煤矿砂岩动态力学性能试验与分析方法研究*

汪海波，翟国良，王梦想，宗 琦

(安徽理工大学 土木建筑学院，安徽 淮南 232001)

0 引言

煤炭开采环境大多为沉积岩，典型岩石有砂岩、泥岩、黏土岩等，煤系岩石虽经沉积成岩作用，但强度低，变形大[1]，属于软岩；国际岩石力学学会将单轴抗压强度为0.5～25 MPa的岩石定义为地质软岩范畴[2]，何满潮[3]认为由于工程部位埋深较深，煤系岩石所受地应力的水平较高，故强度大于25 MPa的岩石也属于软岩范畴。受成岩过程影响，煤系软岩岩性颗粒大小不均，矿物成分多样，胶结质差，加之沉积成岩过程复杂，岩石存在大量微结构面，造成岩石波阻抗较小，使岩体应力传播和能量传递发生较大改变。同时，随着煤矿开采逐渐进入深部，由于具有“三高一扰动”的特性[4-5]，岩石处于1种复杂受力状态，巷道的大变形、高地压和难支护等工程灾害现象日趋增多；矿井冲击地压、掘进爆破、矿压显现加剧等也均体现对岩石的动作用[6-7]。煤系岩石的动态力学性能研究日益增多，平琦等[8]利用SHPB(霍普金森压杆)试验装置对煤矿岩石进行动态试验，发现试件动态抗压强度与应变率具有较强的相关性；李晓峰等[9]开展灰岩、白云岩和砂岩动态冲击试验，研究试件耗散能密度及破碎尺寸与应变率的变化关系；王梦想等[10]开展典型煤矿泥岩的动态力学特性和破裂破碎特征试验，结果表明试件的动态单轴抗压强度随着应变率的增加呈现指数型增长，表现出强应变率效应。以上煤系岩石的冲击试验研究均采用电阻应变片。……