煤岩力学性质及煤储层压裂数值模拟 以山西晋城地区为例(颜志丰 著)思维导图

煤岩地层岩石的力学特性分析(初稿)

煤岩地层岩石的力学特性分析 摘要：煤岩地层岩石的力学特性包括变形特征和强度特征。本文对煤岩的力学特性进行了系统的分析，探讨了岩石试件在各种载荷作用下的变形规律和开始破坏时的最大应力（强度极限）以及应力与破坏之间的关系，为煤矿的开采和煤层气的开发提供理论依据。 关键词：煤岩力学特性变形特征强度特征 1、煤岩的结构构造特征 岩石的组成成分、结构构造特征造成了岩石物质成分的非均质性、物理力学性质的各向异性和结构构造的不连续性。这是区别于其他力学材料的最突出特征，而煤岩层的这些特征尤为显著。 煤岩的非均质性和各向异性突出表现在其组成成分在同一煤层中纵向（垂直层理）和横向不同方向和深度上的差异，以及在其生成过程中所形成的明显层状构造和孔隙结构所体现出的差异。通常煤岩中存在有两组近于垂直的割理，主要裂隙组面割理发育较完善延伸可至数百米，而端割理发育在面理之间，沟通了面割理。两组割理与层理面近于垂交或陡角相交。由于煤岩层状构造发育，空隙结构特殊，构造作用对后期的改造或产生裂隙，都充分体现出了煤岩结构构造的不连续性。 2、煤岩地层岩石的强度特征

2．1单轴压缩条件下煤岩的强度特征 对鲍店矿3煤31个煤样和新河矿3煤48个煤样在MTS815.03岩石伺服试验机上采用s 15- ?的轴向应变加载速度进行 10 mm/ 单轴压缩试验(加载方向均垂直于煤层层面),得出的详细力学参数见论文第3章表.33和.34,结果汇总在表4.1中。 煤岩强度较低且离散性大的原因除与试验条件、取样制样技术等外在因素有关外,第2章的研究结果表明,主要与其微组分、微孔隙裂隙、微结构等内在因素有关。对煤岩单轴抗压强度的试验结果表明,煤岩强度与其容重、空隙率、含水率、煤体结构以及煤岩变质程度等有关。具体来讲,煤块的单轴抗压强度随其容重的增加而增加;随其孔隙率的增加而减小;煤体节理裂隙越发育,其强度越低;受火成岩影响,煤的变质程度越高,其强度越高。 2．2三轴压缩条件下煤样的强度特征 岩石在三轴压缩条件下的最大承载能力称三轴极限强度或

岩体力学习题及答案

一、绪论 一、解释下例名词术语 岩体力学：研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的科学。. 二、简答题 1．从工程的观点看，岩体力学的研究内容有哪几个方面？ 答：从工程观点出发，大致可归纳如下几方面的内容： 1）岩体的地质特征及其工程分类。 2）岩体基本力学性质。 3）岩体力学的试验和测试技术。 4）岩体中的天然应力状态。 5）模型模拟试验和原型观测。 6）边坡岩体、岩基以及地下洞室围岩的变形和稳定性。 7）岩体工程性质的改善与加固。 2．岩体力学通常采用的研究方法有哪些？ 1）工程地质研究法。目的是研究岩块和岩体的地质与结构性，为岩体力学的进一步研究提供地质模型和地质资料。 2）试验法。其目的主要是为岩体变形和稳定性分析提供必要的物理力学参数。 3）数学力学分析法。通过建立岩体模型和利用适当的分析方法，预测岩体在各种力场作用下变形与稳定性。 4）综合分析法。这是岩体力学研究中极其重要的工作方法。由于岩体力学中每一环节都是多因素的，且信息量大，因此，必须采用多种方法考虑各种因素进行综合分析和综合评价才能得出符合实际的正确结论，综合分析是现阶段最常用的方法。 二、岩块和岩体的地质基础 一、解释下例名词术语 1、岩块：岩块是指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。有些学者把岩块称为结构体、岩石材料及完整岩石等。 2、波速比k v：波速比是国标提出的用来评价岩的风化程度的指标之一，即风化岩块和新鲜岩块的纵波速度之比。 3、风化系数k f：风化系数是国标提出的用来评价岩的风化程度的指标之一，即风化岩块和新鲜岩块饱和单轴抗压强度之比。 4、结构面：其是指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度、厚度相对较小的地质面或带。它包括物质分异面和不连续面，如层面、不整合、节理面、断层、片理面等，国内外一些文献中又称为不连续面或节理。 5、节理密度：反映结构发育的密集程度，常用线密度表示，即单位长度内节理条数。 6、节理连续性：节理的连续性反映结构面贯通程度，常用线连续性系数表示，即单位长度内贯通部分的长度。 7、节理粗糙度系数JRC：表示结构面起伏和粗糙程度的指标，通常用纵刻面仪测出剖面轮廓线与标准曲线对比来获得。 8、节理壁抗压强度JCS：用施密特锤法（或回弹仪）测得的用来衡量节理壁抗压能力的指标。 9、节理张开度：指节理面两壁间的垂直距离。 10、岩体：岩体是指在地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构，赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。 11、结构体：岩体中被结构面切割围限的岩石块体。 12、岩体结构：岩体中结构面与结构体的排列组合特征。

常用岩土材料参数和岩石物理力学性质一览表

(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下： ) 21(3ν-= E K ) 1(2ν+= E G （7.2） 当ν值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5，因为计算的K 值将会非常的高，偏离实际值很多。最好是确定好K 值(利用压缩试验或者P 波速度试验估计)，然后再用K 和ν来计算G 值。 表7.1和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。 岩石的弹性（实验室值）（Goodman,1980） 表7.1 土的弹性特性值（实验室值）（Das,1980） 表7.2 各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况，横切各向同性弹性模型需要5 中弹性常量：E 1, E 3, ν12,ν13和G 13；正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E 1,E 2,E 3, ν12,ν13,ν23,G 12,G 13和G 23。这些常量的定义见理论篇。 均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。一些学者已经给出了用各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表3.7给出了各向异性岩石的一些典型的特性值。 横切各向同性弹性岩石的弹性常数（实验室） 表7.3

