3煤層及其頂沖擊傾向性鑒定.docx

1、實用標準文案汶上義橋煤礦3煤層及其頂、底板沖擊傾向性鑒定試驗報告煤科總院北京開采研究所巖石力學實驗室天地科技股份有限公司開采設(shè)計事業(yè)部2012年10月8日委托單位:汶上義橋煤礦有限責任公司項目名稱:汶上義橋煤礦 3煤層及其頂、底板沖擊傾向性鑒試驗標準:煤和巖石物理力學性質(zhì)測定方法MT44-87.M T45-87、M T47-87> MT173-87、GB/T 25217.1010、GB/T25217.2010 等精彩文檔試驗設(shè)備:德國W PM lOOOkN的萬能試驗機等試驗人員:邢潤娥，陳慶釗數(shù)據(jù)處理: 報告編寫: 審 核：潘俊鋒煤炭科學研究總院北京開采研究所巖石力學實驗室O二年十月八日

2、礦井概況 采樣一 試驗項目煤樣的物理力學性質(zhì)-3.1.1煤樣的物理性質(zhì).3.1.2煤樣的力學性質(zhì).巖樣的物理力學性質(zhì)-3.2.1巖樣的物理性質(zhì).3.2.2巖樣的力學性質(zhì).煤的沖擊傾向性鑒定頂、底板巖尉P擊傾向性鑒定3.4試件加工與試驗4.1試件加工，4.2試件數(shù)量'4.3試驗.4.3.1試驗設(shè)備與儀器4.3.2試驗方法試驗結(jié)果煤層試樣物理力學性質(zhì)5.1.1煤層試樣的物理性質(zhì)5.1.2煤層試樣的力學性質(zhì).煤層囤巖試樣物理力學性質(zhì)5.2.1條層圍巖試樣的物理性質(zhì).522 煤層圍巖試樣的力學性質(zhì)煤層沖擊傾向性鑒定125.4頂、底板巖尉卡擊傾向性鑒定145.4.1 3號煤頂板沖擊傾向性鑒定結(jié)果

3、145.4.2 3號煤底板沖擊傾向性鑒定結(jié)果14156 結(jié)論1礦井概況義橋井田位于山東省汶上縣義橋鄉(xiāng)境內(nèi)，距汶上縣城區(qū) 12km O地理坐標:東經(jīng) 116 31 00 116 35 30 ,北緯 35 39 00 35 41 30 ,東西長約 6.8km ,南北寬約4.6km ,面積約31.4km 2o兗（州）新（鄉(xiāng)）鐵路橫穿井田南側(cè)，西到荷澤與京九鐵路相連，至新鄉(xiāng)與京廣鐵路相接，東至兗州與京滬鐵路線和兗（州）石（臼所）鐵路連通。兗（州）汶（上）公路橫貫井田區(qū)東北側(cè)，公路四通八達，交通十分2采樣本次實驗采樣進行沖擊傾向性鑒定及常規(guī)物理、 力學性質(zhì)測定。為保證測定結(jié)果的準確性，選収兩個地方進行采

4、樣，具體采樣位置見圖2-1 O測定的煤巖層為3號煤層及其頂?shù)装鍘r層，圖2吆為3煤層頂?shù)装宓刭|(zhì)柱狀圖。中粒砂巖砂質(zhì)泥巖泥巖細砂巖圖2吃3 煤層地質(zhì)柱狀圖3試驗項目3.1 煤樣的物理力學性質(zhì)3.1.1 煤樣的物理性質(zhì)分別測試3號煤層試樣的視密度和含水率。3.L2煤樣的力學性質(zhì)分別測試3號煤層試樣的單軸抗拉強度、單軸抗壓強度、彈性模量、泊松比、變角剪強度、粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角。3.2 巖樣的物理力學性質(zhì)3.2.1 巖樣的物理性質(zhì)分別測試3號煤層圍巖試樣的視密度和含水率。3.2.2 巖樣的力學性質(zhì)分別測試3號煤層圍巖試樣的單軸抗拉強度、 單軸抗壓強度、彈性模量、泊松比、變角剪強度、粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角。3.3

