第3部分冲击地压编制说明

1《GB/T25217冲击地压测定、监测与防治方法第3部分：煤岩组合试件冲击倾向性分类及指数的测定方法》编制说明1工作情况1.1任务来源及计划要求随着煤炭资源开采深度的增加和开采强度的增大，冲击地压矿井的数量显著增多，灾害发生的频度和强度也在增大，冲击地压已经成为威胁我国煤矿安全生产的主要灾害之一。《冲击地压测定、监测与防治方法》是为适应我国煤矿开采形势，有效遏制煤矿重特大事故发生，专门围绕冲击地压测定、监测与防治而编制的系列方法标准。其中，该系列标准的第3部分为煤岩组合试件冲击倾向性分类及指数的测定方法，是针对煤岩组合试件的冲击倾向性而编制的专项标准，对促进我国煤矿冲击地压机理研究、提升冲击地压危险性评价及防治水平有着重要意义。本标准来源于国家标准化管理委员会2016年下达的国家标准修订计划，是GB/T25217《冲击地压测定、监测与防治方法》的第9部分。技术归口单位是中国煤炭工业协会。1.2主要起草单位、标准主要起草人本部分起草单位组成如下：天地科技股份有限公司开采设计事业部、煤炭科学技术研究院有限公司、中国矿业大学、辽宁工程技术大学、中国矿业大学（北京）。本部分起草单位：天地科技股份有限公司开采设计事业部、煤炭科学技术研究院有限公司安全分院、辽宁工程技术大学、山东科技大学、中国矿业大学（北京）。本部分主要起草人员：潘俊锋、齐庆新、杨磊、潘一山、谭云亮、赵毅鑫、张晨阳、蒋军军。1.3各阶段工作过程标准计划下达后，2016年3月，成立标准起草编制小组，编制小组对标准的编写进行了详解的阶段划分，多次召开标准起草协调工作会议，听取了各方面对《冲击地压测定、监测与防治方法第3部分：煤岩组合试件冲击倾向性分类及指数的测定方法》的意见，参照国内外相关资料，按照国家标准制修订要求，对本部分中的各项条款逐一研究制定。2018年1月、5月、7月及29月分别进行了标准编制研讨会，起草小组对研讨会中形成的意见与建议进行了汇总、整理和认真修改，编写了本部分标准的征求意见稿及其编制说明。形成了《冲击地压测定、监测与防治方法》预审稿。2标准编写基础及原则2.1编写基础1）技术基础（技术的发展过程与进步）GB25217-2010《冲击地压测定、监测与防治方法》于2010年已颁发了第1和第2部分，即煤和顶板岩层的冲击倾向性测定方法，但近年来，众多学者研究发现利用单纯的煤层或岩层试块的试验方法和评价指标继续判定深部煤岩的冲击倾向性往往出现“低估”现象，特别是煤层上部存在高强坚硬顶板。如何科学定量的解析考虑实际煤岩结构特征、赋存环境与围岩性质对冲击地压灾害的作用机制及与煤岩冲击倾向性的关系是目前最棘手的问题之一，因此，许多学者考虑实际煤岩结构特征、地质构造与原岩应力条件，采用煤岩组合模型来评价煤岩冲击倾向性。研究发现，煤岩组合试件的冲击倾向性要明显高于纯煤试件，通过组合煤岩模型来揭示煤岩体的冲击倾向性更贴近现场实际，更能准确反映井下煤岩体冲击危险状态。2）单位基础（起草单位与协作单位的编写基础条件与工程现场）天地科技股份有限公司开采设计事业部（煤炭科学研究总院开采研究分院）是专业从事矿井及选煤厂等煤炭工程设计与咨询、煤矿开采工艺与方法、巷道支护、工作面支护、“三下”采煤、矿山压力与岩层控制研究的专业研发机构，是中国煤炭行业液压支架及单体支柱技术和巷道支护技术归口单位，中国煤炭学会岩石力学与支护专业委员会、煤矿开采损害技术鉴定委员会、煤炭工业开采信息中心站、煤炭工业矿山压力信息中心站综采矿压分站和冲击地压分站的挂靠单位。事业部下属采矿技术研究所是国内最早开展冲击地压防治研究的科研单位。自1978年就率先成立了冲击地压研究室，为国内最早开展冲击地压防治研究的科研单位。于1984年被全国矿山压力情报中心站指定为冲击地压分站，负责归口管理全国冲击地压情报收集与学术交流活动。先后承担了“煤岩冲击倾向性鉴定”行业和国家标准、“冲击地压防治暂行规定”、“冲击地压防治技术规范”等标准和规范的制定。32.2编写原则1）针对煤岩组合试件冲击倾向性的测定方法，提出规范化要求。2）参阅国外先进标准的内容，根据我国目前冲击倾向性分类及测定方法的实际情况，按国家标准编制要求，结合我国煤炭行业的实际需求与情况编写本部分标准，并尽可能与有关国际标准接轨。3）参阅相关的国内外标准，遵循“科学性、先进性、普适性、可操作性”原则，易于推广和应用，将煤岩组合试件冲击倾向性分类及指数的测定方法编入本部分标准内。3标准主要内容冲击地压作为一种动力现象，其发生过程伴随着能量的释放，从能量的角度研究冲击倾向性分类较为合理，目前具有代表性的判据主要包括冲击能量指数和弹性能量指数，但这两个指数在计算过程中存在一定的缺陷，而且经常出现结果差距大的情况。图3-1为冲击能量指数的计算方法示意图，该指标反映了试验机在峰前输入岩石的总能量相对于峰后破坏能量的比例关系，从能量转化的角度分析冲击倾向性问题。但是该指标判据中计算峰前面积A1时，只考虑了试样在峰值强度前能量总的输入过程，并没有考虑能量的耗散过程。