D0I:10.13374/1.issnl00103.2009.12.001 第31卷第12期 北京科技大学学报 Vol.31 No.12 2009年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2009 重力场条件下砂岩突出倾向性 郭臣业鲜学福李晓红姚伟静姜永东 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 摘要通过对永川煤矿砂岩物理力学性质的实验研究，得出了突出砂岩的特征，并据此研究了该矿一350m水平砂岩突出 倾向性，提出了重力场条件下砂岩突出倾向性的判据.研究表明：突出的砂岩具有孔隙率大、气孔容积大的物理特征和杨氏模 量较低、强度低、不易产生塑性变形的力学特性：岩石和瓦斯突出发动过程与冲击地压特征具有一致性，可以用研究冲击地压 的理论来研究砂岩突出倾向性问题：砂岩突出受多种因素影响，力学因素是主导因素.在“三准则”理论基础上，建立了用能量 准则、强度准则和冲击倾向性准则评价砂岩突出倾向性的方法· 关键词岩爆：瓦斯突出：砂岩：物理性能；力学性能：判据 分类号TD713+.2 Outburst orientation of sandstone under gravitational field GUO Chen-ye,XIA N Xue fu,LI Xiao-hong,YAO Wei-jing,JIA NG Yong-dong Key Laboratory of the Ministry of Education of China for Exploitation of Southwestern Resources&Environmental Disaster Control Engineering Chongqing University,Chongqing 00030.China ABSTRACT The characters of outburst sandstone in rocks from Yongchuan Coal Mine were studied on the base of experimental in- vestigation on its physical and mechanical properties.The outburst orientation of sandstone at the-350m horizontal in this coal was analyzed and the criterion of outburst orientation was proposed.The results show that outburst sandstone has the physical characteris- tics of big porosity and big blow hole volume.and the mechanical characteristics of low Young's modulus,low strength,and not easy to produce plastic deformation.The launch process of rocks and gas outburst has uniformity with the rockburst characteristic,and the rockburst theory can be used to study the outburst orientation of sandstone.which depends on many kinds of factors.In these factors the mechanical factor is primary.The assessment method of outburst orientation of sandstone was established based on the energy cri- terion.strength criterion.and impact orientation criterion. KEY WORDS rockburst:gas outburst:sandstone:physical properties:mechanics properties:criterion 岩石和瓦斯突出是发生在煤矿生产过程中的一 国内外学术界对岩石和瓦斯突出机理研究较少，没 种矿山动力现象，这里指的岩石和瓦斯（广义瓦斯） 有像对研究煤和瓦斯突出机理那样广泛和深入·前 突出包括了岩石突出、岩石与瓦斯一起的突出，近 苏联、德国和日本等在20世纪60一80年代虽对煤 年来，随着开采深度的增加，地应力增加（垂直应力 矿岩石和瓦斯突出问题从突出机理、预测预报到防 渐渐取代水平应力而成为最大主应力)，采矿工程环 治措施等方面作过一些创新性的研究，但尚存在争 境进一步恶化山，我国一些煤矿巷道掘进中已频繁 议，国内外已有的大量突出实例表明2)]，突出岩 出现了岩石和瓦斯突出现象，如发生在重庆地区永 石大多为砂岩]，目前，虽然国内外对不同条件 川煤矿6井一350m水平（距地表700m左右）岩巷 下砂岩的破坏机理、变形特征及本构关系与强度理 掘进头的109次岩石和瓦斯突出(1991一1994)2， 论研究得比较深入，但对砂岩突出倾向性的研究尚 以及发生在阜新矿区艾友矿107采区皮带大巷（距 未见报道 地表960m左右)的岩石和瓦斯突出(2007)，目前， 因此，研究砂岩物理力学性质及突出倾向性对 收稿日期：2009-03-10 基金项目：创新研究群体科学基金资助项目(N。.50621403):重庆市院士基金资助项目(N。