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沖擊地壓是煤礦經常發生的主要災害之一。煤巖沖擊傾向性研究是沖擊地壓機理研究的重要組成部分,是沖擊地壓預測預報及防范治理的基礎。世界上有關國家提出了各種鑒別沖擊傾向的指標,其中具有代表性的有彈性能量指數、彈性變形指數、最大塑性變形速度、含水量指數、脆性系數、脆性破壞系數有效沖擊能指數、極限能比、極限剛度比、破壞速度指數、應力應變時間特性指數及波蘭巖石彈性能指數等[1]。我國煤炭行業標準中規定采用試驗測得的沖擊能量指數KE、彈性能量指數WET、動態破壞時間DT作為煤層沖擊傾向性的分類指標[2]。
山東某礦主采煤層為3下煤,厚度3.70~8.35 m,平均厚7.14 m,開采深度700 m。在回采巷道掘進及工作面回采過程中出現了煤炮等沖擊地壓現象,但其強度和頻次尚未對生產有較大影響。隨著采深不斷增加,礦井開采范圍的擴大,發生沖擊地壓的危險必然增大。為保證安全生產,對主采煤層進行沖擊傾向性試驗研究是很有必要的。
1試驗條件
朝陽煤礦3下煤現采采區為三一采區,為使沖擊傾向性試驗研究更有代表性,分別在3105工作面切眼、3107工作面材料道、3107工作面膠帶道、3109工作面材料道、3109工作面膠帶道共5個地點取樣。放炮崩落大塊煤后立即現場封蠟,以保證與現場有相同的濕度和含水率,然后運抵實驗室,在實驗室內經過切、磨,加工成直徑50mm的圓柱體標準巖石試件。
試驗在MTS巖石電液伺服試驗機上進行,試驗機的精度、剛度都符合煤炭行業沖擊傾向性試驗要求。根據行業標準和多年的試驗經驗,采用不同的加載方式和加載速率以測定煤層的沖擊性指標。每個取樣地點的試件均分作3組,每組3個試件,分別進行沖擊性能指標試驗。
2煤層沖擊傾向性試驗
2.1單軸抗壓強度及沖擊能量指數試驗
煤巖試件的單軸抗壓強度和沖擊能量指數試驗可以同時進行。根據經驗在MTS上以0.0067mm/s的位移控制速度對試件進行準靜態加載,可以測得試件的單軸抗壓強度和單軸壓縮下的全應力應變曲線,并進行煤的沖擊能量指數計算。
值后消耗的變形能。
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