动静组合加载煤岩体力学特性测试规范

动静组合加载煤岩体力学特性测试规范

1范围

本文件规定了动静组合加载下煤和岩样力学参数测试的基本要求和技术方法，包括术语

和定义、设备工具和包装器材、试件规格、试验步骤和计算技术要求、采样方法、记录与编

号、封固与装箱以及煤样和岩样后处理工作。

本文件适用于在实验室条件下，能够加工成标准试件的煤和岩石在一维动静组合压缩条

件下、三维动静组合压缩条件下、动静组合拉伸条件下，煤和岩石强度和变形参数的测定。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期

的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括

所有的修改单）适用于本文件。

GB/T23561煤和岩石物理力学性质测定方法第1部分：采样一般规定

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

一维动静组合压缩试验One-dimensionaldynamicandstaticcompressiontest

首先对煤样和岩样施加轴向静载，然后经过动载扰动直至煤样和岩样破坏的试验过程。

3.2

一维动静组合动态强度One-dimensionaldynamicstrengthofdynamicandstatic

combinationcompression

一维动静组合压缩试验过程中，煤样和岩样不考虑轴向静载的强度。

3.3

一维动静组合压缩组合强度Combinedstrengthofone-dimensionaldynamicandstatic

compression

一维动静组合压缩试验过程中，煤样和岩样考虑轴向静载的强度。

3.4

三维动静组合压缩试验Three-dimensionaldynamicandstaticcompressiontest

首先对煤样和岩样施加三向静载，然后经过动载扰动直至煤样和岩样破坏的试验过程。

3.5

三维动静组合动态强度Three-dimensionaldynamicstrengthofdynamicandstatic

combination

三维动静组合压缩试验过程中，煤样和岩样不考虑三向静载的强度。

3.6

三维动静组合压缩组合强度Combinedstrengthofthree-dimensionaldynamicand

staticcompression

三维动静组合压缩试验过程中，煤样和岩样考虑三向静载的强度。

3.7

3

动静组合动态拉伸强度Dynamicstrengthofdynamicandstaticcombinationtension

煤和岩石在单轴预应力及动载扰动共同作用下达到破坏时不考虑单轴预应力所能承受

的最大拉应力。

3.8

动静组合动态拉伸组合强度Combinedstrengthofdynamicandstaticcombination

tension

煤和岩石在单轴预应力及动载扰动共同作用下达到破坏时考虑单轴预应力所能承受的

最大拉应力。

3.9

动静组合拉伸试验Dynamicandstatictensiontest

首先对煤样和岩样施加轴向预拉力，然后经过动载扰动直至煤样和岩样破坏的试验过程。

3.10

动态巴西劈裂法DynamicBraziliansplitmethod

对实心圆盘试样进行施加轴向应力及动载扰动共同作用直至破坏，确定试样在动静组合

拉伸条件下的最大拉应力的试验方法。

4分类及通则

4.1分类

动静组合加载下煤岩体力学参数测试按加载方式可分为：一维动静组合压缩条件下煤岩

体力学参数测定、三维动静组合压缩条件下煤岩体力学参数测定、动静组合拉伸条件下煤岩

体力学参数测定。

4.2通则

为深入了解动静组合加载作用下煤岩体的力学参数特征，指导深部地下工程支护，使深

部地下工程支护更加安全、经济，制定本文件。

动静组合加载作用下煤岩体的力学参数测定可利用在煤矿井下开采、金属矿井下开采、

核废料储存、地铁、地下隧道等领域。

5设备工具

5.1试样加工机器

电钻、风镐、地质钻机、切割锯、钻石机、锯石机、磨石机或磨床。

5.2检验工具

试验样品的检验工具如下：

a）游标卡尺，最小分度值0.02mm；

b）水平检验台。

5.3分离式霍普金森压杆

分离式霍普金森压杆可选择配套的仪器如下：

a）轴向加载器；

b）激光测速器；

c）计算机数据处理系统。

5.4材料