-CSTC2005AB6007):教育部科学技术研究重点资 助项目(No.109130) 作者简介：郭臣业(1980一)，男，博士研究生；鲜学福(l929一)，男，教授，博士生导师，E-mail:xianxf(@cae.cn重力场条件下砂岩突出倾向性 郭臣业 鲜学福 李晓红 姚伟静 姜永东 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 摘 要 通过对永川煤矿砂岩物理力学性质的实验研究‚得出了突出砂岩的特征‚并据此研究了该矿－350m 水平砂岩突出 倾向性‚提出了重力场条件下砂岩突出倾向性的判据．研究表明：突出的砂岩具有孔隙率大、气孔容积大的物理特征和杨氏模 量较低、强度低、不易产生塑性变形的力学特性；岩石和瓦斯突出发动过程与冲击地压特征具有一致性‚可以用研究冲击地压 的理论来研究砂岩突出倾向性问题；砂岩突出受多种因素影响‚力学因素是主导因素．在“三准则”理论基础上‚建立了用能量 准则、强度准则和冲击倾向性准则评价砂岩突出倾向性的方法． 关键词 岩爆；瓦斯突出；砂岩；物理性能；力学性能；判据 分类号 TD713＋∙2 Outburst orientation of sandstone under gravitational field GUO Chen-ye‚XIA N Xue-f u‚LI Xiao-hong‚Y A O We-i jing‚JIA NG Yong-dong Key Laboratory of the Ministry of Education of China for Exploitation of Southwestern Resources ＆ Environmental Disaster Control Engineering‚ Chongqing University‚Chongqing400030‚China ABSTRACT T he characters of outburst sandstone in rocks from Yongchuan Coal Mine were studied on the base of experimental in￾vestigation on its physical and mechanical properties．T he outburst orientation of sandstone at the －350m horizontal in this coal was analyzed and the criterion of outburst orientation was proposed．T he results show that outburst sandstone has the physical characteris￾tics of big porosity and big blowhole volume‚and the mechanical characteristics of low Young’s modulus‚low strength‚and not easy to produce plastic deformation．T he launch process of rocks and gas outburst has uniformity with the rockburst characteristic‚and the rockburst theory can be used to study the outburst orientation of sandstone‚which depends on many kinds of factors．In these factors the mechanical factor is primary．T he assessment method of outburst orientation of sandstone was established based on the energy cri￾terion‚strength criterion‚and impact orientation criterion． KEY WORDS rockburst；gas outburst；sandstone；physical properties；mechanics properties；criterion 收稿日期：2009-03-10 基金项目：创新研究群体科学基金资助项目（No．50621403）；重庆市院士基金资助项目（No．CSTC2005AB6007）；教育部科学技术研究重点资 助项目（No．109130） 作者简介：郭臣业（1980－）‚男‚博士研究生；鲜学福（1929－）‚男‚教授‚博士生导师‚E-mail：xianxf＠cae．cn 岩石和瓦斯突出是发生在煤矿生产过程中的一 种矿山动力现象．这里指的岩石和瓦斯（广义瓦斯） 突出包括了岩石突出、岩石与瓦斯一起的突出．近 年来‚随着开采深度的增加‚地应力增加（垂直应力 渐渐取代水平应力而成为最大主应力）‚采矿工程环 境进一步恶化［1］‚我国一些煤矿巷道掘进中已频繁 出现了岩石和瓦斯突出现象‚如发生在重庆地区永 川煤矿6井－350m 水平（距地表700m 左右）岩巷 掘进头的109次岩石和瓦斯突出（1991—1994） ［2］‚ 以及发生在阜新矿区艾友矿107采区皮带大巷（距 地表960m 左右）的岩石和瓦斯突出（2007）．目前‚ 国内外学术界对岩石和瓦斯突出机理研究较少‚没 有像对研究煤和瓦斯突出机理那样广泛和深入．前 苏联、德国和日本等在20世纪60—80年代虽对煤 矿岩石和瓦斯突出问题从突出机理、预测预报到防 治措施等方面作过一些创新性的研究‚但尚存在争 议．国内外已有的大量突出实例表明［2－3］‚突出岩 石大多为砂岩［2－3］．目前‚虽然国内外对不同条件 下砂岩的破坏机理、变形特征及本构关系与强度理 论研究得比较深入‚但对砂岩突出倾向性的研究尚 未见报道． 因此‚研究砂岩物理力学性质及突出倾向性对 第31卷 第12期 2009年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31No．12 Dec．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．12．001