131-煤岩物理力学性质与冲击倾向性关系

煤、岩试样采样要求1．采样目的测试煤层及其围岩层的物理力学性能并进行冲击倾向性鉴定。

2．采样基本要求为了保证试验结果具有代表性，应分2个地方采取每一个煤层及围岩的煤、岩样各一份。

2.1煤层取样根据煤层厚度分层取样，煤厚3.0m以下，采一组煤样；5.0以下，采两组煤样，一组靠近煤层顶板取样；另一组靠近煤层底板取样。

煤层厚度大于5.0m，应分上、中、下采取三组煤样；如煤厚大于10m，可根据煤厚度，分更多层次采取煤样或用钻机采取煤样。

2.2 岩样取样1）在煤层顶板30m以内的岩层中，分别取不同岩性，单层厚度大于2m的各分岩层为1组采取岩样。

2）煤层直接底板厚度大于2.0m采取一组底板岩样；底板厚度小于1.0m，采取两组不同岩性底板岩样。

3）如煤层中有夹矸层，采取夹矸作为一组岩样。

4）岩样每组４块，煤样每组7块。

所采的岩块与煤块的规格大体为长×宽×高＝25cm×25cm×20cm的六面体，其高度方位应垂直煤、岩层的层理面。

所采集的岩(煤)样不得有明显裂隙。

5）如煤体强度较低、解理和裂隙发育或为软岩采不出上述大块煤、岩样，可采取较小煤、岩块，其最小尺寸不得小于（长×宽×高＝）15cm×15cm×15cm的六面体。

3．采样方法3.1 巷道采样可在新掘出的穿层巷道或石门中用煤电钻或风镐采样；如在老巷道应在松动圈以外，采用掘窝或用钻机采集煤、岩样。

3.2 单一中厚煤层取样在单一中厚煤层中可回采、或综掘工作面选采取新冒落、没有裂隙并其清楚层位的煤、岩块作为试件，3.3 钻机采样1）当用地质钻机采取煤、岩芯作为试样时，至少打两个钻孔，取两组岩芯；钻取的煤、岩芯直径不得小于70mm；钻机应垂直岩层层理钻取岩芯。

2）钻机采取岩芯深度，应根据煤层综合柱状图，在煤层顶板30m 以内的岩层中，分别钻取不同岩性，单层厚度大于2m的各分岩层的岩样。

3.4 弯曲强度试件取样在做岩层冲击倾向性鉴定试验中需测试该岩层弯曲强度，要求试件长轴平行岩层层面，最好采取岩块做试件；如用钻机，应平行岩层层面钻取岩芯，岩芯直径大于50mm。

煤矿冲击地压的影响因素及事故防治措施发表时间：2019-05-24T11:45:57.127Z 来源：《防护工程》2019年第3期作者：岳彩辉[导读] 冲击地压是煤矿生产所面临的严重自然灾害之一，伴随着煤炭开采逐渐往深部转移，冲击地压发生的强度和频繁程度日益增加。

山东能源唐口煤业有限公司 271000摘要：冲击地压是煤矿生产所面临的严重自然灾害之一，伴随着煤炭开采逐渐往深部转移，冲击地压发生的强度和频繁程度日益增加。

同时，生产实践也表明煤矿冲击地压的发生没有明显的前兆，而且在各种类型的煤层、地质构造、顶板条件下都发生过这种破坏力极大的动力灾害现象。

一旦发生，很可能会造成难以估量的经济损失和巨大的人员伤亡。

因此，研究冲击地压的发生机理和防治措施是急切的并且非常必要的。

关键词：煤矿；冲击地压；防治措施 1冲击地压具有以下明显的显现特征（1）突发性没有明显的宏观前兆而突然发生，过程短暂（持续几秒到几十秒），难以事先准确确定发生时间、地点和强度。

（2）瞬时震动性过程急剧而短暂，伴有巨大声响和强烈震动，重型设备被移动，人员被弹起摔倒，震动范围可达几千米甚至几十千米，地面有震感，但震动持续时间一般不超过几十秒。

