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冲击地压是煤矿经常发生的主要灾害之一。煤岩冲击倾向性研究是冲击地压机理研究的重要组成部分,是冲击地压预测预报及防范治理的基础。世界上有关国家提出了各种鉴别冲击倾向的指标,其中具有代表性的有弹性能量指数、弹性变形指数、最大塑性变形速度、含水量指数、脆性系数、脆性破坏系数有效冲击能指数、极限能比、极限刚度比、破坏速度指数、应力应变时间特性指数及波兰岩石弹性能指数等[1]。我国煤炭行业标准中规定采用试验测得的冲击能量指数KE、弹性能量指数WET、动态破坏时间DT作为煤层冲击倾向性的分类指标[2]。
山东某矿主采煤层为3下煤,厚度3.70~8.35 m,平均厚7.14 m,开采深度700 m。在回采巷道掘进及工作面回采过程中出现了煤炮等冲击地压现象,但其强度和频次尚未对生产有较大影响。随着采深不断增加,矿井开采范围的扩大,发生冲击地压的危险必然增大。为保证安全生产,对主采煤层进行冲击倾向性试验研究是很有必要的。
1试验条件
朝阳煤矿3下煤现采采区为三一采区,为使冲击倾向性试验研究更有代表性,分别在3105工作面切眼、3107工作面材料道、3107工作面胶带道、3109工作面材料道、3109工作面胶带道共5个地点取样。放炮崩落大块煤后立即现场封蜡,以保证与现场有相同的湿度和含水率,然后运抵实验室,在实验室内经过切、磨,加工成直径50mm的圆柱体标准岩石试件。
试验在MTS岩石电液伺服试验机上进行,试验机的精度、刚度都符合煤炭行业冲击倾向性试验要求。根据行业标准和多年的试验经验,采用不同的加载方式和加载速率以测定煤层的冲击性指标。每个取样地点的试件均分作3组,每组3个试件,分别进行冲击性能指标试验。
2煤层冲击倾向性试验
2.1单轴抗压强度及冲击能量指数试验
煤岩试件的单轴抗压强度和冲击能量指数试验可以同时进行。根据经验在MTS上以0.0067mm/s的位移控制速度对试件进行准静态加载,可以测得试件的单轴抗压强度和单轴压缩下的全应力应变曲线,并进行煤的冲击能量指数计算。
值后消耗的变形能。
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