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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。

　　如图1所示，C为峰值强度点，D为残余强度的初始点；A。为OCQO的面积，Ax为CDFQC的面积。由计算机自动采集数据，MTS可以根据采集的曲线上各点数据计算出As，Ax的值。2．2弹性能量指数试验

　　为研究煤层的弹性能量指数，对煤岩试件进行了加卸载试验。根据煤炭行业标准，以0．15kN／s即0．076MPa／s的速度加载到同采样点试件平均单轴抗压强度的75％～85％后，以相同速度卸载，卸载到单轴抗压强度的l％～5％；然后重新以0．0067 mm／s的位移控制速度对试件进行加载直至试件破坏。可以获得各试件的加卸载应力应变曲线，以此进行煤的弹性能量指数计算。试验测得煤岩典型加卸载应力应变曲线，由此可以计算煤样的弹性能量指数。

　　2．3动态破坏时间试验

　　为研究该矿3下煤的动态破坏时间，按照煤炭行业标准以1．5kN／s即0．76MPa／s的速度对煤岩试件进行应力加载。为测得破坏瞬间的动态破坏时间，在试件即将破坏时改用高速方法采集数据，采样频率为5ms。试验测得的煤岩典型动态破坏时间曲线如图3所示。

　　动态破坏时间是指试件由峰值强度到完全破坏所经历的时间。图3中，C点为峰值强度点，D点为试件完全破坏点，OC为加载过程，CD为破坏过程，DT为破坏时间。

　　3试验结果分析

　　该矿煤层冲击性能试验结果如表1所示。

　　进行试验的煤样采自煤层的不同地点，因此试验结果可以代表该矿3下煤的冲击性能。可以看出，不同取样地点的试件单轴抗压强度具有一定的离散性，并且单轴抗压强度不高，平均只有13．108MPa。生产实践与试验研究均表明：煤的强度越高，引发冲击地压所要求的应力越小；煤的强度越小，要引发冲击地压就需要高得多的应力[3]。从单轴抗压强度考虑，该矿3下煤较难发生冲击地压。

　　根据国家煤炭行业标准，从冲击能量指数看出：4个取样地点试件1．5≤KE≤5，即煤样具有弱冲击倾向性；只有3107胶带巷试件KE小于1．5，不具备冲击倾向性。煤样弹性能量指数2≤WET≤5，动态破坏时间50，各地点煤样均具有弱冲击倾向性。

　　综合分析试验结果，该矿3下煤具有弱冲击倾向。

　　由于该矿开采深度已达700 m，在开采过程中出现了煤炮等现象；随着开采深度的进一步增加和开采范围的进一步扩大，煤层重力场和构造应力场将会增大，发生冲击地压的危险性必将增加。因此在开采过程中尤其在构造应力集中区有必要加强冲击矿压灾害的预测预报工作。

　　4主要结论

　　1)采用MTS伺服试验系统可以较好地进行煤岩冲击倾向性能的测试。位移和应力控制可以测取冲击能量指数和弹性能量指数，高速数据采集系统可以准确测量试件的动态破坏时间。

　　2)不同地点的煤样试验表明，该矿3下煤具有较

　　弱的冲击倾向性。5个取样地点的3个冲击性能指标中只有3107胶带巷的冲击能量指数显示煤层无冲击倾向，其余试验结果均表明该矿3下煤具有弱冲击倾向。

　　3)随着开采深度增大，在开采过程中尤其在构造应力集中区有必要加强冲击地压灾害的预测预报工作，以保障矿井的安全生产。

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