流体弹性特性——用于地下水分析的模型涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量K f ，如果土粒是可压缩的，则要用到比奥模量M 。纯净水在室温情况下的K f 值是2 Gpa 。其取值依赖于分析的目的。分析稳态流动或是求初始孔隙压力的分布状态（见理论篇第三章流体-固体相互作用分析），则尽量要用比较低的K f ，不用折减。这是由于对于大的K f 流动时间步长很小，并且，力学收敛性也较差。在FLAC 3D 中用到的流动时间步长,? tf 与孔隙度n ，渗透系数k 以及K f 有如下关系： ' f f k K n t ∝ ? （7.3） 对于可变形流体（多数课本中都是将流体设定为不可压缩的）我们可以通过获得的固结系数νC 来决定改变K f 的结果。 f 'K n m k C + = νν （7.4） 其中 3 /4G K 1 m += ν f 'k k γ= 其中，' k ——FLAC 3D 使用的渗透系数 k ——渗透系数，单位和速度单位一样（如米/秒） f γ——水的单位重量 考虑到固结时间常量与νC 成比例，我么可以将K f 的值从其实际值（Pa 9 102?）减少，利用上面得表达式看看其产生的误差。 流动体积模量还会影响无流动但是有空隙压力产生的模型的收敛速率（见1.7节流动与力学的相互作用）。如果K f 是一个通过比较机械模型得到的值，则由于机械变形将会产生孔隙压力。如果K f 远比k 大，则压缩过程就慢，但是一般有可能K f 对其影响很小。例如在土体中，孔隙水中还会包含一些尚未溶解的空气，从而明显的使体积模量减小。 在无流动情况下，饱和体积模量为： n K K K f u + = （7.5） 不排水的泊松比为：

煤储层割理评价方法

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煤储层割理评价方法 作者：刘洪林， 王红岩， 张建博， Liu Honglin， Wang Hongyan， Zhang Jianbo 作者单位：中国石油天然气股份有限公司石油勘探开发研究院廊坊分院天然气所 刊名： 天然气工业 英文刊名：NATURAL GAS INDUSTRY 年，卷(期)：2000,20(4) 被引用次数：7次 参考文献(5条) 1.Clcse J C Natural fracture in coal 1993(38) 2.Ammosov I I;Eremin I V Fracturing in coal (English vers 1963) Israel program in science translation 1960 3.钱凯;赵庆波煤层甲烷勘探开发理论 1995 https://www.360docs.net/doc/7414270488.html,w B E The relationship between coal rank and cleat spac ing: Implication for the predication of permeability in coal,1993 int 1993(02) 5.张彦平国外煤层甲烷开发技术译文集 1996 本文读者也读过(10条) 1.陈金刚.宋全友.秦勇煤层割理在煤层气开发中的试验研究[期刊论文]-煤田地质与勘探2002,30(2) 2.孙耀庭.李涛.SUN Yao-ting.LI Tao测井评价煤层天然气的方法[期刊论文]-石油天然气学报2005,27(4) 3.张虹.胥菊珍.杨宏斌.王瑞霞.李红华北地区煤储层渗透率的外在影响因素分析[期刊论文]-大庆石油地质与开发2002,21(3) 4.李增学.王明镇.郭建斌.李江涛.LI Zeng-xue.WANG Ming-zhen.GUO Jian-bin.LI Jiang-tao成煤作用与煤岩生气特点分析[期刊论文]-山东科技大学学报（自然科学版）2005,24(3) 5.王生维.陈钟惠.张明.段连秀.罗善国煤相分析在煤储层评价中的应用[期刊论文]-高校地质学报2003,9(3) 6.李松臣.LI Song-chen煤层气测井技术方法研究[期刊论文]-中州煤炭2007(5) 7.徐效英.Xu Xiaoying河东煤田中段煤层气的成因和分布特征[期刊论文]-山西焦煤科技2003(1) 8.李贵山.LI Gui-shan晋城西区煤层气成因及其赋存影响因素分析[期刊论文]-科技情报开发与经济2005,15(12) 9.段连秀.王生维.张明.陈斌.Duan Lianxiu.Wang Shengwei.Zhang Ming.Chen Bin河东煤田煤储层中气胀节理的发现及其研究意义[期刊论文]-地球科学-中国地质大学学报1999(1) 10.段利江.唐书恒.刘洪林.李贵中.王勃.DUAN Li-jiang.TANG Shu-heng.LIU Hong-lin.LI Gui-zhong.WANG Bo 晋城地区煤层甲烷碳同位素特征及成因探讨[期刊论文]-煤炭学报2007,32(11) 引证文献(7条) 1.孙平.王一兵沁南煤层气藏高渗区预测[期刊论文]-天然气工业 2008(3) 2.王凤清沁水盆地胡底井田地质特征及煤层气赋存规律[期刊论文]-中国煤炭地质 2011(7) 3.康永尚.赵群.王红岩.刘洪林.杨慎煤层气井开发效率及排采制度的研究[期刊论文]-天然气工业 2007(7) 4.刘洪林.康永尚.王烽.邓泽沁水盆地煤层割理的充填特征及形成过程[期刊论文]-地质学报 2008(10) 5.孙立东.赵永军.蔡东梅煤储层渗透率模拟——以沁水盆地太原组为例[期刊论文]-断块油气田 2007(1) 6.李相臣.康毅力煤层气储层微观结构特征及研究方法进展[期刊论文]-中国煤层气 2010(2) 7.林晓英煤层气藏成藏机理[学位论文]硕士 2005

