煤冲击倾向性的针贯入法测定

作     者：赵毅鑫 谢镕澴 高艺瑞 ZHAO Yixin;XIE Ronghuan;GAO Yirui

作者机构：中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 “煤矿灾害预防与处置”应急管理部重点实验室北京100083 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2023年第48卷第5期

页      面：1932-1942页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 0714[理学-统计学（可授理学、经济学学位）] 0701[理学-数学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52225402 U1910206) 

主　　题：针贯入法 煤 冲击倾向性 能量演化 弹射质量比 

摘      要：冲击倾向性是煤的固有力学属性,也是评价煤矿冲击地压风险的重要依据。提出了一种基于针贯入法快速测定煤冲击倾向性的实验方法;结合纵波波速测试和单轴压缩实验,探究了具有不同贯入度指数的煤样对应的物理力学性质差异及在受压破坏过程中能量演化规律,采用剩余弹性应变能释放率指数KRE,定量表征了弹性应变能累积释放特性并进行冲击倾向性评价。通过数据拟合与回归分析,获得了测试煤样贯入度指数与纵波波速、单轴抗压强度、弹性模量等物理力学参数的对应关系,并建立了贯入度指数和冲击能量指数、弹性能量指数、动态破坏时间、剩余弹性应变能释放率指数等冲击倾向性指标的关联表达式;构建了基于贯入度指数的煤冲击倾向性分级评价方法,采用对应煤样冲击倾向性测试时煤屑弹射质量比F对基于贯入度指数的煤冲击倾向性分级评价方法进行了验证。结果表明:煤的贯入度指数与纵波波速、单轴抗压强度、弹性模量等物理力学参数及冲击能量指数、弹性能量指数、剩余弹性应变能释放率指数等冲击倾向性指标呈幂函数正相关关系,与动态破坏时间呈负相关的指数关系;贯入度指数越大,煤的弹性变形和储能性能越强;贯入度指数为85 N/mm时是煤单轴抗压强度突变临界值;利用针贯入法测定煤的物理力学性质、弹性应变能储存释放特性及冲击倾向性具有良好的可行性与可靠性。