试验中所需材料如下：超灵敏动态应变片（测量范围为0-0.02）、清洁剂、试样收纳

盒塑料布、宽胶带、石蜡、木箱。

4

6试件规格

6.1试件规格一般规定

6.1.1一维动静组合压缩试验中采用直径为50mm，高度为50mm的圆柱体进行测试。

6.1.2三维动静组合压缩试验中采用直径为50mm，高度为50mm的圆柱体进行测试。

6.1.3动静组合压缩试验中采用直径为50mm，高度为25mm的巴西圆盘进行测试。

6.2加工精度及检查方法

试件的加工精度为试样两端面平行度小于0.1mm;试样上下端直径偏差不得大于0.2mm，

此外含水状态等采用自然状态，即试样制成后放在底部有水的干燥器内1-2天，以保持一定

的湿度，但试样不得接触水面。

6.3试件数量

6.3.1相同轴压、相同应变率下应该选择至少５个试样进行一维动静组合试样的强度测试。

6.3.2相同轴向应力、轴向围压、相同应变率下应该选择至少5个试样进行三维动静组合

试样的强度测试。

6.3.3相同轴向预拉力、相同应变率下应该选择至少5个试样进行一维动静组合试样拉伸

强度的测试。

7技术要求

7.1采样基本要求

7.1.1采样前应该了解清楚采样地点的地质结构。

7.1.2在研究较大范围内的煤岩性质时，应根据岩性变化情况，分别在几个具有代表性的

采样点取样。

7.1.3对岩性变化较大的岩层，应当在同一地点和同一层位采取的煤岩样编为一组。

7.1.4岩样采样时应该避开岩浆岩体侵入区、蚀变区、风化带、冲蚀带、断层破碎带及其

影响区域。

7.2采样技术要求

7.2.1根据试验要求及煤层厚度分层采样，煤层厚度3.5m以下，采一组煤样；煤层厚度

3.5m～5.0m之间采两组煤样，一组靠近煤层顶板，另一组靠近煤层底板；煤层厚度5.0m～

10.0m之间可分为上、中、下采三组煤样；煤层厚度10m以上，可根据煤层厚度，分更多

层采样或用钻机采样。按照GB/T23561煤和岩石物理力学性质测定方法第1部分：采样一

般规定采样.

7.2.2根据试验要求按需选择地点进行采样。

7.2.3采样规格及数量：煤样每组7块，岩样每组4块。所取的煤样、岩样直径为25cm

×25cm×25cm的正方体试样，在进行动静组合加载煤岩样力学测试时，应满足试验制备

的需要。附表1为不同试验测试要求所需要的煤岩样数量。

8试验方法

8.1采样方法

8.1.1煤岩试块采样：在单一薄及中厚煤层中可在回采工作面、掘进工作面选取新冒落、

且没有裂隙并能辨别清楚层位的煤块、岩块作为试样。

8.1.2钻取岩芯采样：用地质钻机采样时，至少打两个钻孔，取两组岩芯；钻孔应尽量垂

直岩层层理面钻进，偏斜度小于5°，并标明所取岩样与层理面的倾角；钻取岩心的直径宜

5

大于70mm。

8.2煤岩样记录

8.2.1采样记录：采样时，应该有人做煤样、岩样的记录与编号工作。具体应该描述采样

点的岩性，包括节理、层理、裂隙、破碎程度等；记录采样地点、采样日期、采样方法等内

容。

8.2.2试样记录：测定前首先对煤、岩样进行宏观描述并编号，对试样的颜色、颗粒、层

理、节理、裂隙分化程度、含水状态、加载方向及加载过程中出现的问题进行描述，并填入

记录表内。

8.3煤岩样直径量测

检查试件加工精度，测量试样的直径和高度并填入记录表内。直径量测：直径应在试件

的上下端面附近以及中央附近的断面，测定相互垂直的两个方向的直径，取其平均值为试件

的直径。高度量测：高度应在试件的中心轴的两个相交的平面内各取两个点，测定两个高度

值，取其算术平均值作为试件的高度。

8.4轴向预应力的选择

8.4.1一维动静组合压缩试验轴向预压力的选择：从0开始，按照等差级数增加，可按照

实际情况而定。

8.4.2三维动静组合压缩试验三向预压力的选择：从0开始，按照等差级数增加，可按照

实际情况而定。

8.4.3动静组合拉伸试验轴向预拉力的选择：从0开始，按照等差级数增加，可按照实际

情况而定。

8.5试样安装

首先，将试样上下两端面擦拭干净，然后推动霍普金森压杆设备，使得试件安装在入射

杆与透射杆之间。其次，打开轴向加压装置，按照预先设定好的轴向应力施加轴压，轴向应

力加载完毕。最后，将子弹塞入弹道，将气压泵与霍普金森压杆连接，打开冲击阀，对试样

进行动态冲击扰动试验。

8.6变形参数测定

通过动态应变片收集的电信号，使用三波法测定计算出了试样的变形参数。

9数据计算

9.1煤岩体一维动静组合动态压缩强度

AE

bb（1）

（t）=(t1-t0)

