围岩冲击倾向性分析

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摘要：本文作者对长矿4槽煤顶底板岩石进行了采样，按照要求加工成标准试件并进行测试。结合测试结果，通过理论计算得到了岩石冲击倾向性的判定值，进而对长矿4槽煤层顶底板冲击倾向性进行了分析。分析结果为长矿矿井动力灾害防治提供了理论参考。

关键词：冲击地压 冲击倾向性 弯曲能量指数 弹性模量

冲击地压是煤矿动压现象之一，其往往造成严重的人员伤亡和经济损失。随着我国煤矿开采深度和开采强度的增加，冲击地压问题将越来越突出。为了认识长矿4槽煤顶底板岩石的力学性质和冲击倾向性，我们对岩样的力学性质和冲击倾向性进行了测试。测试结果可为长矿矿井动力灾害防治提供理论参考。

1、采样说明及试件加工

1.1 采样说明

为了分析4槽煤顶底板岩石的冲击倾向性，制定的采样方案为在4槽综采工作面，选择三个不同的高应力区域，分别取顶、底板试样各3块，岩样尺寸要求不小于200mm×200mm×200mm，运至井上包装、装箱，并标注采样地点。

1.2 试件加工

根据测试项目，将岩样加工成符合要求的标准试件，尺寸为5cm×5cm×10cm，顶底板各加工岩石试件10个。

2、冲击倾向性分析测试内容

对4槽煤顶底板岩样，分别测试岩样的物理性质和力学性质，并据此计算出岩样的弯曲能量指数，确定冲击倾向性。

(1)测定长矿4槽煤顶底板的各项物理力学指标；(2)据物理力学指标计算出岩样的弯曲能量指数，确定冲击倾向等级。

3、测试方法及测定成果

3.1 测定方法

(1)天然视密度：

测定三次，取算术平均值，计算结果取两位小数，相邻两次测定结果差值不得超过0.05 g/cm3。

(2)单向抗压强度：

(3)抗拉强度：

(4)抗剪强度：

单个试件剪切破坏面上的正应力、剪应力按下式计算：

根据不同剪切角45、55、65o条件下，所测得的 、 值，绘制强度曲线，求C、 值，将剪切强度曲线简化为直线。

3.2 测定成果

顶底板均为较致密的粉、细砂岩，节理裂隙不发育。通过实验测定和理论计算得出了4槽煤层顶底板岩层的物理力学性质，详细指标见表1。

表1 岩石物理力学性质指标测定成果表

岩样

编号 岩石

名称 天然

视密度(Kg/m3) 抗拉

强度(MPa) 抗压

强度(MPa) 弹性

模量(MPa) 泊松比（μ） 凝聚力（MPa） 内摩擦角（°） 坚固性系数（f）

顶板 粉、细砂岩 2741 10.91 112.88 74171 0.23 17.40 56 11.3

底板 粉、细砂岩 2677 10.31 85.88 53774 0.20 14.60 52 8.6

4、冲击倾向性理论计算

测试4槽煤顶底板各分层的弯曲强度，依此计算其弯曲能量指数及复合顶底板弯曲能量指数，判定4槽煤顶底板的冲击倾向性。

岩层的冲击倾向性鉴定遵照中华人民共和国煤炭行业标准《岩石冲击倾向分类及指数的测定方法》（MT/T866-2000），根据送检岩样测试及计算数据进行评判。表2是判定岩层冲击倾向性类别的依据。

表2 岩层冲击倾向性评判

类 别 1类 2类 3类

名 称 无冲击倾向 弱冲击倾向 强冲击倾向

指数/KJ ≤10

10＜ ≤100

＞100

按行标要求应测定并计算煤层围岩30m内复合岩层弯曲能量，作为判定岩层冲击倾向性的依据。单一岩层弯曲能量指数的计算公式如下：

判断岩石冲击倾向性用弯曲能量指数 指标，其表达式如下：

式中： -弯曲能量指数，KJ； -抗弯强度，根据标准此参数可用抗拉强度代替，MPa；h-单一岩层厚度，m；E-弹性模量，MPa；P0-岩块赋存深度处的垂直应力，MPa。

5、结语

表3为长矿4槽煤顶底板复合岩层弯曲能量计算结果，根据标准可用抗拉强度代替抗弯强度。

表3 4槽煤顶底板复合岩层弯曲能量指数分析结果

抗弯强度MPa 弹性模量MPa 垂直应力MPa 弯曲能量指数KJ

顶板 10.91 74171 10.40 30.19

底板 10.31 53774 10.40 36.15

长矿4槽煤复合顶底板的弯曲能量指数分别为30.19KJ和36.15KJ，均大于10KJ，小于100KJ，按标准MT/T866-2000所示，4槽煤层顶底板岩层均应属于2类，具有弱冲击倾向性的顶板岩层。

参考文献

[1]李宏艳.煤岩物理力学性质与冲击倾向性关系[J].煤矿开采,2011(3).

[2]孟召平.煤系岩石冲击倾向性试验研究[J].中国科技论文,2007(7).

[3]肖为国.饱水状态对岩石冲击倾向性影响的研究[J].山东国土资源,2009(9).