（3）巨大破坏性顶板可能瞬间明显下沉，但一般不冒落；底板可能突然开裂鼓起甚至接顶；常有大量煤块甚至上百立方米的煤体突然破碎从煤壁抛出，堵塞巷道，损坏设备。

造成惨重的人员伤亡和巨大的经济损失。

（4）复杂性在自然地质条件上，除褐煤以外的各种煤种都记录到冲击现象，采深从200～1000m，地质构造从简单到复杂，煤层从薄到厚，倾角从水平到急斜，顶板包括砂岩、灰岩、油母页岩等都发生过冲击地压。

1 发生机理煤岩体在构造应力以及重力的影响下聚集了大量的弹性能量，在巷道掘进或者工作面推进的过程中，原始的平衡状态遭到破坏，当应力达到煤岩体极限强度时，煤岩体内聚集的高强度弹性能量快速地释放，其中大多数以动能的形式释放，并且可能伴随着响声和瓦斯等气体的喷出，对安全生产和工人的安全造成严重威胁。

煤层冲击倾向性分类及指数的测定方法中国矿权网（）发布时间：2012-2-14 12:54:18 本标准以中波科技合作项目"煤层冲击倾向性的研究"等成果及十几年来广泛应用为依据，参考了原煤炭工业部颁布的《冲击地压煤层安全开采暂行规定》，对MT/T 174-1987《煤层冲击倾向指数测定方法》进行了修订。

本标准修改了煤的动态破坏时间、弹性能量指数的测定方法，补充了冲击能量指数的测定及煤层冲击倾向性分类。

本标准自生效之日起，代替MT/T 174-1987。

本标准的附录A是标准的附录，附录B、附录C、附录D、附录E是提示的附录。

本标准由国家煤炭工业局行业管理司提出。

本标准由煤炭工业煤矿专用设备标准化技术委员会归口。

本标准由煤炭科学研究总院北京开采研究所负责起草。

本标准主要起草人：王淑坤、齐庆新、康立军。

本标准委托煤炭科学研究总院北京开采研究所负责解释。

1 范围本标准规定了煤层冲击倾向性分类及冲击倾向指数测定所采用的设备、仪器、试件、测定步骤和计算方法。

本标准适用于煤层冲击倾向性分类以及在实验室条件下，能够加工成标准试件的煤的冲击倾向指数的测定。

2 引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。

本标准出版时，所示版本均为有效。

所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。

MT 44-1987煤和岩石单向抗压强度及软化系数的测定方法3 定义和符号本标准采用下列定义和符号。

3.1 煤层冲击倾向性bursting liability of coal煤体所具有的积蓄变形能并产生冲击式破坏的性质。

煤层冲击倾向性的强弱，可用一个指数或几个指数来衡量。

冲击倾向性分强冲击倾向、弱冲击倾向、无冲击倾向。

3.2 动态破坏时间duration of dynamic fracture煤试件在单轴压缩状态下，从极限强度到完全破坏所经历的时间，单位ms，用DT表示。

汶上义桥煤矿3煤层及其顶、底板冲击倾向性鉴定试验报告煤科总院北京开采研究所岩石力学实验室天地科技股份有限公司开采设计事业部2012年10月8日委托单位：汶上义桥煤矿有限责任公司项目名称：汶上义桥煤矿3煤层及其顶、底板冲击倾向性鉴定试验标准：《煤和岩石物理力学性质测定方法》MT44-87、MT45-87、MT47-87、MT173-87 、GB/T 25217.1-2010 、GB/T 25217.2-2010等试验设备：德国WPM1000kN的万能试验机等试验人员：邢润娥，陈庆钊数据处理：杨磊报告编写：杨磊审核：潘俊锋煤炭科学研究总院北京开采研究所岩石力学实验室二〇一二年十月八日目录1矿井概况 (1)2采样 (1)3试验项目 (2)3.1 煤样的物理力学性质 (2)3.1.1 煤样的物理性质 (2)3.1.2 煤样的力学性质 (3)3.2 岩样的物理力学性质 (3)3.2.1 岩样的物理性质 (3)3.2.2 岩样的力学性质 (3)3.3 煤的冲击倾向性鉴定 (3)3.4 顶、底板岩层冲击倾向性鉴定 (3)4试件加工与试验 (5)4.1 试件加工 (5)4.2 试件数量 (5)4.3 试验 (5)4.3.1 试验设备与仪器 (5)4.3.2 试验方法 (5)5试验结果 (7)5.1 煤层试样物理力学性质 (7)5.1.1 煤层试样的物理性质 (7)5.1.2 煤层试样的力学性质 (7)5.2 煤层围岩试样物理力学性质 (8)5.2.1 煤层围岩试样的物理性质 (8)5.2.2 煤层围岩试样的力学性质 (9)5.3 煤层冲击倾向性鉴定 (12)5.4 顶、底板岩层冲击倾向性鉴定 (14)5.4.1 3号煤顶板冲击倾向性鉴定结果 (14)5.4.2 3号煤底板冲击倾向性鉴定结果 (14)6结论 (15)1矿井概况义桥井田位于山东省汶上县义桥乡境内，距汶上县城区12km。