岩体力学

岩块：不含显著结构面的岩石块体，是构成岩石的最小岩石单元体。岩体：通常是指一定工程范围内的自然地质体。 结构面：指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。 岩石的结构：矿物颗粒的形状、大小和联结方式所决定的结构特征。 岩石的构造：各种不同结构的矿物集合体的各种分布和排列方式。 岩石的水理性质：岩石在含水或者浸水等条件下体现主来的的与水作用有关的性质。包括：吸水性，软化性，崩解性，膨胀性，抗冻性和渗透性。表征吸水率的指标：含水率、吸水率、饱和吸水率、饱水系数。 含水率：岩石空隙中含水的质量与固体质量之比。 吸水率：一定实验条件下岩石吸入水的质量和岩石固体质量之比，用百分数表示。 软化性：岩石在保水状态下强度相对降低的性能，用软化系数来表征。 软化系数：饱和岩石单轴抗压强度与干燥岩石单轴抗压强度的比值。 崩解性：岩石与水相互作用时失去粘结性并且变成完全丧失强度松散物质的性能。 膨胀性：岩石浸水后体积增大的性质。抗冻性：岩石地抗冻融破坏的能力。 岩石密度：单位体积内岩石的质量。岩石颗粒密度：岩石固体部分的质量与固体体积比值。 岩体和岩块的区别：块，强度高，无结构面，体积小，连续性均匀介质，研究方法简单，反应工程实际较差。体相反。 岩石应力应变全过程曲线：孔隙裂隙压密阶段 OA，弹性变形阶段 A B，微弹性裂隙稳定发展阶段 BC，非稳定破裂阶段 CD，破坏后阶段 DE。 岩石的拉伸破坏实验分为：直接拉伸实验法、抗弯法、劈裂法、点载荷实验法。后两种常用。 单轴抗压强度：岩石在单轴压缩荷载作用下所能承受的最大压应力。 单轴抗拉强度：岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏是所能承受的最大拉应力。 泊松比：在材料的比例极限内，由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值。 变形模量：在部分侧限条件下，其应力增量与相应的应变增量的比值。 残余强度：达到峰值强度之后，强度急剧下降并且不等于 0 的强度值。 岩石三周抗压强度：岩石在三周荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大压应力。 脆性：在外力作用下(如拉伸、冲击等)仅产生很小的变形即断裂破坏的性质。 延性：结构，构件或构件的某个截面从屈服开始到达最大承载能力或到达以后而承载能力还没有明显下降期间的变形能力。 弹性：物体在外力作用下发生形变，当外力撤消后能恢复原来大小和形状的性质。 塑性：一种在某种给定载荷下,材料产生永久变形的材料特性。粘性：度量流体粘性大小的物理量。 抗剪强度：岩石的剪切荷载作用下达到剪切破坏前所能承受的最大切应力。岩石剪切试验分为：岩石抗剪实验、抗切试验以及弱面剪切试验。 抗剪断强度：一定正应力作用下的岩石试件沿预定剪切面剪断时的最大切应力。是岩石内聚力和内摩擦力的综合体现。岩石抗切试验通常有单（双）面剪切及冲孔试验。取决于岩石内聚力。 岩石流变包括：蠕变、松弛、弹性后效和粘性流动。 蠕变：应力保持不变应变随时间增长而增加的现象。 松弛：应变保持不变应力随时间增加而减小的现象。

岩体的力学性质及分类doc

―――岩体力学作业之二 一、名词释义 l.结构面：①指在地质历史发展过程中，岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的宏观地质界面或带。 ②又称弱面或地质界面，是指存在于岩体内部的各种地质界面，包括物质分异面和不连续面，如假整合、不整合、褶皱、断层、层面、节理和片理等。 2.原生结构面：在成岩阶段形成的结构面，根据岩石成因的不同，可分为沉积结构面、岩浆（火成）结构面和变质结构面三类。 3.构造结构面：指在构造运动作用下形成的各种结构面，如劈理、节理、断层面等。 4.次生结构面：指在地表条件下，由于外力(如风力、地下水、卸荷、爆破等)的作用而形成的各种界面，如卸荷裂隙、爆破裂隙、风化裂隙、风化夹层及泥化夹层等。 5.结构面频率：即裂隙度，是指岩体中单位长度直线所穿过的结构面数目。 6.结构体：结构面依其本身的产状，彼此组合将岩体切割成形态不一、大小不等以及成分各异的岩石块体，被各种结构面切割而成的岩石块体称为结构体。 7.结构效应：是指岩体中结构面的方向、性质、密度和组合方式对岩体变形的影响。 8.剪胀角（angle of dilatancy）：岩体结构面在剪切变形过程中所发生的法向位移与切向位移之比的反正切值。 9.节理化岩体：是指被各种节理、裂隙切割呈碎裂结构的岩体。 10.结构面产状的强度效应：指结构面与作用力之间的方位关系对岩体强度所产生的影响。 11.结构面密度的强度效应：指结构面发育程度(数量)对岩体强度所产生的影响。 12.岩体完整性指标：是指岩体弹性纵波与岩石弹性纵波之比的平方。 13.岩体基本质量：岩体所固有的、影响工程岩体稳定性的最基本属性，岩体基本质量由岩石坚硬程度和岩体完整程度决定。 14.自稳能力：在不支护条件下，地下工程岩体不产生任何形式破坏的能力。 15.体积节理数：是指单位岩体体积内的节理(结构面)数目。 16.岩石质量指标(RQD)：长度在10cm（含10 cm)以上的岩芯累计长度占钻孔总长的百分比，称为岩石质量指标RQD(Rock Quality Designation)。 二、填空题 1.岩体是指经历过多次反复地质作用，经受过变形，遭受过破坏，形成了一定的岩石成分和结构，赋存于一定地质环境中的地质体。因此，岩体力学性质与岩体中的、以及 2 密切相关。 2.岩体由结构面和结构体组成，结构面根据形成原因通常可分为三种类型：、 和。 3.在工程岩体范围内，结构面按贯通情况可分为、以及三种类型。 4.在岩体中被各种结构面切割而成的岩石块体称为结构体。结构体的形状主要有、、1 以及菱形和锥形等，如果风化强烈或挤压严重，也可形成、、 1 等。 5.岩体抵抗外力作用的能力称为岩体的力学性质。它包括岩体的特征、特征和1 特征等。 6.岩体结构面的剪切变形与、和有关。 7.岩体结构面的几何特性是反映节理的外貌，它的组成要素包括：、、、 以及和。 8.岩体的力学性质不仅取决于岩石本身及结构面的力学性质，也与密切相关。 9.岩体的强度不仅与组成岩体的的性质有关，而且与岩体内的有关，此外还与岩体有关。 10.岩体中存在各种结构面，结构面的变形大小主要由和控制的。

