境中靜置時(shí)間)。含硅溶膠煤樣剪切試驗(yàn)過(guò)程中，所用煤樣為Φ50×50mm的圓柱體型煤，每個(gè)剪切角度1個(gè)試驗(yàn)煤樣，6個(gè)不同剪切角度，共計(jì)

30個(gè)試驗(yàn)煤樣；剪切試驗(yàn)過(guò)程中萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)采用位移控制，加載速率為3mm/min，加載過(guò)程中觀察含不同濃度硅溶膠煤樣的破壞特征。

[0053] 對(duì)含不同濃度硅溶膠煤樣在不同剪切角度時(shí)的剪應(yīng)力和應(yīng)變進(jìn)行試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)，不同剪切角度條件下含不同濃度硅溶膠煤樣的剪應(yīng)力?應(yīng)變曲線的變化規(guī)律基本相同，均經(jīng)歷了初始孔隙及裂隙壓實(shí)階段、彈性階段、破裂階段及峰后破壞階段。含不同濃度硅溶膠煤樣加載初期，剪應(yīng)力?應(yīng)變曲線呈上凹型，曲線斜率和剪切模量逐漸增大，煤樣被逐漸壓密。隨著加載載荷的增大，剪應(yīng)力?應(yīng)變曲線近似呈一次線性增長(zhǎng)關(guān)系，此時(shí)煤樣的剪切模量可視為常數(shù)，主要表現(xiàn)為彈性變形。隨著加載載荷的繼續(xù)增大，剪應(yīng)力?應(yīng)變曲線呈非線性增長(zhǎng)關(guān)系，曲線斜率逐漸減小，直至達(dá)到峰值剪切強(qiáng)度時(shí)，煤樣發(fā)生剪切破壞。

[0054] 另外，在相同硅溶膠濃度下，含硅溶膠煤樣抗剪強(qiáng)度隨剪切角度的增大而減小，相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度峰值應(yīng)變也減小，表明抗剪強(qiáng)度峰值及其應(yīng)變與剪切角度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。在相同剪切角度下，含硅溶膠煤樣抗剪強(qiáng)度隨硅溶膠濃度的增加而增大，在濃度30％時(shí)，其抗剪強(qiáng)度峰值最大；而抗剪強(qiáng)度峰值應(yīng)變隨硅溶膠濃度的增加呈先增大后減小的規(guī)律，在濃度25％時(shí)，峰值應(yīng)變最大，表明當(dāng)硅溶膠濃度由25％增大到30％時(shí)，含硅溶膠煤樣的延性將降低、脆性將增強(qiáng)。工程實(shí)踐中，通過(guò)在松散煤層內(nèi)注入合理濃度的硅溶膠，在一定程度上能夠提高煤體自身的抗剪強(qiáng)度和塑性變形。[0055] 為更好揭示含硅溶膠濃度對(duì)煤樣剪切特性的影響，依據(jù)含不同濃度硅溶膠煤樣在不同剪切角度時(shí)的剪應(yīng)力?應(yīng)變進(jìn)行總結(jié)，可以獲得含不同濃度硅溶膠煤樣在不同剪切角度時(shí)的破壞載荷、抗剪強(qiáng)度和峰值應(yīng)變，并利用公式(1)可以計(jì)算出含不同濃度硅溶膠煤樣在不同剪切角度下破壞時(shí)的正應(yīng)力與剪應(yīng)力，如表3所示。[0056][0057] 式中，P為剪切面上的軸向破壞載荷，kN；σ為剪切面上的正應(yīng)力，MPa；τ為剪切面上2

