含煤岩系岩石力学性质控制因素探讨.pdfVIP

第 21 卷 第 1 期 岩石力学与工程学报 21(1) ：102～106 2002 年 1 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Jan .，2002 含煤岩系岩石力学性质控制因素探讨* 孟召平 彭苏萍 傅继彤 ( 中国矿业大学资源开发工程系 北京 100083) 摘要 基于含煤岩系主要岩石类型，系统分析了决定岩石力学性质的主要控制因素如岩性、地应力和水，探讨了 不同岩性岩石在不同侧压和不同含水条件下的力学特征，分别建立了含煤岩系岩石力学性质与岩性、地应力和水 等主要控制因素之间的定量关系。研究表明，含煤岩系岩性随着碎屑颗粒粒度由粗到细，即由砂岩到泥岩变化， 碎屑岩的强度与刚度均迅速衰减。岩石的变形和强度以及破坏机制与其所承受的有效侧压大小有关，表现为不同 岩性岩石的刚度和强度均随侧压的增大而增大，呈非线性关系，其应变软化性态和破坏机制也均随侧压的增大而 发生转化。水对岩石力学性质亦产生重要影响，在干燥或较少含水量情况下，岩石在峰值强度后表现为脆性和剪 切破坏，应力-应变曲线具有明显的应变软化特性；随着含水量的增加，岩石单轴抗压强度和弹性模量值均急剧降 低，主要表现为塑性破坏，且应变软化特性不明显。 关键词 含煤岩系，岩石力学性质，控制因素 分类号 TD 315 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2002)01-0102-05 够，因此，对岩石强度和变形特性及岩石发生破裂 1 引 言 的发展过程的认识在一定程度上受到限制。众所周 知，影响岩石力学性质的因素很多，其中，主要受 含煤岩系是一种在成因上有共生关系并含有煤 岩性(相)和赋存环境，如水和地应力环境等因素影 层(或煤线) 的沉积岩系，简称煤系。成煤古地理环 响[13，14]，对岩石力学性质的认识，只有认真地考虑 境、古构造条件、古气候和古植物条件是控制煤系 这些因素，才能作出正确的评价[1] 。本文试图通过 形成的重要因素。含煤岩系形成是在潮湿气候条件 对含煤岩系岩石力学性质的主要控制因素如岩性、 下沉积盆地边缘发生的充填，主要由陆源碎屑岩和 地应力和水的系统分析，来了解不同岩性岩石在不 煤层构成，岩性多为砂岩、粉砂岩和粘土岩，如淮 同侧压和不同含水条件下的力学特征，分别建立岩 南煤田二叠纪含煤岩系，形成于三角洲平原环境， 石力学性质与岩性、地应力和水等主要控制因素之 砂岩占 33.66%，粉砂岩占 8.7%，泥岩占 50.38%， 间的定量关系，为复杂的地下工程设计与围岩控制 煤占 7.23%(含不可采煤层) 。由于含煤岩系形成 提供理论依据。 于地壳浅部，其生成和赋存环境与岩浆岩或变质岩 显然不同，岩性较为软弱，变化较大，成分复杂， 2 岩性(相)对岩石力学性质的控制 使得含煤岩系岩石具有不同于其他岩类的变形力学 特性。因此，在进行矿井工程地质和井巷围岩质量 试验表明(表 1)，任何一类岩石的力学性质的变 及稳定性评价时，有必要对含煤岩系岩石的变形力 化范围都很大，并与其他岩类有较大范围的交叉， 学特性及其控制因素进行专门研究[1，2] 。 如砂岩的单轴抗压强度为 50.6～281.3 MPa ，粉砂 有关岩石力学特性研究，早已受到国内外学者 岩为 67.28～130.09 MPa，泥岩为 9.81～81.50 MPa， 的重视，取得了许多研究成果[3～12]。但从目前的研 煤层为 2.2