5、 煤的沖擊傾向性鑒定分別測試3號煤層試樣的動態(tài)破壞時間、彈性能量指數(shù)和沖擊能量指數(shù)等,依此判定義橋煤礦3號煤層的沖擊傾向性。煤的沖擊傾向性的鑒定遵照中華人民共和國標準 煤的沖擊傾向性分類及指數(shù)的測定方法(GBA 25217.2010 ),根據(jù)送檢煤樣測試及計算數(shù)據(jù)進行評判。表3-1是判定煤的沖擊傾向性類別的依據(jù)。表3-1煤的沖擊傾向性類別、名稱及指數(shù)類別I類II類III類沖擊傾向無弱強動態(tài)破壞時間m SDT 50050DT500DT50指苛A匕丄丄卜匕拓U7 LF /OCW廠WFTL丿+1丄IJ匕車奴H L 1 1 LJU沖擊能量指數(shù)K E <1.51.5Ke5Ke5數(shù)單軸抗壓強度MPa

6、Rc<77Rc14Rc14備注：當DT、Wet、Ke、UCS的測定值發(fā)生矛盾時，應增加試件數(shù)量，其分類可采用模 糊綜合評判的方法或概率統(tǒng)計的方法。3.4 頂、底板巖層沖擊傾向性鑒定測試3號煤層頂、底板巖層的彎曲強度，依此計算其彎曲能量指數(shù)及復合頂板彎曲能量指數(shù)，判定3號煤層頂、底板的沖擊傾向性。巖層的沖擊傾向性鑒定遵照中華人民共和國煤炭行業(yè)標準頂板巖層沖擊傾向分類及指數(shù)的測定方法(GB/T 25217.1-2010 ),根據(jù)送檢巖樣測試及計算數(shù)據(jù)進行評判。表3吆是判定巖層沖擊傾向性類別的依據(jù)，底板巖層沖擊傾向性參照頂板巖層計算方法確定。表3吃頂板巖層沖擊傾向性類別、名稱及指數(shù)類別I類II

7、類m類名稱無沖擊傾向弱沖擊傾向強沖擊傾向彎曲能量指數(shù)/kJU W Q W 1515< U ff Q W120U WQ >1204試件加工與試驗試件加工與試驗遵照中華人民共和國煤炭行業(yè)標準 煤和巖石物理力學性質(zhì)測定方法MT44_87、MT45"87、M T47W7、M T 173_87及煤的沖擊傾向性分類及指數(shù)的測定方法(GBA 25217.2010 ).頂板巖層沖擊傾向分類及指數(shù)的測定方法(GB/T 25217.1-2010 )的規(guī)定執(zhí)行。4.1試件加工首先將煤、巖塊夾持在鉆石機的加工平臺上，用金剛石鉆頭鉆取直徑為50m m煤、巖試樣。然后用鋸石機將煤、巖試樣鋸成高100

8、mm和25m m左右的圓柱體。鉆和鋸煤、巖試件時用水冷卻。最后在磨平機上將煤、巖試件兩端磨平，研磨時 要求試件兩端面不平行度不得大于 0.01mm ,上、卞端直徑的偏差不得大于0.2mm,并用乳化液冷卻。4.2試件數(shù)量試件尺寸及數(shù)量，根據(jù)合同規(guī)定的測定指標，按煤、巖性質(zhì)，測定方法的規(guī)定執(zhí)行。試件尺寸分別為e 50X lOOmm . (l)50X50mm和4> 50X25mm ,共加工煤巖樣試件116塊。4.3 試驗4.3.1 試驗設(shè)備與儀器試驗設(shè)備有W PM 25kN的德國材料試驗機、德國W PM lOOOkN的萬能試驗機。測試設(shè)備有采集速度為0.1ms的高速計算機數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、MD

