1、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計事業部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、底板沖擊傾向性鑒定試驗標準：煤和巖石物理力學性質測定方法MT44-87、MT45-87、MT47-87、MT173-87、GB/T 25217.1-2010 、GB/T25217.2-2010 等試驗設備：德國 WPM1000kN勺萬能試驗機等試驗人員：邢潤娥，陳慶釗數據處理：楊磊報告編寫：楊磊審 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二0一二年十月八日1 礦井概況12

2、 采樣13 試驗項目23.1 煤樣的物理力學性質 23.1.1 煤樣的物理性質 23.1.2 煤樣的力學性質33.2 巖樣的物理力學性質 33.2.1 巖樣的物理性質 33.2.2 巖樣的力學性質33.3 煤的沖擊傾向性鑒定 33.4 頂、底板巖層沖擊傾向性鑒定 34 試件加工與試驗 54.1 試件加工54.2 試件數量54.3 試驗54.3.1 試驗設備與儀器 54.3.2 試驗方法55 試驗結果75.1 煤層試樣物理力學性質 75.1.1 煤層試樣的物理性質 75.1.2 煤層試樣的力學性質 75.2 煤層圍巖試樣物理力學性質 85.2.1 煤層圍巖試樣的物理性質 85.2.2 煤層圍巖試

3、樣的力學性質 95.3 煤層沖擊傾向性鑒定 125.4 頂、底板巖層沖擊傾向性鑒定 145.4.1 3號煤頂板沖擊傾向性鑒定結果 145.4.2 3號煤底板沖擊傾向性鑒定結果 14結論151礦井概況義橋井田位于山東省汶上縣義橋鄉境內，距汶上縣城區12kni地理坐標：東經 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31.4km20兗（州）新（鄉）鐵路橫穿井田南側，西到范澤 與京九鐵路相連，至新鄉與京廣鐵路相接，東至兗州與京滬鐵路線和兗（州）石（臼 所）鐵路連通。兗（州）汶（上）公路橫貫井田區東北側，公路

4、四通八達，交通十分 方便。圖1-1為義橋井田的交通位置圖。圖1-1交通位置圖2采樣本次實驗采樣進行沖擊傾向性鑒定及常規物理、力學性質測定。為保證測定 結果的準確性，選取兩個地方進行采樣，具體采樣位置見圖 2-1 o測定的煤巖層 為3號煤層及其頂底板巖層，圖2-2為3煤層頂底板地質柱狀圖。圖2-1取樣位置圖/ - A ：3 J中粒砂巖 1 ,砂質泥巖 1煤 泥巖 - 4 ；細砂巖圖2-2 3煤層地質柱狀圖3試驗項目3.1 煤樣的物理力學性質3.1.1 煤樣的物理性質分別測試3號煤層試樣的視密度和含水率3.1.2 煤樣的力學性質分別測試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、

5、變角剪強度、粘結力和內摩擦角。3.2 巖樣的物理力學性質3.2.1 巖樣的物理性質分別測試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、粘結力和內摩擦角。3.3 煤的沖擊傾向性鑒定分別測試3號煤層試樣的動態破壞時間、彈性能量指數和沖擊能量指數等， 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的測定方法(GB/T 25217.2-2010),根據送檢煤樣測試及計算數據進行評判。 表3-1是判定煤的沖擊傾向性類別的依據。表3-1煤的沖擊傾向

6、性類別、名稱及指數類別I類n類出類沖擊傾向無弱強指數動態破壞時間msDT 50050 DT 500DT 50彈性能量指數Wet <22 WET5Wet 5沖擊能量指數Ke<1.51.5 Ke 5Ke 5單軸抗壓強度MPaRc<7 c7 Rc 14Rc 14 c備注：當DT、Wt、Ke、UCS的測定值發生矛盾時，應增加試件數量，其分類可采用模糊 綜合評判的方法或概率統計的方法。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及復合頂 板彎曲能量指數，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標準頂

7、板巖層沖擊傾向分類及指數的測定方法(GB/T 25217.1-2010),根據送檢巖樣測試及計算數據 進行評判。表3-2是判定巖層沖擊傾向性類別的依據，底板巖層沖擊傾向性參照 頂板巖層計算方法確定。表3-2頂板巖層沖擊傾向性類別、名稱及指數類另II類n類出類名稱無沖擊傾向弱沖擊傾向強沖擊傾向彎曲能量指數/kJU wq w 1515<Uwq & 120U 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標準 煤和巖石物理力學性質 測定方法MT44-87、MT45-87、MT47-87、MT173-87及煤的沖擊傾向性分類 及指數的測定方法(GB/T 25

8、217.2-2010)、頂板巖層沖擊傾向分類及指數的測 定方法(GB/T 25217.1-2010)的規定執行。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50mm煤、巖試樣。然后用鋸石機將煤、巖試樣鋸成高100mm和25mm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、下端直徑的偏差不得大于0.2mm,并用乳化液冷卻。4.2 試件數量試件尺寸及數量，根據合同規定的測定指標，按煤、巖性質，測定方法的規 定執行。試件尺寸分別為 (|)50X 100m>65050mm和

9、650X 25mm共加工煤巖 樣試件116塊。4.3 試驗4.3.1 試驗設備與儀器試驗設備有 WPM25kN的德國材料試驗機、德國 WPM1000kN的萬能試驗 機。測試設備有采集速度為0.1ms的高速計算機數據采集處理系統、MDG動態 電阻應變儀、KC型靜態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WPM25kN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 WPM1000kN的萬能試驗機上進行的。(2)煤動態破壞時間、彈性能量指數和沖擊能量指數測定方法a.動態破壞時間用載荷傳感器