岩石的基本物理力学性质及其试验方法

第一讲岩石的基本物理力学性质及其试验方法(之一) 一、内容提要： 本讲主要讲述岩石的物理力学性能等指标及其试验方法，岩石的强度特性。 二、重点、难点： 岩石的强度特性，对岩石的物理力学性能等指标及其试验方法作一般了解。 一、概述 岩体力学是研究岩石和岩体力学性能的理论和应用的科学，是探讨岩石和岩体对其周围物理环境(力场)的变化作出反应的一门力学分支。 所谓的岩石是指由矿物和岩屑在长期的地质作用下，按一定规律聚集而成的自然体。由于成因的不同，岩石可分成火成岩、沉积岩、变质岩三大类。岩体是指在一定工程范围内的自然地质体。通常认为岩体是由岩石和结构面组成。所谓的结构面是指没有或者具有极低抗拉强度的力学不连续面，它包括一切地质分离面。这些地质分离面大到延伸几公里的断层，小到岩石矿物中的片理和解理等。从结构面的力学来看，它往往是岩体中相对比较薄弱的环节。因此，结构面的力学特性在一定的条件下将控制岩体的力学特性，控制岩体的强度和变形。 【例题1】岩石按其成因可分为( )三大类。 A. 火成岩、沉积岩、变质岩 B. 花岗岩、砂页岩、片麻岩 C. 火成岩、深成岩、浅成岩 D. 坚硬岩、硬岩、软岩答案：A 【例题2】片麻岩属于( )。 A. 火成岩 B. 沉积岩 C. 变质岩 答案：C 【例题3】在一定的条件下控制岩体的力学特性，控制岩体的强度和变形的是( )。 A. 岩石的种类 B. 岩石的矿物组成 C. 结构面的力学特性 D. 岩石的体积大小答案：C 二、岩石的基本物理力学性质及其试验方法 (一)岩石的质量指标 与岩石的质量有关的指标是岩石的最基本的，也是在岩石工程中最常用的指标。 1 岩石的颗粒密度(原称为比重) 岩石的颗粒密度是指岩石的固体物质的质量与其体积之比值。岩石颗粒密度通常采用比重瓶法来求得。其试验方法见相关的国家标准。岩石颗粒密度可按下式计算 2 岩石的块体密度 岩石的块体密度是指单位体积岩块的质量。按照岩块含水率的不同，可分成干密度、饱和密度和湿密度。 (1)岩石的干密度 岩石的干密度通常是指在烘干状态下岩块单位体积的质量。该指标一般都采用量积法求得。即将岩块加工成标准试件(所谓的标准试件是指满足圆柱体直径为48～54mm，高径比为2.0～2.5，含大颗粒的岩石，其试件直径应大于岩石最大颗粒直径的10倍；并对试件加工具有以下的要求；沿试件高度，直径或边长的误差不得大于0.3mm；试件两端面的不平整度误差不得大于0.05mm；端面垂直于试件轴线，最大偏差不得大于0.25。)。测量试件直径或边长以及高度后，将试件置于烘箱中，在105～110℃的恒温下烘24h，再将试件放入干燥器内冷却至重温，最后称试件的质量。岩块干