实际上，试样在加载过程中必然伴随着能量的积聚与耗散，因此计算面积A1时应该要扣除耗散能。图3-1冲击能量指数计算示意图而弹性能量指数判据在判断岩石是否具有岩爆倾向性及其等级划分时，存在很大不足，其中的关键问题在于，无法准确计算到达峰值强度时岩样内部储存的4弹性能和耗散能。理想情况应该是峰前输入能量中的弹性能和峰后破坏能进行比较，当弹性能大于峰后破坏能时，则具有冲击倾向性，两者差值(比值)越大，冲击倾向性越强烈。图3-2剩余能量指数计算示意图本标准的试验过程中，对煤岩组合试件分别进行不同应力水平下的单轴压缩一次加卸载破坏试验，通过考察不同输入能量下储存在岩石内部弹性能和耗散能的关系，拟合计算出峰值点处的弹性能密度，在此基础上对原有冲击能量指数进行改进，通过峰值弹性能密度Ue与峰后破坏能密度Ua的比值来衡量煤岩组合试件的冲击倾向性，如图3-2所示，即剩余能量指数。参考文献：[1]张绪言，冯国瑞，康立勋，等.用剩余能量释放速度判定煤岩冲击倾向性[J].煤炭学报，2009，34(9):1165--1168．[2]牟宗龙，王浩，彭蓬，等.岩-煤-岩组合体破坏特征及冲击倾向性试验研究[J].采矿与安全工程学报，2013,30(6):841-847.[3]宫凤强，闫景一，李夕兵.基于线性储能规律和剩余弹性能指数的岩爆倾向性判据[J].岩石力学与工程学报，2018,37(9):1993-2014.[4]谢和平，鞠杨，黎立云.基于能量耗散与释放原理的岩石强度与整体破坏准则[J].岩石力学与工程学报，2005,24(17):3003-3010.[5]唐礼忠，潘长良，王文星.用于分析岩爆倾向性的剩余能量指数[J].中南工业大学学报，2002,33(2):129-132.5[6]苏承东，袁瑞甫，翟新献.城郊矿煤样冲击倾向性指数的试验研究[J].岩石力学与工程学报，2013,32(2):3696-3704.4试验验证情况和预期效果4.1可论述本标准所选取的试验验证方法、过程、数据及结果等。本标准中使用的试验样品为顶板-煤层组合试件，一定程度上考虑了实际煤岩结构特征、围岩性质对冲击倾向性的影响作用，通过该组合煤岩模型来揭示煤岩体的冲击倾向性更贴近现场实际，更能准确反映井下煤岩体冲击危险状态。主要通过实验室测试的试验方法，试验过程中，将煤和顶板岩层分别加工后，制作成标准试件进行单轴压缩试验，通过多组一次循环加卸载即可得到组合试件的峰值弹性能密度，并以此计算剩余弹性能密度。4.2可以技术方法应用现状为基础，分别描述预期的社会效益、经济效益及对产业发展的作用等情况。建立该标准技术上已经可行，煤矿企业也有强烈的内在需求。该标准建立，有望更准确的提前对我国煤矿的冲击地压隐患进行排查，提高煤矿的安全风险意识，在一定程度上减少灾害的发生，间接提高经济效益。5与国际、国外同类标准水平的对比情况通过国家标准文献服务共享平台（），以“冲击地压”、“冲击倾向性”、“煤岩组合”为关键词，查阅了CN-GB国家质检总局、CN-SY行业标准-石油、CN-MT行业标准-煤炭、CN-SL行业标准-水利、CN-AQ行业标准-安全生产等140个机构颁布的国内标准。查到现行与“冲击地压”相关的标准有2项，为“冲击地压测定、监测与防治方法第1部分：顶板岩层冲击倾向性分类及指数的测定方法”和“冲击地压测定、监测与防治方法第2部分：煤的冲击倾向性分类及指数的测定方法”。此两项标准与本标准均为《冲击地压测定、监测与防治方法》的不同部分。查到与“冲击倾向性”相关的标准有四项，其中包括上述两项，另外两项为煤炭行业2000年发布的煤岩冲击倾向性测定的煤炭行业标准。未查到与“煤岩组合”相关的标准。通过国家标准文献服务共享平台（），以“rockburst”、“burstingliability”、“coal-rockcombinations”为关键词，查阅了包括IX-CEN欧洲标准化委员会、IX-ISO国际标准化组织、IX-ETSI欧洲电信标准协会、6IX-IEC国际电工委员会等13个机构颁布的国际标准和US-ANSI美国国家标准学会、CA-CSA加拿大标准协会、DE-DIN德国标准化学会、GB-BSI英国标准学会、FR-AFNOR法国标准化协会、JP-JISC日本工业标准调查会等92个机构颁布的国外标准，均未见有与关键词相关的标准。6与现行法律、法规、政策及相关标准的关系本标准与87版《冲击地压煤层安全开采暂行规定》、1987年至今所有版本《煤矿安全规程》、《防治冲击地压细则》等及其他相关法律、法规、政策及相关标准无冲突关系。7重大分歧意见的处理过程和依据。无。8对标准作为强制性标准或推荐性标准的建议GB/T25217.3—2018《冲击地压测定、监测与防治方法第3部分：煤岩组合试件冲击倾向性分类及指数的测定方法》是推荐性国家标准。9贯彻标准的要求和措施建议1）建议本标准批准发布6个月后实施。2）建议标准实施后组织标准宣讲，以使各煤矿生产企业了解标准内容，促进标准的顺利实施。10废止现行有关标准的建议没有废止现行有关标准的建议。11其他应予以说明的事项无。