131-煤岩物理力学性质与冲击倾向性关系

煤岩物理力学性质与冲击倾向性关系

李宏艳

1,2

(1.煤炭科学研究总院,北京100013;2.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院),北京100013)

[摘　要]　冲击倾向性是煤岩介质的固有属性,是发生冲击矿压的必要条件,物理力学参数表征煤岩介质的性质,基于大量煤岩介质物理力学参数数据及冲击倾向性结果,分析了煤岩物理力学性质中吸水性、强度参数、变形参数与冲击倾向性之间的定量或定性关系。试验研究及理论分析结果表明,随着煤岩介质吸水性增强,其动态破坏时间越长,冲击能量指数越低,冲击倾向性程度越低;煤岩介质随着单轴抗压强度的增强,受载过程中积蓄的弹性应变能增大而耗散的永久变形能减少,冲击倾向性增加;弹性模量大于9G P a 时,冲击倾向性类别只为强冲击。

[关键词]　冲击倾向性;物理力学参数;动态破坏时间;冲击能量指数;弹性能量指数[中图分类号]T U 45 [文献标识码]A [文章编号]1006-6225(2011)03-0043-04

P h y s i c a l a n dMe c h a n i c a l P r o p e r t y o f C o a l a n dR o c k a n dI t s

R e l a t i o n s h i pw i t hR o c k -b u r s t L i a b i l i t y

L I H o n g -y a n

1,2

(1.C h i n a C o a l R e s e a r c h I n s t i t u t e ,B e i j i n g 100013,C h i n a ;

2.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o f C o a l R e s o u r c e s H i g h -e f f i c i e n c y M i n i n g a n d C l e a nU t i l i z a t i o n ,C h i n a C o a l R e s e a r c hI n s t i t u t e ,B e i j i n g 100013,C h i n a )

A b s t r a c t :R o c k -b u r s t l i a b i l i t y i s i n n e r p r o p e r t y o f c o a l a n d r o c k b o d y a n d i s n e c e s s a r y c o n d i t i o n o f r o c k -b u r s t .P h y s i c a l a n d m e c h a n i c a l p a r a m e t e r s r e p r e s e n t c o a l a n dr o c kb o d y 's p r o p e r t y .

B a s e d o na m o u n t o f e x p e r i m e n t a l d a t a o f p h y s i c a l ,m e c h a n i c a l p a r a m e t e r a n d r o c k -b u r s t l i a b i l i t y o f c o a l a n dr o c kb o d y ,t h e q u a l i t a t i v e a n d q u a n t i t a t i v e r e l a t i o n s h i p s o f w a t e r a b s o r b a b i l i t y ,s t r e n g t h ,d e f o r m a t i o n m o d u l e a n d r o c k -b u r s t l i a b i l i t y w e r e a n a l y z e d .R e s u l t s s h o w e d t h a t w i t h a b s o r b a b i l i t y o f c o a l a n d r o c k b o d y i n c r e a s i n g ,i t s d y n a m i c d a m a g e t i m e i n c r e a s e d ,r o c k -b u r s t e n e r g y i n d e x r e d u c e d a n d r o c k -b u r s t l i a b i l i t y d e c r e a s e d .W i t h u n i a x i a l c o m p r e s s i o n s t r e n g t hi n c r e a s e d ,e l a s t i c e n -e r g ya c c u m u l a t e di nl o a d i n gp r o c e d u r ei n c r e a s e da n dr e l e a s e dp e r m a n e n t d e f o r m a t i o ne n e r g yr e d u c e d ,s or o c k -b u r s t l i a b i l i t yi n -c r e a s e d .Wh e ne l a s t i c m o d u l e w a s l a r g e r t h a n 9G P a ,r o c k -b u r s t l i a b i l i t y o f a l l s a m p l e s w a s s t r o n g .

K e yw o r d s :r o c k -b u r s t l i a b i l i t y ;p h y s i c a l a n d m e c h a n i c a l p a r a m e t e r ;d y n a m i cd a m a g e t i m e ;r o c k -b u r s t e n e r g yi n d e x ;e l a s t i c e n e r g y i n d e x

[收稿日期]2011-02-25

[基金项目]国家重点基础研究发展计划(973计划)课题(2010226801)

[作者简介]李宏艳(1978-),女,河北唐山人,博士后,高级工程师,主要从事矿山岩石力学与煤岩动力灾害防治相关研究工作。

煤岩作为典型的脆性岩石赋存于复杂的地质环境中,煤岩介质的物理力学性质更趋于复杂化,尤其是具有积蓄变形能并产生冲击式破坏的性质,即

冲击倾向性,冲击倾向性是煤岩介质固有属性。煤岩介质冲击倾向性是引发煤矿冲击矿压等煤岩动力灾害的必要条件。因此,准确把握煤岩介质冲击倾向性的强弱,是控制冲击矿压等煤矿突发性灾害的重要前提。针对煤岩介质冲击倾向性实验、指标、判别,国内外学者作了大量研究工作,从不同角度对冲击倾向性的影响因素进行了分析,从而提出了一系列冲击倾向性评价指标,例如弹性能指标(W E T )

[1-3]、能量指标(P E S )[2]

、脆性指标修正值

(B I M )[4]

、能量耗散指标(K )[5]、动态破坏时间(D T )[6]、有效释放率

(B E R )[3,7]

、脆性指标

(B )[8]

,能量释放率(E R R)[9]

、有效冲击能

[10]

等。指标的提出为冲击倾向性评价奠定了基础,同时也为冲击矿压的预测预报提供了依据。而影响煤岩介质冲击倾向性的因素较多,主要分为内在因素与外部因素。内在因素以煤岩属性(矿物成分、碎屑含量、颗粒大小、岩石结构、颗粒接触方式、

胶结物成分、胶结类型)为主要影响因素的研究主要包括煤岩介质矿物成分及细观结构对冲击倾向性的影响

[11-12]

。外部因素主要体现在对煤岩体生

成条件、赋存环境、围岩应力、围岩性质(顶底板条件)以及密度、温度和湿度等的影响,如对组合煤岩结构冲击倾向性的试验研究

[13-14]

,探讨含水量对煤岩冲击倾向性的影响的研究

[15]

。煤岩

介质内在属性是决定煤岩介质冲击倾向性的内在因素,通过煤岩介质的物理力学参数加以定量表征,因此以煤岩物理力学参数为媒介,探讨冲击倾向性

第16卷第3期(总第100期)

2011年6月

煤　矿　开　采C o a l m i n i n g T e c h n o l o g y V o 1.16N o .3(S e r i e s N o .100)

J u n e 2011

DOI :10.13532/j .cn ki .cn11-3677/td .2011.03.013