岩石力学性质在煤矿中的应用

岩石力学性质在煤矿中的应用 矿山岩石力学是研究自然好采动影响所造成的的矿山应力场中，有关矿山岩体和工程结构的强度，变形和稳定性的科学。他既是固体力学的一个分支，也是采矿工程的理论基础。 无论是地下开采还是露天开采，都可以抽象为对原有的地壳的一种人为的破坏活动，或称是一种人为的有目的在地壳中的大规模开挖活动。这种开挖活动破坏了岩体原有应力平衡状态。引起岩体内部应力重新分布，其结果表现为开掘的井、巷、硐、工作面、露天矿采场边坡等的周围岩体变形，移动甚至破坏，直到岩体内部重新形成一种新的应力平衡状态的为止。矿上岩石力学就是用于理论解释和研究相关问题的学科。 矿山岩石力学在采矿上主要解决问题有：一，露天采矿边坡设计及稳定加固技术；二，井下开采中的巷道和采场围岩稳定性问题;三，采场稳定性及开采优化设计问题；四，矿井突水预测、预报及预处理理论和技术；五，岩爆、煤与瓦斯突出预测及预处理理论和技术；六，采空区处理及地面沉降控制技术；七，岩石破碎问题。 岩石力学性质表现的作用有：一、保护生态环境，其主要的表现为地下水破坏、地表沉降、废石排放占地等，都将严重影响矿区的生态环境。借助岩石力学，研究保水开采措施，控制地表沉降，实施废石就地填充，将能较好的保护矿区生态环境。二、保护安全和正常生产。掌握矿山压力活动规律，用以指导采矿生产的设计和生产组织，控制顶板事故、巷道稳定性和边坡稳定性等，保障设备正常运行，促进安全生产。三、减少地下资源损失。通过研究和实测矿压活动规律，减少顶板等事故，故选择合理埋矿柱尺寸，甚至取消矿柱而实现无矿柱连续开采，将最大限度的减少矿石资源损失。四、改善地下开采工艺和技术。地下开采工艺、技术的进步与对矿压显现的规律的深刻认识和矿压控制手段的改善有密切关系。例如，自移式液压支架的使用促成了采矿综合机械化的实现，矿压规律的认识促成了露天高台阶开采和地下大分段及高中段开采；反之，开采工艺、施工技术的变革，提高地压的控制技能，如平行深孔掘进技术使得超前探放水、爆破震动超前泄压控制岩爆和防突成为可能。开采深度增加将使矿压显现更为剧烈，将带来一系列新的矿压控制问题，只有不断解决这些问题，才能是未来复杂条件下的开采工作得以顺利进行。五‘提高开采经济效果。为了维护巷道和管理顶板，每年都要消耗大量人力、物力和财力购买坑木、金属支护材料、水泥及其他材料，实施巷道和顶板支护，甚至留下大量贵重矿柱支护顶板，或者充填采空区、人工砌筑矿柱而置换天然矿柱这些都会明显的增加开采成本。矿压显现预测、支护质量与顶板动态监测、信息反馈、确定优化的矿压控制措施与开采施工方案、工艺，都将大幅度提高开采效益。 综上所述，掌握矿压显现规律，研究矿压控制的有效方法，对采矿安全生产，经济开采有重要意义。

131-煤岩物理力学性质与冲击倾向性关系

煤岩物理力学性质与冲击倾向性关系 李宏艳 1,2 (1.煤炭科学研究总院,北京100013;2.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院),北京100013) [摘　要]　冲击倾向性是煤岩介质的固有属性,是发生冲击矿压的必要条件,物理力学参数表征煤岩介质的性质,基于大量煤岩介质物理力学参数数据及冲击倾向性结果,分析了煤岩物理力学性质中吸水性、强度参数、变形参数与冲击倾向性之间的定量或定性关系。试验研究及理论分析结果表明,随着煤岩介质吸水性增强,其动态破坏时间越长,冲击能量指数越低,冲击倾向性程度越低;煤岩介质随着单轴抗压强度的增强,受载过程中积蓄的弹性应变能增大而耗散的永久变形能减少,冲击倾向性增加;弹性模量大于9G P a 时,冲击倾向性类别只为强冲击。 [关键词]　冲击倾向性;物理力学参数;动态破坏时间;冲击能量指数;弹性能量指数[中图分类号]T U 45 [文献标识码]A [文章编号]1006-6225(2011)03-0043-04 P h y s i c a l a n dMe c h a n i c a l P r o p e r t y o f C o a l a n dR o c k a n dI t s R e l a t i o n s h i pw i t hR o c k -b u r s t L i a b i l i t y L I H o n g -y a n 1,2 (1.C h i n a C o a l R e s e a r c h I n s t i t u t e ,B e i j i n g 100013,C h i n a ; 2.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o f C o a l R e s o u r c e s H i g h -e f f i c i e n c y M i n i n g a n d C l e a nU t i l i z a t i o n ,C h i n a C o a l R e s e a r c hI n s t i t u t e ,B e i j i n g 100013,C h i n a ) A b s t r a c t :R o c k -b u r s t l i a b i l i t y i s i n n e r p r o p e r t y o f c o a l a n d r o c k b o d y a n d i s n e c e s s a r y c o n d i t i o n o f r o c k -b u r s t .P h y s i c a l a n d m e c h a n i c a l p a r a m e t e r s r e p r e s e n t c o a l a n dr o c kb o d y 's p r o p e r t y . B a s e d o na m o u n t o f e x p e r i m e n t a l d a t a o f p h y s i c a l ,m e c h a n i c a l p a r a m e t e r a n d r o c k -b u r s t l i a b i l i t y o f c o a l a n dr o c kb o d y ,t h e q u a l i t a t i v e a n d q u a n t i t a t i v e r e l a t i o n s h i p s o f w a t e r a b s o r b a b i l i t y ,s t r e n g t h ,d e f o r m a t i o n m o d u l e a n d r o c k -b u r s t l i a b i l i t y w e r e a n a l y z e d .R e s u l t s s h o w e d t h a t w i t h a b s o r b a b i l i t y o f c o a l a n d r o c k b o d y i n c r e a s i n g ,i t s d y n a m i c d a m a g e t i m e i n c r e a s e d ,r o c k -b u r s t e n e r g y i n d e x r e d u c e d a n d r o c k -b u r s t l i a b i l i t y d e c r e a s e d .W i t h u n i a x i a l c o m p r e s s i o n s t r e n g t hi n c r e a s e d ,e l a s t i c e n -e r g ya c c u m u l a t e di nl o a d i n gp r o c e d u r ei n c r e a s e da n dr e l e a s e dp e r m a n e n t d e f o r m a t i o ne n e r g yr e d u c e d ,s or o c k -b u r s t l i a b i l i t yi n -c r e a s e d .Wh e ne l a s t i c m o d u l e w a s l a r g e r t h a n 9G P a ,r o c k -b u r s t l i a b i l i t y o f a l l s a m p l e s w a s s t r o n g . K e yw o r d s :r o c k -b u r s t l i a b i l i t y ;p h y s i c a l a n d m e c h a n i c a l p a r a m e t e r ;d y n a m i cd a m a g e t i m e ;r o c k -b u r s t e n e r g yi n d e x ;e l a s t i c e n e r g y i n d e x [收稿日期]2011-02-25 [基金项目]国家重点基础研究发展计划(973计划)课题(2010226801) [作者简介]李宏艳(1978-),女,河北唐山人,博士后,高级工程师,主要从事矿山岩石力学与煤岩动力灾害防治相关研究工作。 煤岩作为典型的脆性岩石赋存于复杂的地质环境中,煤岩介质的物理力学性质更趋于复杂化,尤其是具有积蓄变形能并产生冲击式破坏的性质,即 冲击倾向性,冲击倾向性是煤岩介质固有属性。煤岩介质冲击倾向性是引发煤矿冲击矿压等煤岩动力灾害的必要条件。因此,准确把握煤岩介质冲击倾向性的强弱,是控制冲击矿压等煤矿突发性灾害的重要前提。针对煤岩介质冲击倾向性实验、指标、判别,国内外学者作了大量研究工作,从不同角度对冲击倾向性的影响因素进行了分析,从而提出了一系列冲击倾向性评价指标,例如弹性能指标(W E T ) [1-3]、能量指标(P E S )[2] 、脆性指标修正值 (B I M )[4] 、能量耗散指标(K )[5]、动态破坏时间(D T )[6]、有效释放率 (B E R )[3,7] 、脆性指标 (B )[8] ,能量释放率(E R R)[9] 、有效冲击能 [10] 等。指标的提出为冲击倾向性评价奠定了基础,同时也为冲击矿压的预测预报提供了依据。而影响煤岩介质冲击倾向性的因素较多,主要分为内在因素与外部因素。内在因素以煤岩属性(矿物成分、碎屑含量、颗粒大小、岩石结构、颗粒接触方式、 胶结物成分、胶结类型)为主要影响因素的研究主要包括煤岩介质矿物成分及细观结构对冲击倾向性的影响 [11-12] 。外部因素主要体现在对煤岩体生 成条件、赋存环境、围岩应力、围岩性质(顶底板条件)以及密度、温度和湿度等的影响,如对组合煤岩结构冲击倾向性的试验研究 [13-14] ,探讨含水量对煤岩冲击倾向性的影响的研究 [15] 。煤岩 介质内在属性是决定煤岩介质冲击倾向性的内在因素,通过煤岩介质的物理力学参数加以定量表征,因此以煤岩物理力学参数为媒介,探讨冲击倾向性 第16卷第3期(总第100期) 2011年6月 煤　矿　开　采C o a l m i n i n g T e c h n o l o g y V o 1.16N o .3(S e r i e s N o .100) J u n e 2011 DOI :10.13532/j .cn ki .cn11-3677/td .2011.03.013

