深部煤巖沖擊力學試驗研究

摘要：為獲得煤礦深部煤層和巖層的沖擊情況，對煤層和巖層的沖擊力學參數進行了試驗研究。結果表明：煤層的沖擊力學參數中彈性能量指數、單軸抗壓強度為強，動態破壞時間、沖擊能量指數為弱，則可由煤層的沖擊力學參數認為其具有強沖擊性。頂板巖層的彎曲能量指數小于120kJ，大于15kJ，即頂板巖樣具有弱沖擊傾向性。底板巖樣的彎曲能量指數小于15kJ，為Ⅰ類，即底板巖樣具有無沖擊傾向性。

關鍵詞：沖擊；煤層；動態破壞時間

1 地質條件

煤層煤巖類型為半暗型～半亮型，條帶狀結構，階梯狀斷口，硬度中等，煤質較好。該煤層為復合結構煤層，分為槽上和槽下，槽上煤層厚度在0.59～4.26m，平均厚度2.54m；槽下煤層厚度厚度在0.91～2.81m，平均厚度1.49m；槽上與槽下煤層層間距在0.20～3.17m之間，平均間距0.60m。

槽煤層位于軸部構造部位，該區煤巖層總體走向70°～110°，傾向340°～20°，傾角10°～24°，平均傾角19°。受地質構造帶的影響，百草臺倒轉向斜兩軸附近煤層和巖層的產狀以及煤層厚度變化較大，節理、裂隙發育。槽直接頂為粉砂巖，老頂為中、細砂巖，直接底為粉砂巖。

2 煤層沖擊傾向性測試

利用TAW2000型電液伺服試驗機及其配套的高速計算機數據采集處理系統、引伸計、載荷和位移傳感器等裝置，對煤的動態破壞時間、彈性能量指數、沖擊能量指數、單軸抗壓強度進行了測試。

1）煤動態破壞時間。煤樣的動態破壞時間試驗結果表明，煤樣動態破壞時間最大值為491ms，最小值為222ms，平均值為402ms，小于500ms，大于50ms，根據《煤的沖擊傾向性分類及指數的測定方法》，煤樣的沖擊傾向性為Ⅱ類，即具有弱沖擊傾向性。

2）煤彈性能量指數。煤樣的彈性能量指數試驗結果可以看出，煤樣彈性能量指數最大值為6.434，最小值為4.354，平均值為5.332，大于5，根據《煤的沖擊傾向性分類及指數的測定方法》，認為煤樣的沖擊傾向性為Ⅲ類，即具有強沖擊傾向性。

3）煤沖擊能量指數。煤樣的沖擊能量指數試驗結果表明，沖擊能量指數最大值為3.089，最小值為1.852，平均值為2632，小于5，大于1.5，根據《煤的沖擊傾向性分類及指數的測定方法》，認為煤樣的沖擊傾向性為Ⅱ類，即具有弱沖擊傾向性。

4）煤單軸抗壓強度。煤典型試樣的單軸抗壓強度結果表明，煤樣單軸抗壓強度最大值為31.223MPa，最小值為25146MPa，平均值為27.279MPa，大于14MPa，根據《煤的沖擊傾向性分類及指數的測定方法》，測試煤樣的沖擊傾向性屬于Ⅲ類，即測試煤樣具有強沖擊傾向性。

根據測試煤樣沖擊傾向性4個指數的判定結果，采用綜合判定方法進行判斷，對照煤的沖擊傾向性綜合評判結果表，結合每個測試值與該指數所在類別臨近界定值的比較，四個指標中彈性能量指數、單軸抗壓強度為強，動態破壞時間、沖擊能量指數為弱，且單軸抗壓強度大于14MPa，可認為測試煤樣具有強沖擊傾向性。

3 煤層頂、底板巖層沖擊傾向性測試

依據國家標準《頂板巖層沖擊傾向性分類及指數的測定方法》，分別計算頂板的彎曲能量指數，計算得到頂板巖層的彎曲能量指數為40.312kJ，小于120kJ，大于15kJ，應屬Ⅱ類，認為頂板具有弱沖擊傾向性。

對于底板巖層，參考國家標準《頂板巖層沖擊傾向性分類及指數的測定方法》，計算底板的彎曲能量指數，計算得到測試底板巖層的彎曲能量指數為0.893kJ，小于15kJ，屬于Ⅰ類，認為測試底板巖層無沖擊傾向性。

4 結論

測試煤樣的沖擊力學參數中彈性能量指數、單軸抗壓強度為強，動態破壞時間、沖擊能量指數為弱，則可由煤層的沖擊力學參數認為其具有強沖擊性。頂板巖層的彎曲能量指數小于120kJ，大于15kJ，屬于Ⅱ類，即測試頂板巖層具有弱沖擊傾向性。測試底板巖層的彎曲能量指數小于15kJ，應屬Ⅰ類，即底板巖層具有無沖擊傾向性。

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作者簡介：白志強（1984），男，山西忻州人，本科，助理工程師，主要從事煤礦采掘工作。