含煤岩系岩石力学性质控制因素探讨

《含煤岩系岩石力学性质控制因素探讨》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第21卷第1期岩石力学与工程学报21(1)：102～1062002年1月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringJan.，2002*含煤岩系岩石力学性质控制因素探讨孟召平彭苏萍傅继彤(中国矿业大学资源开发工程系北京100083)摘要基于含煤岩系主要岩石类型，系统分析了决定岩石力学性质的主要控制因素如岩性、地应力和水，探讨了不同岩性岩石在不同侧压和不同含水条件下的力学特征，分别建立了含煤岩系岩石力学性质与岩性、地应力和水等主要控制因素之间的定量关系。研究表明，含煤岩系岩性随着碎屑颗粒粒度由粗到细，即由砂岩到泥岩变化，碎

2、屑岩的强度与刚度均迅速衰减。岩石的变形和强度以及破坏机制与其所承受的有效侧压大小有关，表现为不同岩性岩石的刚度和强度均随侧压的增大而增大，呈非线性关系，其应变软化性态和破坏机制也均随侧压的增大而发生转化。水对岩石力学性质亦产生重要影响，在干燥或较少含水量情况下，岩石在峰值强度后表现为脆性和剪切破坏，应力-应变曲线具有明显的应变软化特性；随着含水量的增加，岩石单轴抗压强度和弹性模量值均急剧降低，主要表现为塑性破坏，且应变软化特性不明显。关键词含煤岩系，岩石力学性质，控制因素分类号TD315文献标识码A文章编号1000-6915(2002)01-0102-05够，因

3、此，对岩石强度和变形特性及岩石发生破裂1引言的发展过程的认识在一定程度上受到限制。众所周知，影响岩石力学性质的因素很多，其中，主要受含煤岩系是一种在成因上有共生关系并含有煤岩性(相)和赋存环境，如水和地应力环境等因素影层(或煤线)的沉积岩系，简称煤系。成煤古地理环[13，14]响，对岩石力学性质的认识，只有认真地考虑境、古构造条件、古气候和古植物条件是控制煤系[1]这些因素，才能作出正确的评价。本文试图通过形成的重要因素。含煤岩系形成是在潮湿气候条件对含煤岩系岩石力学性质的主要控制因素如岩性、下沉积盆地边缘发生的充填，主要由陆源碎屑岩和地应力和水的系统分析，来了

4、解不同岩性岩石在不煤层构成，岩性多为砂岩、粉砂岩和粘土岩，如淮同侧压和不同含水条件下的力学特征，分别建立岩南煤田二叠纪含煤岩系，形成于三角洲平原环境，石力学性质与岩性、地应力和水等主要控制因素之砂岩占33.66%，粉砂岩占8.7%，泥岩占50.38%，间的定量关系，为复杂的地下工程设计与围岩控制煤占7.23%(含不可采煤层)。由于含煤岩系形成提供理论依据。于地壳浅部，其生成和赋存环境与岩浆岩或变质岩显然不同，岩性较为软弱，变化较大，成分复杂，2岩性(相)对岩石力学性质的控制使得含煤岩系岩石具有不同于其他岩类的变形力学特性。因此，在进行矿井工程地质和井巷围岩质量试

5、验表明(表1)，任何一类岩石的力学性质的变及稳定性评价时，有必要对含煤岩系岩石的变形力化范围都很大，并与其他岩类有较大范围的交叉，[1，2]学特性及其控制因素进行专门研究。如砂岩的单轴抗压强度为50.6～281.3MPa，粉砂有关岩石力学特性研究，早已受到国内外学者岩为67.28～130.09MPa，泥岩为9.81～81.50MPa，[3～12]的重视，取得了许多研究成果。但从目前的研煤层为2.25～14.20MPa；其他参数也具有相类似究状况看，岩石力学中的控制因素研究得还很不的现象。这些均反映出相同类型的岩石，其力学性2000年6月9日收到初稿，2000年7

6、月27日收到修改稿。*国家自然科学基金资助项目(40172059，59774003和49872053)，国家“九五”攻关项目(97224-02)。作者孟召平简介：男，36岁，1999年于中国矿业大学(北京)矿产普查与勘探专业获博士学位，现任副教授，主要从事矿井地质及地下工程地质方面的教学与科研工作。第21卷第1期孟召平等.含煤岩系岩石力学性质控制因素探讨•103•表1含煤岩系岩石力学性质测试结果Table1Experimentalresultsofrockmechanicspropertiesofcoal-bearingformation密度ρ抗压强度Rc抗拉强

7、度Rt粘聚力c内摩擦角ϕ弹性模量E50泊松比速度Vp岩石类型－3－1/g·cm/MPa/MPa/MPa/(°)/GPaμ/m·s①2.47-3.4750.60-281.301.77-10.671.91-13.0733.41-39.1516.13-86.440.11-0.333888-5714砂岩2.76111.506.666.3036.4959.540.2048362.43-2.6367.28-130.091.20-9.201.25-2.4039.00-40.0330.00-34.000.28-0.333600-4800粉砂岩2.5694.545.202.333

8、9.5232.000.3