王家岭矿岩石物理力学试验研究

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1、第25卷第2期矿业工程研究V01．25No．22010年6月MineralEngineeringResearchJun．2010王家岭矿岩石物理力学试验研究刘继岩，廉旭刚，黄晓冬，戴华阳(1．中国矿业大学qE京)地球与测绘工程学院京100083；2．华晋焦煤有限责任公司，山西河津043300)摘要：为了对王家岭矿区地质条件有明确的认识。充分了解煤层上覆岩层的物理力学性质，为工程设计、实验研究提供必要的物理和力学参数，通过对王家岭矿某钻孔取芯，进行了岩石密度测试试验、岩石劈裂试验、岩石单轴压缩及变形试验、岩石变角模抗剪试验。分别获得了本矿区主要岩层的密度、抗拉强度、单轴抗压强

2、度、弹性模量、泊松比、内摩擦角和粘聚力等物理力学参数，同时确定了剪切应力与正应力之间的函数关系，对揭示覆岩破坏形式，指导安全采矿具有指导意义．关键词：岩石物理性质；岩石力学性质；试验研究中图分类号：TD313文献标识码：A文章编号：1674—5876(2O1O)O2～0017—03随着煤炭资源的大规模开采，地质条件较为简单2岩石物理力学性质测试的资源已基本枯竭，现在大多数矿井都进人深部开采采用王家岭某钻孔的取样岩石，对其在实验室进阶段，地质条件复杂的矿井也有很多．为了解决复杂行物理力学性质测试，主要包括：(1)岩石密度测试；(2)地质条件下安全开采，有必要对其地质采矿条件进

3、行岩石劈裂试验；(3)岩石变角模抗剪试验；(4)岩石单轴压研究．煤层上覆岩层的性质作为地质条件的成分之一，缩及变形试验．掌握其物理力学性质，对煤矿安全开采有一定的指导意义．作者结合王家岭矿某钻孔，对覆岩的物理力学性2．1岩石密度测试质进行实验室内研究，为现场的生产提供参考。同时为试验方法与计算公式：物理模拟与数值模拟所需的物理与力学参数提供必岩石密度用体积密度法，计算公式：要的依据．MP：．·(1l)1钻孔概况式中，p为试件密度，g，cm-,n为试件质量，g；为试件王家岭矿某钻孑L，取样地层深度21．73254．62m，累体积，cm．计取芯长度7．09m．其中，石千峰组粗砂

4、岩O．67m：上石试验结果见表1．盒子组砂质泥岩0．7Om，粗砂岩0．75m，中砂岩O．76m，2．2岩石劈裂试验粉砂岩A0．60In，粉砂岩B0．64m：下石盒子组细砂岩A0．78in，细砂岩B0．70m；山西组粉砂岩0．45m，2号煤岩石在单轴拉伸载荷作用下达到破坏时所能承0．18m，炭质泥岩0．41m；太原组粉砂岩0．45m．钻孔岩受的最大拉应力称为岩石的单轴抗拉强度．由于直接石取出后，采用石蜡封装，防止失水，使得实验室测出的拉伸试验在准备试件方面要花费大量的人力、物力和参数接近自然状态．时间，因此出现了一些间接的拉伸试验，如巴西试验，即收稿日期：2010-04—13

5、基金项目：“十一五”国家科技支撵项目(2007BAl(28B03)；国家自然科学基金项目(509741221通信作者：戴华阳(1964_)，男，湖南湘阴人，教授，博士生导师，研究方向：变形监测与沉陷控制研究．E—mail：dhy@eumtb．edu．cnI7劈裂试验法．3岩石变角模抗剪试验分析岩石劈裂试验计算公式：岩石在剪切载荷作用下达到破坏前所能承受的o',=2Pmax／('rrBH)．(2)最大剪应力称为岩石的抗剪切强度．剪切强度试验分式中，为岩石抗拉强度，MPa；Pmax为破坏载荷，N，H为非限制性剪切强度试验和限制性剪切强度试验．非分别为试件的宽度和高度，inln．

6、岩石劈裂试验计算结果限制性剪切试验在剪切面上只有剪切应力存在，没有见表1．正应力存在；限制性剪切试验在剪切面上除了存在剪表1王家岭矿岩石物理力学参数应力外，还存在正应力．Tab．1Physical—mechanicalparametersofrockinWangjialingMine角膜压剪试验是一种最简单的限制性剪切强度试验．在压力P的作用下，剪切面上可分解为沿剪切面的剪应力PsinodA和垂直剪切面的正应力Pcos／A，如图l所示．P2．3岩石单轴压缩及变形试验图1角模压剪试验试件受力示意图岩石在单轴压缩载荷作用下达到破坏前所能承Fig．1Mechanicalsketc

7、hmapofanglemodelingsheartest受的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度．试件仅受抗剪强度计算公式：到轴向压力的作用，侧向没有压力，试件的变形没有限o'=Psincr／A，(6)制．试件在单轴压缩载荷作用下破坏时，在测件中可产T=Pcosa／A．(7)生3种破坏形式：(1状共轭斜面剪切破坏；(2)单斜式中，or为正应力，MPa；为剪切应力，MPa',P为试件最面剪切破坏；(3)拉伸破坏【，1．大破坏荷载，N；a为夹具剪切角，(o)为试件剪切面积，在单轴压缩试验时，应力㈣与应变的比率称为mm2．岩