向性的测试与评估方法，为使本 发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此 处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0049] 为了更详尽的说明本发明，以下列举更为详尽的实施例进行说明。
[0050] 某矿3#煤层埋深856-1137m，煤层发育稳定，结构简单，厚度5-9m，平均厚度氏为 6. 8m。煤层上方直接顶为坚硬致密的粉砂岩，单轴抗压强度约为78. 5MPa，平均厚度氏为 13. 2m〇
[0051] 上述3#煤层属于典型的深部坚硬顶板条件煤层，采用本发明方法测试和评价其 冲击倾向性的步骤如下：
[0052] 室内试验所需标准煤岩组合体试件中，煤的高度匕和岩的高度1!2由待判定煤层厚 度氏及其上方坚硬顶板的厚度H2确定：
[0055] 获取判定煤体和坚硬粉砂岩岩块运至实验室，采用取芯机和切割机分别制取直径 为50mm、高度为h(0? 034m)的煤样和直径为50mm、高度为h2 (0? 066m)的岩样各3个，以及 直径为50mm、高度为100mm的标准纯煤试件和标准纯岩试件各3个。在磨平机上将试件两 端磨平，要求两端面不平行度< 0. 01mm，直径偏差< 0. 02mm。
[0056] 采用AB强力胶将加工好的高度为比(0? 034m)的煤样和高度为h2 (0? 066m)的岩样 黏合在一起，形成一体式结构，煤样在岩样下面，制成3个直径为50mm、高度为100mm的标准 煤岩组合体试件。
[0057] 将加工好的9个标准纯煤试件、标准纯岩试件和标准煤岩组合体试件分为3组待 测组，每组待测组包含1个标准纯煤试件、1个标准纯岩试件和1个标准煤岩组合体试件。 采用MTS815电液伺服压力试验系统分别对每组标准试件进行单轴压缩试验，分别得到各 组的试验曲线，选取其中一组待测组进行测试，具体的如2、图4与图6所示的。
[0058] 根据图2,标准煤岩组合体试件的峰值强度〇 # 18. 9MPa，动态破坏时间D7为 329ms〇
[0059] 根据图4,煤的弹性模量^为3. 5GPa，破坏单位体积处于峰值应力的煤体所需消 耗的能量^为3. 58X104J/m3。标准纯煤试件应力为〇 3寸，单位体积煤体积聚的弹性应变 能QSEC；为：
[0060]
[0061] 根据图6,岩的弹性模量ERS21. 8GPa，试件应力为〇e时，单位体积岩体积聚的弹 性应变能QSER为：
[0062]
[0063] 标准煤岩组合体试件的直径为50mm，其横截面积A为0. 0019635m2,贝lj煤岩组合体 剩余能量释放速率WZT为：
[0064]
[0065] 根据另两组待测组的试验曲线，计算得标准煤岩组合体试件剩余能量释放速率WZT 分别为〇. 6425J/s、0. 6508J/S，取三次计算的平均值得，标准煤岩组合体试件剩余能量释放 速率WZT的最终计算值为0. 6415。
[0066] 因此，根据其分级标准，该矿3#煤层具有中等冲击倾向性。
[0067] 当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应 当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明 显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
【主权项】
