深部煤岩冲击力学试验研究

摘要：为获得煤矿深部煤层和岩层的冲击情况，对煤层和岩层的冲击力学参数进行了试验研究。结果表明：煤层的冲击力学参数中弹性能量指数、单轴抗压强度为强，动态破坏时间、冲击能量指数为弱，则可由煤层的冲击力学参数认为其具有强冲击性。顶板岩层的弯曲能量指数小于120kJ，大于15kJ，即顶板岩样具有弱冲击倾向性。底板岩样的弯曲能量指数小于15kJ，为Ⅰ类，即底板岩样具有无冲击倾向性。

关键词：冲击；煤层；动态破坏时间

1 地质条件

煤层煤岩类型为半暗型～半亮型，条带状结构，阶梯状断口，硬度中等，煤质较好。该煤层为复合结构煤层，分为槽上和槽下，槽上煤层厚度在0.59～4.26m，平均厚度2.54m；槽下煤层厚度厚度在0.91～2.81m，平均厚度1.49m；槽上与槽下煤层层间距在0.20～3.17m之间，平均间距0.60m。

槽煤层位于轴部构造部位，该区煤岩层总体走向70°～110°，倾向340°～20°，倾角10°～24°，平均倾角19°。受地质构造带的影响，百草台倒转向斜两轴附近煤层和岩层的产状以及煤层厚度变化较大，节理、裂隙发育。槽直接顶为粉砂岩，老顶为中、细砂岩，直接底为粉砂岩。

2 煤层冲击倾向性测试

利用TAW2000型电液伺服试验机及其配套的高速计算机数据采集处理系统、引伸计、载荷和位移传感器等装置，对煤的动态破坏时间、弹性能量指数、冲击能量指数、单轴抗压强度进行了测试。

1）煤动态破坏时间。煤样的动态破坏时间试验结果表明，煤样动态破坏时间最大值为491ms，最小值为222ms，平均值为402ms，小于500ms，大于50ms，根据《煤的冲击倾向性分类及指数的测定方法》，煤样的冲击倾向性为Ⅱ类，即具有弱冲击倾向性。

2）煤弹性能量指数。煤样的弹性能量指数试验结果可以看出，煤样弹性能量指数最大值为6.434，最小值为4.354，平均值为5.332，大于5，根据《煤的冲击倾向性分类及指数的测定方法》，认为煤样的冲击倾向性为Ⅲ类，即具有强冲击倾向性。

3）煤冲击能量指数。煤样的冲击能量指数试验结果表明，冲击能量指数最大值为3.089，最小值为1.852，平均值为2632，小于5，大于1.5，根据《煤的冲击倾向性分类及指数的测定方法》，认为煤样的冲击倾向性为Ⅱ类，即具有弱冲击倾向性。

4）煤单轴抗压强度。煤典型试样的单轴抗压强度结果表明，煤样单轴抗压强度最大值为31.223MPa，最小值为25146MPa，平均值为27.279MPa，大于14MPa，根据《煤的冲击倾向性分类及指数的测定方法》，测试煤样的冲击倾向性属于Ⅲ类，即测试煤样具有强冲击倾向性。

根据测试煤样冲击倾向性4个指数的判定结果，采用综合判定方法进行判断，对照煤的冲击倾向性综合评判结果表，结合每个测试值与该指数所在类别临近界定值的比较，四个指标中弹性能量指数、单轴抗压强度为强，动态破坏时间、冲击能量指数为弱，且单轴抗压强度大于14MPa，可认为测试煤样具有强冲击倾向性。

3 煤层顶、底板岩层冲击倾向性测试

依据国家标准《顶板岩层冲击倾向性分类及指数的测定方法》，分别计算顶板的弯曲能量指数，计算得到顶板岩层的弯曲能量指数为40.312kJ，小于120kJ，大于15kJ，应属Ⅱ类，认为顶板具有弱冲击倾向性。

对于底板岩层，参考国家标准《顶板岩层冲击倾向性分类及指数的测定方法》，计算底板的弯曲能量指数，计算得到测试底板岩层的弯曲能量指数为0.893kJ，小于15kJ，属于Ⅰ类，认为测试底板岩层无冲击倾向性。

4 结论

测试煤样的冲击力学参数中弹性能量指数、单轴抗压强度为强，动态破坏时间、冲击能量指数为弱，则可由煤层的冲击力学参数认为其具有强冲击性。顶板岩层的弯曲能量指数小于120kJ，大于15kJ，属于Ⅱ类，即测试顶板岩层具有弱冲击倾向性。测试底板岩层的弯曲能量指数小于15kJ，应属Ⅰ类，即底板岩层具有无冲击傾向性。

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作者简介：白志强（1984），男，山西忻州人，本科，助理工程师，主要从事煤矿采掘工作。