围压对煤体力学性质影响的实验分析研究

围压对煤体力学性质影响的实验分析研究 作者 (1. 重庆大学资源及环境科学学院，重庆400030；2. 重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室，重庆400030；3.北京科技大学土木与 环境工程学院北京 100083) 摘要：利用含瓦斯煤三轴伺服渗流系统，对突出型煤试件进行不同围压的三轴压缩试验。试验结果表明：围压对煤样的弹性模量、峰值强度和变形特性都有一定程度的影响；煤样的弹性模量、峰值强度和变形都随围压的增大而增加。根据以上的研究，围压对煤岩体强度的影响规律和煤岩体的变形特性,对进一步认识含瓦斯煤岩的力学性质具有重要的意义。 关键词：三轴压缩试验；围压；峰值强度；弹性模量；体积应变 1 引言 由于浅部煤炭资源的逐步耗竭，煤矿开采向地层深部延伸，同时矿井的各种作业活动都处于一种高应力状态下，从而增加了矿井灾害事故发生的可能性，其中很重要的一个原因就是在高应力下煤岩体表现出来的物理力学性质发生了变化。因此，研究高应力对煤岩体力学性质的影响，对矿井灾害事故防治具有重要的意义。 目前国内外学者在这方面做了大量的研究工作，并取得一定研究成果。文献[1~3]研究了围压和瓦斯压力对煤样强度、弹性模量及变形的影响；文献[4~7]针对不同的岩石做了围压对弹性模量及变形的相关研究，随着实验手段的更新和新仪器的研发，实验中所测量数据的准确性和可靠度都有大幅度的提高。因此，本文将利用含瓦斯煤三轴伺服渗流系统进行不同围压煤样三轴压缩试验，对所得到的结果分析围压对型煤试件力学性质的影响和力学变形破坏性质。 2 煤样制备及试验方法 2.1 煤样制备 由于煤岩体中大量的孔隙裂隙的存在，即使同一煤层取出的煤样，其强度和弹性模量的离散性都比较大，从中很难得出普遍结论。尹光志等[8]认为型煤和原煤两中含瓦斯煤样所得到的变形特性和抗压强度的变化规律是一样的。考虑到原煤煤样的难制作性及其离散性，因此本文将型煤煤样替代原煤煤样用于煤样基本