地理坐标：东经116︒31'00"～116︒35'30"，北纬35︒39'00"～35︒41'30"，东西长约6.8km，南北宽约4.6km，面积约31.4km2。

ＳｅｒｉａｌＮｏ．６１２Ａｐｒｉｌ２０２０现　代　矿　业ＭＯＤＥＲＮＭＩＮＩＮＧ总第６１２期２０２０年４月第４期 杜　哲（１９９５—），男，硕士研究生，２３２００１安徽省淮南市田家庵区泰丰大街１６８号。

某煤矿煤岩冲击倾向性试验及分析杜　哲（安徽理工大学能源与安全学院） 摘　要　为了保证矿井的安全生产，采用煤岩冲击倾向性指数的测定方法，对淮北某煤矿三水平１０煤煤岩层冲击倾向性的鉴定过程进行了系统的分析。

针对该煤矿的特点，运用ＭＴＳ ８１６型煤岩体力学试验系统对该煤岩层进行冲击倾向性试验，得出了所采煤样的动态破坏时间为５３５ ７３ｍｓ，冲击能量指数为３ ２３；单轴抗压强度为５ ５７ＭＰａ，弹性能量指数为３ １１；所采岩样顶底板的弹性模量分别为６ ３４，６ ５９ＧＰａ，抗拉强度分别为２ ６２，２ ８８ＧＰａ；计算出弯曲能量指数分别为８ ２５，７ ０８ｋＪ。

根据煤炭行业标准的规定，对得出的相关指标进行具体分析，表明该煤矿１０煤煤岩层均无冲击倾向性。

结合实际试验操作过程，从各种角度提出了提高试验准确性建议，以保证试验高效准确完成。

关键词　冲击倾向性　冲击能量指数　弹性能量指数　动态破坏时间ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４ ６０８２．２０２０．０４．０６０ 冲击地压是指煤矿井巷或工作面周围煤岩体由于弹性变形能的瞬时释放而产生的突然、剧烈破坏的动力现象，常伴有煤岩体瞬间抛出、巨响及气浪等［１ ２］。

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，为能够更精确地预测冲击地压事故，提高煤岩冲击倾向性试验的准确性是很有必要的。

淮北某煤矿地质类型综合评定为极复杂类型。

１０煤组位于山西组中部，为中厚煤层，可采点１８１个，煤厚０．８～４．９９ｍ，平均为２．０６ｍ，煤层结构较复杂。

随着开采深度的增加，加之冲击地压发生机理又较为复杂，影响因素众多，为了提前做好预警防治准备，对可能有冲击危险性的煤岩层进行冲击倾向性鉴定具有重要意义。

定
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样一般规定
基本信息
【英文名称】Methods for determining the physical and mechanical properties of coal and rock―Part 1：General requirements for sampling
【标准状态】现行
【全文语种】中文简体
【发布日期】2009/4/8
【实施日期】2009/12/1
【修订日期】2009/4/8
【中国标准分类号】D04
【国际标准分类号】73.010
关联标准
【代替标准】暂无
【被代替标准】暂无
【引用标准】GB/T 19222
适用范围&文摘
GB/T 23561的本部分规定了煤和岩石物理力学性质测定所需煤样、岩样采样的术语和定义、设备工具和包装器材、技术要求、采样方法、记录与编号、封固与装箱和煤样、岩样后处理工作。