的剪應(yīng)力，MPa；a為剪切面正應(yīng)力與豎直方向的夾角，°；A為剪切面的面積，mm。

[0058] 表3含不同濃度硅溶膠煤樣剪切條件下的力學(xué)參數(shù)[0059][0060][0061] 依據(jù)表3中抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，可以獲得含不同濃度硅溶膠煤樣在不同剪切角度下的抗剪強(qiáng)度、峰值應(yīng)變的變化規(guī)律，如圖2所示?？梢钥吹剑煌羟薪嵌认?，含硅溶膠煤樣的抗剪強(qiáng)度隨濃度的增加而增大，峰值應(yīng)變隨濃度的增加先增大而后略有減小；當(dāng)硅溶膠濃度為25％時(shí)，峰值應(yīng)變達(dá)到最大。另外，可以看到，在相同硅溶膠濃度下，含硅溶膠煤樣抗剪強(qiáng)度隨剪切角度的增大而減小，相應(yīng)的峰值應(yīng)變也減小，表明煤樣易發(fā)生高角度的剪切破壞。[0062] 因此，通過(guò)提高硅溶膠濃度，可以提高含硅溶膠煤樣的抗剪強(qiáng)度，但當(dāng)硅溶膠濃度提高到一定程度后，其峰值應(yīng)變會(huì)減小，即當(dāng)硅溶膠濃度達(dá)到一定程度后含硅溶膠煤樣的延性將降低而脆性將增強(qiáng)。只有合理濃度的硅溶膠，才能保證含硅溶膠煤樣在具有一定抗剪強(qiáng)度的同時(shí)，又具有較大的塑性變形。[0063] 煤壁注硅溶膠防片幫最佳濃度：[0064] 煤樣的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角是衡量其自身抗剪強(qiáng)度的兩個(gè)重要指標(biāo)，其中內(nèi)聚力是同種物質(zhì)內(nèi)部相鄰各部分之間的相互吸引力；內(nèi)聚力越大，煤樣的抗剪切能力就越強(qiáng)，反映在煤樣的剪應(yīng)力?正應(yīng)力曲線上為曲線的截距。而內(nèi)摩擦角是反映煤樣內(nèi)部各顆粒間摩擦強(qiáng)度的大小；內(nèi)摩擦角越大，煤樣的抗剪切能力就越強(qiáng)，反映在煤樣的剪應(yīng)力?正應(yīng)力曲線上為曲線的傾角。因此，通過(guò)擬合含不同濃度硅溶膠煤樣在不同剪切破壞角度下的正應(yīng)力和剪應(yīng)力數(shù)值(表3)，可以獲得含不同濃度硅溶膠煤樣的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角，如圖2所示。[0065] 擬合后的拋物線與剪應(yīng)力軸的截距為含該濃度硅溶膠條件下煤樣的內(nèi)聚力，與剪應(yīng)力軸交點(diǎn)處的曲線外切線與正應(yīng)力軸的夾角為含該濃度硅溶膠條件下煤樣的內(nèi)摩擦角。擬合后獲得的含不同濃度硅溶膠煤樣的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角，如表4所示，其內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角隨硅溶膠濃度的變化規(guī)律，如圖4所示。

[0066] 表4含不同濃度硅溶膠煤樣的內(nèi)聚力與內(nèi)摩擦角[0067] 濃度/％ 10 15 20 25 30內(nèi)聚力/MPa 0.112 0.163 0.173 0.194 0.219

內(nèi)摩擦角/° 41.5 42 44 44.7 42.6

[0068] 可以看到，隨著硅溶膠濃度的增大，煤樣內(nèi)聚力呈上升趨勢(shì)；當(dāng)硅溶膠濃度從10％增大到30％時(shí)，煤樣內(nèi)聚力增大了195％，表明提高硅溶膠的濃度能使煤粉顆粒充分粘結(jié)，從而極大地改善煤樣力學(xué)性質(zhì)。另外，隨著硅溶膠濃度的增大，煤樣內(nèi)摩擦角呈先上升后下降的趨勢(shì)；當(dāng)硅溶膠濃度從10％增大到25％時(shí)，煤樣內(nèi)摩擦角增大了7％，而當(dāng)硅溶膠濃度進(jìn)一步增大到30％時(shí)，煤樣內(nèi)摩擦角將大幅減小，此時(shí)煤樣內(nèi)摩擦角僅增大了2.7％，表明提高硅溶膠的濃度并非總是能提高煤樣的內(nèi)摩擦角，當(dāng)硅溶膠濃度為25％時(shí)，煤樣內(nèi)摩擦角達(dá)到最大。[0069] 綜上所述，提高硅溶膠濃度可以提高含硅溶膠煤樣的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角，從而提高含硅溶膠煤樣的抗剪強(qiáng)度，但當(dāng)硅溶膠濃度超過(guò)25％時(shí)，又會(huì)導(dǎo)致含硅溶膠煤樣內(nèi)摩擦角的減小，從而降低含硅溶膠煤樣的抗剪強(qiáng)度。因此，25％的濃度可以作為蘆嶺煤礦Ⅲ811工作面煤壁注硅溶膠防片幫的最佳濃度，此濃度既可以保證含硅溶膠煤樣具有較高抗剪強(qiáng)度的同時(shí)，又具有較大的塑性變形。[0070] 因此，利用該方法獲得最佳濃度是可靠的。[0071] 有益效果如下：[0072] 本發(fā)明提出的利用新型無(wú)機(jī)納米環(huán)保材料硅溶膠提高松散厚煤層強(qiáng)度的方法，通過(guò)將不同濃度、質(zhì)量、靜置時(shí)間的環(huán)保材料和樣品煤混合后，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，最終確定了可以提高松散厚煤層強(qiáng)度的最佳濃度，該方法不僅可以用來(lái)確定硅溶膠的最佳濃度，也可以用于確定其它環(huán)保材料的最佳濃度。[0073] 在本說(shuō)明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

[0074] 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。