岩体力学重点

概念 岩石：是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而成的自然体。 岩石结构：是指岩石中矿物颗粒间的关系，包括颗粒大小、形状、排列、结构连结特点以及岩石中的微结构面。 岩石构造：岩石中不同矿物集合体之间及其与其他组成部分之间在空间的排列方式及充填方式。 岩石块体密度：单位体积岩石（包括岩石孔隙体积）的质量。 颗粒密度：岩石固相物质的质量与其体积的比值（不包括岩石孔隙体积）。 孔隙率：孔隙体积与总体积（包含孔隙）之比。 渗透系数：表征岩石透水性的重要标志，在数值上等于水力梯度为1时的渗流速度。 软化系数：岩石浸水后的饱和抗压强度与岩石干抗压强度之比。 膨胀性：岩石侵水后发生体积膨胀的性质。 岩石吸水性：岩石在一定的实验条件下吸收水分的能力。 扩容：岩石在外力作用下，形变过程中发生的非弹性的体积增长（岩石破坏的前兆）。 弹性模量：单向压缩条件下，弹性变形范围为轴向应力与试件轴向应变之比。 变形模量：岩石在单轴压缩条件下，轴向应力与总应变（弹性应变与塑性应变之和）的比值。泊松比：横向应变与纵向应变之比，也叫横向变形系数。 脆性度：对脆性程度的一种度量，脆性度愈小，材料抗断裂的抗力愈高；反之愈大。 尺寸效应：岩石试件尺寸越大，则强度越低，反之越高，这一现象。 常规三轴试验：试件处于σ1 >σ2=σ3应力状态下。 真三轴试验：试件处于σ1 >σ2 >σ3应力状态下。 岩石三轴压缩强度：岩石在三轴压缩荷载作用下，试件破坏时所承受的最大轴向压应力。流变性：介质在外力不变的条件下，应力与应变随时间而变化的性质。 蠕变：介质在大小和方向均不改变的外力作用下，其变形随时间变化而增大的现象。 松弛：介质的变形（应变）保持不变时，内部应力随时间变化而降低的现象。 弹性后效：介质加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。它是一种延迟发生的弹性变形和弹性恢复，外力卸除后最终不留下永久变形。 岩石长期强度：岩石的强度是随外载作用时间的延长而降低，作用时间t趋向于正无穷的强度（最低值）。 强度准则：表征岩石破坏条件的应力状态与岩石强度参数间的函数关系，通过它来判断岩石在什么样的应力应变条件下破坏。 岩石抗拉强度测定方法：直接拉伸法、抗弯法、劈裂法、点载荷法。 简答论述 1、岩石结构与岩石构造有什么区别？并举例加以说明。 岩石结构：是指岩石中矿物颗粒间的关系，包括颗粒大小、形状、排列、结构连结特点以及岩石中的微结构面。岩石构造：岩石中不同矿物集合体之间及其与其他组成部分之间在空间的排列方式及充填方式。如岩浆岩中的流线、流面、块状构造，沉积岩中的层理、叶片状构造，变质岩中的片理、片麻理和板状构造等。 2、岩石颗粒间的连接方式有哪几种？ 结晶连结：岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大部分变质岩以及部分沉积岩的结构连结。胶结连结：指颗粒与颗粒之间通过胶结物质连结在一起的连结。如沉积碎屑岩、部分粘土岩的结构连

煤和岩石物理力学性质测定方法

煤和岩石物理力学性质测定方法 第1部分:采样一般规定 1 范围 本部分规定了煤和岩石物理力学性质测定所需煤、岩样的采样的设备工具、技术要求、方法、记录与编号和封装要求。 本部分适用于煤及与煤层相关岩层中岩石的基本性质及冲击倾向性鉴定的室内实验。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过GB/T ××××的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。 GB/T 19222-2003 煤岩样品采取方法 JIS M0301-1975 强度试验用岩石的取样和试样的制备方法 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本部分。 3.1 说明 煤、岩样 coal rock sample 采集后基本能保持煤、岩体原有结构和状态的煤、岩块体。 4 设备工具和包装器材 4.1 取样设备及工具 取样设备和工具主要有：煤电钻、风镐、地质钻机（钻取煤、岩芯）。 4.2 包装器材 试验样品的包装器材如下： a）具有一定厚度及强度的塑料布、宽胶带； b）铁锅、石蜡； c）木屑、泡沫塑料、木箱。 5 技术要求 5.1 采样基本要求 5.1.1 采样前应提取采样地点的地质综合柱状图，了解清楚采样地点的地层结

构。 5.1.2 在研究某一局部地点的岩石性质时，应在所研究地点附近，应寻找具有代表性的采样点采样。按照GB/T 19222-2003的规定，常规煤层煤岩样品采样点应避开岩浆岩体侵入区、烧变区、风化带、冲蚀带、断层破碎带及其影响区域等地段。煤岩样采样前应清理煤壁，使表面新鲜、平整。。 5.1.3 在研究较大范围内的岩石性质时，应根据岩性变化情况，分别在几个具有代表性的采样点采样。 5.1.4 当沿岩层厚度岩性变化较大时应分别在上、中、下不同层位采样。 5.1.5 每一组煤、岩样应采自岩性相同的同一层位。 5.1.6 对岩性变化很大的岩层，禁止将在不同地点和不同层位采取的煤、岩样编为一组。 5.1.7 按照JIS M0301-1975的规定，尽量不采用爆破方法采样。如只能用爆破方法采样时，应降低炮眼装药量，以防产生大量人为裂隙。 5.2 采样技术要求 5.2.1 煤层取样 根据试验要求及煤层厚度分层取样，煤层厚度3.5m以下，采一组煤样；（3.5～5.0）m之间采两组煤样，一组靠近煤层顶板取样，另一组靠近煤层底板取样；煤层厚度大于（5.0～10）m之间可分上、中、下采取三组煤样；如煤层厚度大于10m，可根据煤层厚度，分更多层次采取煤样或用钻机采取煤样。 5.2.2 岩层取样 5.2.2.1 如测试岩层的常规物理力学性质，一般采集煤层的直接顶与基本顶两层岩样。 5.2.2.2 如需鉴定岩层冲击倾向性，应在煤层顶板或底板30m以内的岩层中，分别取不同岩性、单层厚度大于2m的各分层为一组，采取各个分层的岩样。 5.2.2.3 煤层底板一般只采一组岩样。如有厚度小于1.0m的伪底，并有底臌现象，除采此层伪底外，还应采其下另一组不同岩性的底板岩样。 5.2.2.4 如煤层中有夹矸层，应根据夹矸层的厚度、岩性、及对煤层开采影响的程度，酌情采取各夹矸层的岩样。 5.2.3 采样规格及数量 5.2.3.1 岩样每组四块，煤样每组七块。所采的岩块与煤块的规格大体为（25×25×20）cm的六面体，其高度方位应垂直煤、岩层的层理面。所采集的煤、岩样不