本部分适用于煤及与煤层相关岩层中岩石的基本性质测定及冲击倾向性测试等室内实验.。

3.1 项目研究的意义近年来，冲击地压灾害日趋频繁和普遍，冲击地压问题已经成为我国深部煤炭开采必须面对和解决的首要安全生产课题之一。

根据冲击地压发生规律的统计资料，地质构造发育的区域往往更容易发生冲击地压，其中断层便是一种重要的诱发冲击地压发生的构造形式[1-3]，由断层活化引起的冲击地压往往具有冲出煤量大、破坏性强、发生突然而猛烈的特点。

2005年阜新孙家湾煤矿发生“2.14”瓦斯爆炸事故[4]，造成214人死亡，事故发生前该区域先发生了冲击地压，冲击地压造成巷道通风不畅和瓦斯异常涌出，瓦斯积聚而最终引发大爆炸。

事故正是由于开采活动引起断层活化进而诱发冲击地压引起，属于典型的断层活化诱发型冲击地压。

2011年千秋煤矿掘进巷道发生了“11.3”特大冲击地压事故，巷道发生严重的挤压垮冒，将正在该巷作业的矿工封堵或掩埋其中，最终仍造成10人遇难，64人受伤，近400m巷道严重损毁，而贯穿整个矿区的F16逆冲断层以及工作面的数个小断层是引发此次冲击地压的重要地质构造因素，事故调查组认定事故直接原因为开采活动导致上覆砾岩层诱发下伏F16逆断层活化引发[5]。

因此，由断层活化诱发冲击地压问题的研究是十分必要和迫切的。

地质构造的形成过程存在着复杂的应力场演化，复杂的构造应力状态增加了断层相关问题研究的难度，对于断层方面的研究，地震学家们对各种形式的断层模型做了相关研究，也取得了一系列研究成果，但这些仅限于断层在地震学上的意义，并不涉及开采扰动或采场覆岩运动等对断层结构的影响以及开采扰动、断层活化、工作面冲击这三者之间的作用联系，对断层冲击地压发生机理的认识不足。

鉴于此，本研究着眼于开采扰动、断层活化、煤岩冲击失稳这三个看似独立实际却存在联系的过程，通过相似模型实验、煤岩组合结构实验等手段，研究开采扰动引起断层活化进而诱发冲击地压的过程，旨在揭示采动影响下断层活化的机理以及断层活化与煤岩冲击失稳之间的作用联系，研究成果服务于诸如义马矿区这类断层控制下的冲击地压的防范和治理。

底板岩层冲击倾向性判定方法李宏艳; 崔聪; 齐庆新; 李凤明; 邓志刚; 赵善坤; 孙中学【期刊名称】《《煤矿安全》》【年(卷),期】2019(050)012【总页数】5页(P184-188)【作者】李宏艳; 崔聪; 齐庆新; 李凤明; 邓志刚; 赵善坤; 孙中学【作者单位】煤炭科学技术研究院有限公司北京100013; 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; 北京市煤矿安全技术研究中心北京 100013【正文语种】中文【中图分类】TD324煤矿开采过程中，采掘空间的破坏和变形一直是我国煤矿灾害中最高发的事故之一，煤体和巷道围岩冲击地压的发生主要受冲击倾向性、力源及弱面结构3 个因素影响，其中冲击倾向性是导致冲击地压发生的内在因素也是不忽视的问题。