1. 一种用于深部坚硬顶板煤层冲击倾向性的测试与评估方法，其包括以下步骤： A、 制备标准纯煤试件、标准纯岩试件与标准煤岩组合体试件的步骤； B、 计算标准煤岩组合体试件剩余能量释放速率的步骤； C、 评估标准煤岩组合体试件倾向性的步骤。2. 根据权利要求1所述的测试与评估方法，其特征在于，所述步骤A具体的还包括： A1、标准煤岩组合体试件中煤样、岩样高度的确定 根据待判定煤层的具体地质条件，获得煤层厚度氏及其上方坚硬顶板的厚度H2，分别 由下式确定标准煤岩组合体试件中煤样的高度h和岩样的高度h2;A2、煤样和岩样的加工 获取待判定煤体和坚硬顶板岩块运至实验室，采用取芯机和切割机制取直径为50mm、 高度为…的煤样和直径为50mm、高度为h2的岩样，煤样与岩样分别制备三个，米用取芯机 和切割机制取直径为50mm、高度为100mm的标准纯煤试件和标准纯岩试件，标准纯煤试件 和标准纯岩分别制备三个；在磨平机上将所有煤样、岩样、标准纯煤试件和标准纯岩试件两 端磨平，要求两端面不平行度< 0. 01mm，直径偏差< 0. 02mm; A3、标准煤岩组合体试件的制作 将加工好的高度为h的煤样和高度为h2的岩样黏合在一起形成一体式结构，煤样在岩 样下面，制成三个直径为50mm、高度为100mm的标准煤岩组合体试件； 将加工好的标准纯煤试件、标准纯岩试件和标准煤岩组合体试件分为三组待测组，每 组包含一个标准纯煤试件、一个标准纯岩试件和一个标准煤岩组合体试件。3. 根据权利要求2所述的测试与评估方法，其特征在于，所述步骤A与所述步骤B之间 还包括：标准纯煤试件、标准纯岩试件和标准煤岩组合体试件的压缩试验步骤： 采用刚性压力试验机，分别对三组待测组进行单轴压缩试验、双轴压缩试验或多轴 压缩试验，得到三组待测组的试验曲线，每组试验曲线包括一个标准煤岩组合体试件的应 力一时间曲线、一个标准纯煤试件的应力一应变曲线和一个标准纯岩试件的应力一应变曲 线。4. 根据权利要求2所述的测试与评估方法，其特征在于，所述步骤B具体的还包括： B1、标准煤岩组合体试件峰值强度为〇 ^寸，单位体积煤体积聚的弹性应变能QSEe为：式3中：〇e-一标准煤岩组合体试件的峰值强度，单位为Pa; Ec一一煤的弹性模量，单位为Pa; B2、应力为〇e时，单位体积岩体积聚的弹性应变能QSER为：式4中：Er-一岩的弹性模量，单位为Pa; 〇c一一标准煤岩组合体试件的峰值强度，单位为Pa; B3、破坏单位体积处于峰值应力的煤体所需消耗的能量为Ax，其大小为标准纯煤试件 峰后应力应变曲线与应变轴围成的面积； B4、标准煤岩组合体试件剩余能量释放速率WZT的计算：式5中：A-一煤岩组合体试件的横截面积，单位为m2; Dt 煤岩组合体试件的动态破坏时间，单位为s。5.根据权利要求4所述的测试与评估方法，其特征在于，所述步骤C具体的还包括： 计算三组待测组中标准煤岩组合体试件的剩余能量释放速率WZT，取三次计算结果的平 均值为最终的WZT值； 采用标准煤岩组合体试件剩余能量释放速率WZT评价煤层冲击倾向性时，其分级标准 为：当K0时，无冲击倾向性；当0〈K0. 5J/S时，弱冲击倾向性；当0. 5〈K2J/S 时，中等冲击倾向性；当WZT>2J/s时，强冲击倾向性。
【专利摘要】本发明公开了一种用于深部坚硬顶板煤层冲击倾向性的测试与评估方法，其包括以下步骤：制备标准纯煤试件、标准纯岩试件与标准煤岩组合体试件的步骤；计算标准煤岩组合体试件剩余能量释放速率的步骤；评估标准煤岩组合体试件倾向性的步骤。根据现场坚硬顶板和煤体的实际厚度制作相应比例的标准煤岩组合体试件，通过量化过程，充分反映了煤岩的组合效应和组合体的尺寸效应对冲击倾向性的影响，评价结果的准确性显著提高；而且本发明以煤岩组合体剩余能量释放速率来评价煤层冲击倾向性，充分考虑了煤岩破坏时剩余的能量及破坏过程的时间效应，克服了单纯采用能量指标和破坏时间指标存在的片面性，从根源上解决了对冲击倾向性错判误判的问题。
【IPC分类】G01N3/08
【公开号】CN105021457
【申请号】CN201510378763
【发明人】刘学生, 谭云亮, 宁建国, 顾清恒, 史新帅, 胡浩
【申请人】山东科技大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年7月2日