岩体力学

1.冲击地压，它是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下的突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象 2.煤与瓦斯突出是指在压力作用下，破碎的煤与瓦斯由煤体内突然向采掘空间大量喷出 基本特征 （1）突出的煤向外抛出距离较远，具有分选现象。 （2）抛出的煤堆积角小于煤的自然安息角。 （3）抛出的煤破碎程度高。 （4）有明显的动力效应。 （5）有大量的瓦斯涌出，瓦斯涌出量远远超过突出煤的瓦斯含量。 3.岩体力学是力学的一个分支学科，是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学，是一门应用型基础学科。 4.岩体力学的研究内容 (1)岩块、岩体地质特征的研究(2)岩石的物理、水理与热学性质的研究(3)岩块的基本力学 性质的研究。(4)结构面力学性质的研究。(5)岩体力学性质的研究(6)岩体中天然应力分布规律及其测量(7)工程岩体分类 5.岩块是指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体 6.岩体是在一定地质环境中形成的由岩块和结构面网络共同组成的，具有一定的结构并赋存与一定的天然应力状态下和地下水等地质环境中的地质体。 7.结构面：是指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度、厚度相对较小的地质面或带。根据地质成因的不同，可将结构面划分为原生结构面、构造结构面和次生结构面三类。 8.节理面指岩石切割成具有一定几何形状的岩块的裂隙系统，其两侧岩石无明显位移 9.颗粒密度(ρs)＞饱和密度(ρsat)＞天然密度(ρ)＞干密度(ρd)＞ρ’ 10.岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性。用吸水率、饱和吸水率与饱水系数等指标表示 11.岩石与外界的热交换形式：热传导、热对流、热辐射 12.岩块在连续单轴压缩条件下典型的应力-应变曲线如图。 (1)空隙裂隙压密阶段(OA段)：即试件中原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合，岩石被压密， 形成早期的非线性变形。 (2)弹性变形至微破裂稳定发展阶段(AC段)： 该阶段的σ-εL曲线呈近似直线关系，而σ-εv曲线开始(AB段)为直线关系，随σ增加逐渐变为曲线关系。据其变形机理又可细分弹性变形阶段(AB段)和微破裂稳定发展阶段(BC 段)。

同济大学出版岩体力学考试复习资料

岩体力学考试复习资料（2011/04/17） 一、名词释义 结构面:指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带. 岩体:在地质历史过程中形成的，由岩石单元体和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和 地下水等地质环境中的地质体. 颗粒密度:岩石固体相部分的质量与其体积的比值。块体密度(岩石密度):指岩石单位体积内的质量。 弹性;在一定的应力范围内物体受外力作用产生的全部变形去除外力后能立即恢复原有形状和尺寸。塑性;物体受力后产生变形，在外力去除后不能完全回复的性质。 粘性;物体受力后变形不能再瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质。脆性; 物体受力后变形很小时就发生碎裂的性质。 延性;物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质。 流变;在外部条件不变的情况下，岩石的变形或应力随时间的变化的现象弹性后效：应变恢复总是落后于应力的现象 单轴抗压强度：在单向压缩条件下，岩块能承受的最大压应力 法向刚度:在法向应力作用下，结构面产生单位法向变形所需的应力 剪切强度:岩体内任一方向剪切面在法向应力作用下所能抵抗的最大剪应力天然应力:人类工程活动之前存在于岩体中的应力重分布应力:岩体中由于工程活动改变后的应力 天然应力比值系数:岩体中天然水平应力与铅直应力之比 岩爆:高地应力地区由于洞壁围岩中应力高度集中使围岩产生突发性变形破坏的现象 围岩压力:地下洞室在重分布应力作用下产生过量的塑性变形或松动破坏，进而引起施加于支护衬砌上的压力围岩抗力:围岩对衬砌的反力 围岩抗力:使洞壁围岩产生一个单位径向变形所需要的内水压力蠕变:岩石在恒定的荷载作用下，变形随时间逐渐增大的性质尺寸效应：试件尺寸越大，岩块强度越低剪胀角：剪切位移线与水平的夹角 岩（体）石力学：是力学的一个分支学科，是研究岩（体）石在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用 的一门基础学科。 工程岩体力学：为各类建筑工程及采矿工程等服务的岩体力学 RQD(岩体质量指标)：指大于10cm的岩芯，累计长度与钻孔进尺长度之比的百分比软化性：岩石浸水饱和后强度降低的性质。 二、填空 岩体力学主要分支学科：工程岩体力学、构造岩体力学、破碎岩体力学。 岩体力学研究对象是：在各种地质作用下形成的天然岩体。 结构面连续性指标：线连续性系数、迹长、面连续性系数。 按充填厚度和连续性，结构面充填分为：薄膜充填、断续充填、连续充填、厚层充填。岩石软化性取决于岩石的：矿物组成、空隙性。流变包括：蠕变、松弛、弹性后效。 岩块抗拉强度测定方法：直接拉伸法和间接法；间接法有：劈裂法、抗弯法、点荷载法。影响抗剪强度因素：结构面的形态、连续性、胶结充填特征、壁岩性质。 岩体法向变形曲线分为：直线型、上凹型、上凸型、复合型；又称为弹性、弹-塑性、塑-弹性、塑-弹-塑性岩体。岩石天然应力测量方法：水压致裂法、扁千斤顶法、钻孔套应力解除法。铅直天然应力σv等于上覆岩体自重，σv=ρgh 水平天然应力σh=λσv，λ=μ/