寧東煤田鴛鴦湖礦區(qū)紅柳煤礦頂板砂巖的力學(xué)特性分析

【摘 要】在地下工程中，巖石單軸抗壓強(qiáng)度是地下空間開挖和支護(hù)的依據(jù)。論文以紅柳煤礦頂板為研究對象，基于巖石或混凝土等脆性材料力學(xué)測試設(shè)備，對天然含水率下砂巖的強(qiáng)度進(jìn)行了研究，為礦井采場管理或巷道支護(hù)提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】頂板砂巖；天然含水率；單軸強(qiáng)度；采場管理；巷道支護(hù)

【Abstract】The underground engineering， the rock uniaxial compressive strength is the basis of underground space excavation and supporting. Papers to Philippine roof in coal mine as the research object， based on the brittle material such as rock or concrete mechanical test equipment， the strength of the sandstone are studied under the natural moisture content， provide the basis for the mine stope management or roadway support.

【Key words】Roof sandstone； Natural moisture content； Uniaxial strength； Stope management； The roadway supporting

0 引言

利用壓力試驗機(jī)對一定尺度、形狀的巖石試樣進(jìn)行單軸壓縮，是揭示巖石材料力學(xué)特性的簡單而重要的方法。但普通試驗機(jī)剛度較低，對巖樣壓縮過程中自身變形較大，吸收了許多能量；當(dāng)巖樣達(dá)到極限強(qiáng)度、承載能力下降時，試驗機(jī)的變形恢復(fù)，釋放的能量造成巖樣不穩(wěn)定破壞，即脆斷。通過提高試驗機(jī)剛度或伺服控制加載過程，可以得到巖樣單軸壓縮的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)糖€， 即巖樣在峰值應(yīng)力之后承載能力隨著變形的增大而逐步降低，并非脆斷。

1 灰?guī)r單軸抗壓強(qiáng)度實驗

巖石單軸抗壓強(qiáng)度就是巖石試件在單軸壓力下（無圍壓而軸向加壓力）抵抗破壞的極限能力，或極限強(qiáng)度，它在數(shù)值上等于破壞時的最大壓應(yīng)力。

（1）1號試件

（2）2號試件

1.1 試驗方法

試驗試樣取自紅柳煤礦首采工作面，從頂板巖層鉆取巖芯，巖芯直徑為62mm，由“水利水電工程巖石實驗規(guī)程”（SL264-2001），將現(xiàn)場取回的巖芯機(jī)械打磨，加工成圓柱形試件，加工精度要求沿試件高度，直徑的誤差不得大于0.3mm，兩個端面不平整度誤差不得大于0.05mm，端面應(yīng)垂直于試件軸線，最大偏差不得大于0.25°。

1.2 試驗結(jié)果

通過分析砂巖試驗數(shù)據(jù)，得到砂巖應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖1所示。

表1 砂巖天然狀態(tài)下試樣參數(shù)表

由“水利水電工程巖石實驗規(guī)程”（SL264-2001），為便于對單軸抗壓強(qiáng)度的試驗結(jié)果作統(tǒng)計分析，應(yīng)將任意高徑比的抗壓強(qiáng)度R按下列公式換算成高徑比為2：1的標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度Rc。

R=P/A （1）

式中：R為巖石單軸抗壓強(qiáng)度，MPa；P為單軸壓力下破壞時的荷載，MN；A為試件的橫斷面面積，m2。

Rc=8R/（7+2D/H） （2）

式中：Rc為標(biāo)準(zhǔn)試件單軸抗壓強(qiáng)度，MPa；R為非標(biāo)準(zhǔn)試件抗壓強(qiáng)度，MPa；D為試件直徑，m；H為試件高度，m。

具體試驗結(jié)果如表1所示。

單軸抗壓強(qiáng)度為所取試件的抗壓強(qiáng)度的平均值。由表1知，砂巖的標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度RC取平均值為60.01MPa。

2 結(jié)束語

通過物理力學(xué)實驗求出了灰?guī)r的重度、單軸抗壓強(qiáng)度及應(yīng)力—應(yīng)變過程曲線，同時從應(yīng)力應(yīng)變曲線可以看出，砂巖表現(xiàn)出很大的脆性，峰后強(qiáng)度釋放很快。

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