冲击倾向性是指煤岩体集聚变形能并发生冲击破坏的性质，是煤岩固有属相，是发生冲击地压的必要条件。

根据煤岩位置的不同，分为煤体冲击倾向性、顶板岩层冲击倾向性和底板岩层冲击倾向性[1]。

底板冲击是由于巷道底板岩层受力达到或超过自身承载极限，导致弹性能释放的现象。

严重时，造成采掘空间支护设备的破坏及巷道变形，对矿井安全生产及矿井工作人员的生命安全造成重大威胁，而目前并没有公认的底板冲击倾向性判别的标准。

国内外对底板岩层冲击显现特征、发生机理及防治技术进行了大量研究。

DRIAD LEBEAU L 等[2-5]对巷道底板底鼓、失稳破坏进行了相关研究；Ortlepp W D 等[6]对巷道底板冲击启动原理进行研究；牛宝林[7]针对底板冲击现象，指出顶板-煤层-底板处于弹性平衡状态，当维持这种平衡的条件被破坏时，底板就会将其储存的弹性能释放出来；王本强[8]认为构造应力为冲击地压的发生提供了必要的力源条件，而坚硬底板的存在保证了大量弹性变形能的储存，二者促使巷道底板型冲击地压显现；曹安业[9]分析了巷道底板的冲击诱发机理，提出通过改变巷道底板的抗弯强度可降低巷道底板冲击诱发条件；徐方军等[10]在实验室试验和数值模拟基础上，提出了煤层爆破卸压、煤层注水弱化及底板爆破卸压等有效防止底板冲击地压发生的方式；潘俊峰[11]揭示了全煤巷道底板冲击启动实质来自于两帮高集中应力区，底板只是能量传递与释放的载体；邰英楼[12]分析了顶底板冲击地压发生的机理，指出底板发生前的受力特点是承受较大的拉应力，在平面假设基础上建立了数学模型，给出了有关的计算公式。

（一）名词解释（5个题，每题3分，共15分）1、煤与瓦斯突出：在压力作用下，破碎的煤与瓦斯由煤体内突然向采掘空间大量喷出，是另一种类型的瓦斯特殊涌出。

2、冲击地压：冲击地压又称岩爆，是指井巷或工作面周围岩体，由于弹性变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象，常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象。

3、冲击能量指数：煤的冲击能量指数是指煤样在常规单轴压缩试验条件下，全应力-应变曲线峰值前所积聚的变形能与峰值后所消耗的变性能的比值。

4、弹性能量指数：在单轴压缩条件下，煤样破坏前聚集的变性能与产生的塑性变形消耗的能量的比值。

5、动态破坏时间：煤的动态破坏时间是评价煤体冲击倾向性的指标之一，指的是煤样在常规单轴压缩条件下，从极限载荷到完全破坏的时间。

6、单轴抗压强度：单轴抗压强度是无围压岩样在纵向压力作用下出现压缩破坏时单位面积上所承受的载荷7、弯曲能量指数：弯曲能量指数是根据采空区顶板悬臂岩梁的力学模型，提出来作为评判顶板冲击倾向性的指标，该指标包含了开采深度、顶板性质、采空区状况等一系列因数。

8、钻孔瓦斯涌出初速度：在煤层中按规定的技术要求施工钻孔，在达到预定深度，2min时，在规定长度钻孔内涌出的瓦斯流量。

9、钻屑瓦斯解吸指标△h2：煤样（10克）自煤体脱落暴露于大气之中第四分钟和第五分钟的瓦斯解吸所产生的压差，单位为Pa。

10、钻屑瓦斯解吸指标K1：煤样自煤体脱落暴露于大气之中解吸第一分钟内，每克煤样的瓦斯解吸总量，单位为ML/（g·min0.5）。

11、钻屑量S：重量法：每钻进1m钻孔，收集全部钻屑，用弹簧秤重所得出的钻屑量，单位为kg·m-1。

容量法：每钻进1m钻孔，收集全部钻屑，用量袋或量杯计量钻屑容积所得出的钻屑量，单位为L·m-1。

12、钻屑量指数：钻出的煤粉量与正常排粉量之比。

13、保护层开采：一般是指在突出矿井的煤层群中首先进行开采的非突出危险性煤层，开采保护层后，对有突出危险性的煤层产生保护作用，使之消除或减少突出危险性，达到防止煤与瓦斯突出的目的。