.1490. 北京科技大学学报 第31卷 2.1.3冲击倾向性判据 衡量矿岩冲击倾向性的指标很多，可分为能量 指标（如弹性能量指数WT、冲击能量指标KE)、时 间指标（如动态破坏时间DT)、形变指标（如弹性变 形指标DE)以及刚度指标（如刚性比指标KE),这 些指标的特点是易于在实验室内测得，其缺点是数 据离散度较大，且易受实验条件影响，其中WT指 e,=一H(1+H)e 标是国内外较为流行的一种冲击倾向性指标，且我 国已经将该指标列为行业标准.因此，选用WT指 图4临空面平面应变状态 Fig.4 Plane strain state on the free plane 标来讨论永川煤矿砂岩冲击倾向性.在计算WT指 标时，采用了Origin7.0中的面积工具箱，其思想是 MPam1[]和h=700m,将计算出的1、吃和 计算数据曲线对x轴的积分，有效避免了不规则曲 代入式(2)，得到W3=7.365kJm-3,并认为算得 线下面积计算不准确的缺点 的应变能密度接近发生突出时应变能密度临界值， 砂岩冲击倾向性实验按照MT/T174一2000标 则得W≥7.365kJ·m3时砂岩突出危险，W< 准建议的方法在MTS815岩石力学试验系统上完成 7.365kJm3时砂岩不突出 所用试件取自一350m水平发生过突出大巷的岩块. 2.1.2强度判据 WT指标值计算用下式表示，计算示意图如 对于地下工程岩体，采用文献[13]的强度判据 图5所示. 可得： ≤03 WET-SI S2 (7) 十k≤B2 (3) (<I1<1o) 式中，S1为弹性应变能，其值为卸载曲线下面积， 式中，h=1十1十3，h=6[(1-2)2+(2 cm2;S2为塑形应变能，其值为加载曲线和卸载曲线 所包括的面积，cm2. )2+(一2)2]，J2称为主应力偏量第2不变量， Io为第1应力张量不变量1的一个特征值，a、k 是与岩土材料内摩擦角中和黏聚力c有关的常数， (是岩石的单轴抗拉强度 为了提高计算精度，采用郑颖人等提出的方 法16计算&，k的值： 23sin中 N23π(9-sin2$) △L/mm (4) k三 63Ccos中 图5Wr指数计算示意图 J23π(9-sin2中) Fig.5 Schematic drawing for calculating Wer 由前面的讨论可知： Wr计算结果见表2.由表中数据可知，永川煤 1=1十1十3=十或+$=(1一2)Yh, 矿砂岩总体上具有弱冲击倾向性，局部有强冲击倾 3=|s|=(1+)Yh, 向性 则式(3)可变为： 表2Wr数据 G≤(1+)Yh Table 2 Wgr data a(1-)Yh十k≤22(q<1<1o) (5) 试件编号 WET W平均值 Wr一1 3.908 a、k可从实验求得，把实验值代入式(5)中，就 WET-2 2.311 可得出永川砂岩突出的强度判据： WET-3 4.192 3.9138 o3≥3.562MPa Wr一 4.032 (6) 5.126 J2≥22.869MPa WET 5图4 临空面平面应变状态 Fig．4 Plane strain state on the free plane MPa·m －1［15］和 h＝700m‚将计算出的 σc 1、σc 2 和 σc 3 代入式（2）‚得到 W3＝7∙365kJ·m －3‚并认为算得 的应变能密度接近发生突出时应变能密度临界值‚ 则得 W ≥7∙365kJ·m －3时砂岩突出危险‚W ＜ 7∙365kJ·m －3时砂岩不突出． 2∙1∙2 强度判据 对于地下工程岩体‚采用文献［13］的强度判据 可得： σt≤σ3 αI1＋k≤J 1／2 2 （σt＜I1＜I0） （3） 式中‚I1＝σ1＋σ1＋σ3‚J2＝ 1 6 ［（σ1－σ2） 2＋（σ2－ σ3） 2＋（σ3－σ2） 2］‚J2 称为主应力偏量第2不变量‚ I0 为第1应力张量不变量 I1 的一个特征值‚α、k 是与岩土材料内摩擦角●和黏聚力 c 有关的常数‚ σt 是岩石的单轴抗拉强度． 为了提高计算精度‚采用郑颖人等提出的方 法［16］计算 α、k 的值： α＝ 2 3sin● 2 3π（9－sin 2●） k＝ 6 3Ccos● 2 3π（9－sin 2●） （4） 由前面的讨论可知： I1＝σ1＋σ1＋σ3＝σc 1＋σc 2＋σc 3＝（1－μ2）γh‚ σ3＝｜σc 3｜＝μ（1＋μ）γh‚ 则式（3）可变为： σt≤μ（1＋μ）γh α（1－μ2）γh＋k≤J 1／2 2 （σt＜I1＜I0） （5） α、k 可从实验求得‚把实验值代入式（5）中‚就 可得出永川砂岩突出的强度判据： σ3≥3∙562MPa J2≥22∙869MPa （6） 2∙1∙3 冲击倾向性判据 衡量矿岩冲击倾向性的指标很多‚可分为能量 指标（如弹性能量指数 WET、冲击能量指标 KE）、时 间指标（如动态破坏时间 DT ）、形变指标（如弹性变 形指标 DE）以及刚度指标（如刚性比指标 KE）．这 些指标的特点是易于在实验室内测得‚其缺点是数 据离散度较大‚且易受实验条件影响‚其中 WET 指 标是国内外较为流行的一种冲击倾向性指标‚且我 国已经将该指标列为行业标准．因此‚选用 WET指 标来讨论永川煤矿砂岩冲击倾向性．在计算 WET指 标时‚采用了 Origin7∙0中的面积工具箱‚其思想是 计算数据曲线对 x 轴的积分‚有效避免了不规则曲 线下面积计算不准确的缺点． 砂岩冲击倾向性实验按照 MT／T174－2000标 准建议的方法在 MTS815岩石力学试验系统上完成． 所用试件取自－350m 水平发生过突出大巷的岩块． WET 指标值计算用下式表示‚计算示意图如 图5所示． WET＝ S1 S2 （7） 式中‚S1 为弹性应变能‚其值为卸载曲线下面积‚ cm 2 ；S2 为塑形应变能‚其值为加载曲线和卸载曲线 所包括的面积‚cm 2． 图5 W ET指数计算示意图 Fig．5 Schematic drawing for calculating W ET WET计算结果见表2．由表中数据可知‚永川煤 矿砂岩总体上具有弱冲击倾向性‚局部有强冲击倾 向性． 表2 W ET数据 Table2 W ET data 试件编号 W ET W ET平均值 W ET－1 3∙908 W ET－2 2∙311 W ET－3 4∙192 3∙9138 W ET－4 4∙032 W ET－5 5∙126 ·1490· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