9、G動態(tài)電阻應 變儀、KC型靜態(tài)電阻應變儀及配套的載荷和位移傳感器。4.3.2 試驗方法(1)力學性質(zhì)測試方法試件的單軸抗拉強度采用巴西法間接測定， 試驗是在W PM 25kN的德國材料試驗機上進行。試件 的單軸抗 壓強度及彈性模 量、泊松比 的測定是在德國W PM lOOOkN的萬能試驗機上進行的。（2）煤動態(tài)破壞時間、彈性能量指數(shù)和沖擊能量指數(shù)測定方法a.動態(tài)破壞時間用載荷傳感器測量試件承受的載荷，直至試件破壞。測得的信號通過動態(tài)電阻應變儀傳給0.1ms級的計算機數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)測得數(shù)據(jù)，直接繪出相應的動態(tài)破壞時間曲線，并可將曲線圖中最大破壞載荷的關(guān)鍵處放大， 精 確地給試件的動

10、態(tài)破壞時間（DT值）。b.彈性能量指數(shù)用載荷傳感器測量試件承受的載荷，用位移傳感器測量試件的軸向變形， 直至試件破壞。測得的信號，由計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄、貯存，并直接繪出彈性能量指數(shù)計算圖，再由計算機直接積分出彈性應變能值和總應變能值。C.沖擊能量指數(shù)用載荷傳感器測量試件承受的載荷，用位移傳感器測量試件的全程軸向變形，用O.lm S級高速計算機數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)采集測得的數(shù)據(jù)，并根據(jù)測試數(shù)據(jù) 給出試件的全應力應變曲線圖，再按標準要求由計算機積分出峰值前積聚的變形 能和峰值后耗損變形能。5試驗結(jié)果5.1 煤層試樣物理力學性質(zhì)511煤層試樣的物理性質(zhì)山東義橋煤礦3號煤層試樣物理性質(zhì)測定結(jié)果見表5-

11、1 O表5-1 山東義橋煤礦3號煤層試樣的物理性質(zhì)測試結(jié)果樣別視密度水g含水率%3煤11346.452.7021348.203.1431364.403.06平均值13532.975.1.2煤層試樣的力學性質(zhì)山東義橋煤礦3號煤層試樣的力學性質(zhì)測定結(jié)果見表5£ . 5-3。圖5-1 . 5£是山東義橋煤礦3號煤層試樣的應力-應變曲線圖和強度曲線圖。表5吃山東義橋煤礦3號煤層試樣的力學性質(zhì)測試結(jié)果樣別項t:單向抗壓強度 汕Pa單冋抗拉強度 /MPa彈性模 量XiPa泊松比粘結(jié) 力AlPa內(nèi)摩擦角強度公式112.230.705.340.31212.741.32/3煤317.630.

12、665.410.355.629T 二5.6+0415.280.81/覽29 °5/1.78/平均值14.471.055.380.33表5七 山東義橋煤礦3煤層試樣抗剪切強度測試結(jié)果(MPa)冃樣別38°45°53°61°正應力剪應力正應力剪應力正應力勢應力正應力剪應力3煤118.7614.6612.0412.048.8211.714.107.40218.4514.4117.9617.9610.8714.433.666.61319.4315.1814.0614.065.977.925.239.43416.5112.9012.8112.819.75

13、12.942.875.19平均值18.2914.2914.2214.228.8611.753.977.15號煤層試樣應力-應變曲線圖圖 5-1 3a圖5吃3 號煤層試樣強度曲線圖5.2 煤層圍巖試樣物理力學性質(zhì)521煤層圍巖試樣的物理性質(zhì)山東義橋煤礦3號煤層圍巖試樣物理性質(zhì)測定結(jié)果見表表5-3 山東義橋煤礦3號煤層圍巖試樣物理性質(zhì)測試結(jié)果樣別視密度/kg 含水率頂板12549.660.6822535.620.7232520.460.97平均值25350.79底板12541.860.8022546.040.8832555.550.87平均值25480.855.2.2煤層圍巖試樣的力學性質(zhì)山東義橋

14、煤礦3號煤層圍巖試樣的力學性質(zhì)測定結(jié)果見表至5-6是山東義橋煤礦3號煤層圍巖試樣的應力-應變曲線圖和強度曲線表5叫山東義橋煤礦3號煤層圍巖試樣力學性質(zhì)測試結(jié)果目樣別單向抗 壓強度 /MPa單向抗 拉強度 /MPa彈性 模量 /GPa泊松 比粘結(jié) 力AlPa內(nèi)摩 擦角 /。強度公式159.097.6726.680.2219.125T=19.1 +0龜25 °252.986.84/383.047.6842.120.30473.877.82/551.967.87/平均值64.197.5834.400.26底扳162.375.5324.750.2216.528T =16.5+ 0電28 &#