10、測量試件承受的載荷， 直至試件破壞。測得的信號通過動態電 阻應變儀傳給0.1ms級的計算機數據采集處理系統，該系統根據測得數據，直接 繪出相應的動態破壞時間曲線，并可將曲線圖中最大破壞載荷的關鍵處放大，精確地給試件的動態破壞時間(DT值)。b.彈性能量指數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，由計算機數據采集系統記錄、貯存，并直接繪出彈性 能量指數計算圖，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0.1ms級高速計算機數據采集處理系統采集測得的數據，

11、并根據測試數據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試驗結果5.1 煤層試樣物理力學性質5.1.1 煤層試樣的物理性質山東義橋煤礦3號煤層試樣物理性質測定結果見表5-1表5-1山東義橋煤礦3號煤層試樣的物理性質測試結果樣另視密度/kg m-3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山東義橋煤礦3號煤層試樣的力學性質測定結果見表5-2、5-3。圖5-1、5-2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5-2山東義橋煤礦3號煤層

12、試樣的力學性質測試結果項目樣別 "單向抗 壓強度 /MPa單向抗 拉強度 /MPa彈性模 量 /GPa泊松比粘結 力 /MPa內摩擦角/°強度公式3煤112.230.705.340.315.629。56+(T tg29 °212.741.32/317.630.665.410.35415.280.81/5/1.78/平均值14.471.055.380.33表5-3山東義橋煤礦3煤層試樣抗剪切強度測試結果（MPa）項目樣別38°45°53°61 °正應力剪應力正應力剪應力正應力男應力正應力男應力3煤118.7614.6612.0

13、412.048.8211.714.107.40218.4514.4117.9617.9610.8714.433.666.61319.4315.1814.0614.065.977.925.239.43416.5112.9012.8112.819.7512.942.875.19艮£圖 5-1 3號煤層試樣應力-應變曲線圖圖5-2 3號煤層試樣強度曲線圖平均值18.2914.2914.2214.228.8611.753.977.155.2 煤層圍巖試樣物理力學性質5.2.1 煤層圍巖試樣的物理性質山東義橋煤礦3號煤層圍巖試樣物理性質測定結果見表5-3。表5-3山東義橋煤礦3號煤層圍巖試樣物

14、理性質測試結果樣另視密度/kg m-3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山東義橋煤礦3號煤層圍巖試樣的力學性質測定結果見表5-4、5-5。圖5-3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圖表5-4山東義橋煤礦3號煤層圍巖試樣力學性質測試結果口項目 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 力/MPa內摩 擦角/°強度公

15、式頂板159.097.67126.680.2219.125M9.1+ b tg25 °252.986.84/383.047.6842.120.30473.877.82/551.967.87/平均值64.197.5834.400.26底板162.375.5324.750.2216.528。46.5+(T tg28 °243.455.3018.620.34366.977.0622.140.18449.084.59/562.886.56/平均值56.955.8121.840.25表5-6 山東義橋煤礦3煤層圍巖抗剪切強度測試結果（MPa）圖5-3頂板試樣應力-應變曲線圖圖5-4底

16、板試樣應力-應變曲線圖圖5-5頂板試樣強度曲線圖圖5-6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號煤層試樣動態破壞時間，沖擊能量指數和彈性能量指數等 測定結果見表5-7。山東義橋煤礦3號煤層試樣的動態破壞時間測試平均值為 161ms大于50m6 小于500ms按標準中的判斷指標應為弱沖擊傾向性；沖擊能量指數的測試平均 值為1.38，小于1.5 ,按標準的判斷指標應為無沖擊傾向性；彈性能量指數的測試平均值為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。 根據判定煤層沖擊傾向性4個

17、指數各自特性，對各指標進行綜合判定3號煤層屬 于R類，為具有弱沖擊傾向性的煤層。圖5-7是山東義橋煤礦3號煤層試樣的動態破壞時間曲線，圖5-8是3號煤 層試樣的沖擊能量曲線，圖5-9是3號煤層試樣的彈性能量曲線。表5-7山東義橋煤礦3號煤層試樣沖擊傾向性各項指數測定結果j 一一樣 別 煤樣編號"動態破壞 時間DT/ms沖擊能量 指數 /Ke彈性能量 指數 /Wet單軸抗壓強度Rc/MPa3煤1581.60/12.232652.112.2912.7432161.081.8617.6343281.163.2415.2851360.961.71/平均值1611.382.2814.47沖擊傾

18、向性 判定結果弱沖擊傾 向性無沖擊傾 向性弱沖擊傾 向性強沖擊傾 向性圖5-7山東義橋煤礦3號煤層試樣動態破壞時間曲線L(mm)圖5-8山東義橋煤礦3號煤層試樣沖擊能量曲線18圖5-9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果表5-8為義橋煤礦3號煤頂板巖層彎曲能量計算結果，根據標準可用抗拉強 度代替抗彎強度。義橋煤礦3號煤頂板巖層彎曲能量指數為272.23kJ ,大于120kJ,按國家標 準GB/T 25217.1-2010所示規定，該煤層頂板巖層應屬田類，為具有強沖擊傾向 性的頂板巖層。表5-8 3號煤頂板巖層彎曲能量項目樣別載荷/MPa彈性模量/GPa抗拉強度/M