15、176;243.455.3018.620.34366.977.0622.140.18449.084.59/562.886.56/平均值56.955.8121.840.25目樣別38°45°53°61°正應力列應力正應力列應力正應力剪應力正應力舅應力頂板150.9739.8243.2143.2124.9933.1614.7426.59258.7545.9040,0840.0823.2730.8710.0218.08353.0641.4541.0841.0823.7831.5615.1027.23456.7444.3335.3635.3622.6430.05

16、13.2023.81平均值54.8842.8839.9339.9323.6731.4113.2623.93底板155.7743.5740,0040.0032.2442.7812.0521.74259.1846.2431.1531.1523.9331.758.1014.61348.1637.6234.9334.9328.3537.6210.3918.74457.9745.2935.1435.1426.1734.7211.6420.99平均值55.2743.1835.3135.3127.6736.7210.5419.02表5七山東義橋煤礦3煤層圍巖抗剪切強度測試結(jié)果(MPa)體積 縱向 橫向100

17、0806040x=1192y 二 31.12-2000-100010002000U圖5專頂板試樣應力-應變曲線圖0ex=-256y=31.1x=1890y=605x=-673y=6053000U e圖5T底板試樣應力-應變曲線圖a圖5吒頂板試樣強度曲線圖圖56 底板試樣強度曲線圖5.3 煤層沖擊傾向性鑒定山東義橋煤礦3號煤層試樣動態(tài)破壞時間，沖擊能量指數(shù)和彈性能量指數(shù)等測定結(jié)果見表5-7。161m St 大于 50m s,山東義橋煤礦3號煤層試樣的動態(tài)破壞時間測試平均值為小于500ms,按標準中的判斷指標應為弱沖擊傾向性；沖擊能量指數(shù)的測試平均值 為1.38 ,小于1.5 ,按標準的判斷指標應

18、為無沖擊傾向性；彈性能量指數(shù)的測試平均值為2.28 ,大于2,小于5,按標準的判斷指標應為弱沖擊傾向性；單軸抗壓強度的測試平均值為14.47 ,大于14,按標準的判斷指標應為強沖擊傾向性。根據(jù)判定煤層沖擊傾向性4個指數(shù)各自特性，對各指標進行綜合判定3號煤層屬于II類, 為具有弱沖擊傾向性的煤層。圖5-7是山東義橋煤礦3號煤層試樣的動態(tài)破壞時間曲線，圖58是3號煤層 試樣的沖擊能量曲線，圖5T是3號煤層試樣的彈性能量曲線。羊別動態(tài)破壞 時間 DT.ta S沖擊能量 指數(shù),.KE彈性能量 指數(shù),.wET單軸抗壓強度Rc Pa3煤1581.60/12.232652.112.2912.7432161.

19、081.8617.6343281.163.2415.2851360.961.71/平均值1611.382.2814.47沖擊傾向性 判定結(jié)果弱沖擊傾 向性無沖擊傾 向性弱沖擊傾 向性強沖擊傾 向性表5T 山東義橋煤礦3號煤層試樣沖擊傾向性各項指數(shù)測定結(jié)果K( PL (jn m圖5-8 山東義橋煤礦3號煤層試樣沖擊能量曲線圖5勺山東義橋煤礦3號煤層試樣彈性能量曲線5.4 頂、底板巖層沖擊傾向性鑒定5.4.1 3號煤頂板沖擊傾向性鑒定結(jié)果表5-8為義橋煤礦3號煤頂板巖層彎曲能量計算結(jié)果，根據(jù)標準可用抗拉強 度代替抗彎強度。義橋煤礦3號煤頂板巖層彎曲能量指數(shù)為 272.23kJ ,大于120kJ,按國家標準GB/T 25217.1-2010所示規(guī)定，該煤層頂板巖層應屬III類，為具有強沖擊傾向 性