As

式中：

——为杆的弹性模量，单位为吉帕（GPa）；

Eb

——为杆的截面积，单位为平方毫米（mm2）；

Ab

——为试样的截面积，单位为平方毫米（mm2）；

As

——为试样的一维动静组合动态压缩强度，单位为兆帕（MPa）；

（t）

——为透射杆总应变；

t1

6

——为透射杆由于轴向应力引起的应变。

t0

9.2煤岩体一维动静组合压缩组合强度

（2）

（c）=（t）+（s）

——为试样的一维动静组合压缩组合强度，单位为兆帕（MPa）；

（c）

——为试样的预应力，单位为兆帕（MPa）；

（s）

——为试样的一维动静组合动态压缩强度，单位为兆帕（MPa）；。

（t）

9.3煤岩体一维动静组合动态压缩应变

t

2cb

（）=-dt（3）

t0t1

Ls

式中：

——为杆的弹性波波速，单位为米每秒（m/s）；

cb

——为试样的长度，单位为毫米（mm）；

Ls

——为透射杆总应变。

t1

9.4煤岩体一维动静组合动态弹性模量

E=（4）

式中：

——为试样的轴向应力增量，单位为吉帕（GPa）；

——为试样的应变增量。

9.5煤岩体三维动静组合动态压缩强度

AE

bb（5）

（t）=(t1-t0)

As

式中：

——为杆的弹性模量，单位为吉帕（GPa）；

Eb

——为杆的截面积，单位为平方毫米（mm2）；

Ab

——为试样的截面积，单位为平方毫米（mm2）；

As

——为试样的三维动静组合动态压缩强度，单位为兆帕（MPa）；

（t）

7

——为透射杆总应变；

t1

——为透射杆由于轴向应力引起的应变。

t0

9.6煤岩体三维动静组合动态压缩组合强度

（6）

（c）=（t）+（s）

式中：

——为试样的三维动静组合压缩组合强度，单位为兆帕（MPa）；

（c）

——为试样的预应力，单位为兆帕（MPa）；

（s）

——为试样的三维动静组合动态压缩强度，单位为兆帕（MPa）。

（t）

9.7煤岩体三维动静组合动态压缩应变

t

2cb

（）=-dt（7）

t0t1

Ls

式中：

——为杆的弹性波波速，单位为米每秒（m/s）；

cb

——为试样的长度，单位为毫米（mm）；

Ls

——为透射杆总应变。

t1

9.8煤岩体三维动静组合动态弹性模量

E=（8）

式中：

——为试样的轴向应力增量，单位为兆帕（MPa）；

——为试样的应变增量。

9.9煤岩体动静组合动态拉伸强度

2P

=（9）

LBD

式中：

P——为煤岩样两端压杆作用有效荷载，单位为千牛（KN）；

B——为煤岩样厚度，单位为毫米（mm）；

D——为煤岩样直径，单位为毫米（mm）。

煤岩样两端有效荷载可表示为：

（10）

P=AbEb(t1-t0)

9.10煤岩体动静组合拉伸组合强度

（11）

（c）=（L）+（s）

8

式中：

——为动静组合动态拉伸组合强度，单位为兆帕（MPa）；

（c）

——为预应力，单位为为兆帕（MPa）；

（s）

——为动静组合动态拉伸强度，单位为兆帕（MPa）。

（L）

9

附表A

（资料性或规范性附录）

表A.1至表A.5给出了标准中所涉及的表格格式。表A.1用于各试验所需标准试样尺

寸与最低数量。表A.2用于采样编号。表A.3用于试样一维动静组合压缩组合强度测定。

表A.4用于试样三维动静组合压缩组合强度测定。表A.5用于试样动静组合拉伸强度测定。

下列表格均可根据实际需要增加表格行。

表A.1各试验所需标准试样尺寸与最低数量

序号测定项目标准试验尺寸/cm试样数量

1一维动静组合压缩组合强度50*50cm5

2三维动静组合压缩组合强度50*50cm15

3动静组合压缩变形参数50*50cm15

4一维动静组合拉伸组合强度50*25m5

表A.2.采样编号表

送采样深

煤岩样编样度（距试样描试件面

长宽高直径含水率

号名地表述积

称-m）

10

表A.3一维动静组合压缩组合强度测定表

一维

采样

动静

煤岩深度

送样试样试件组合含水

样编（距长宽高直径

名称描述面积压缩率

号地表

组合

-m）

强度

表A.4三维动静组合压缩组合强度测定表

三维

采样

动静

煤岩深度

送样试样试件组合含水

样编（距长宽高直径

名称描述面积压缩率

号地表

组合

-m）

强度

11

表A.5动静组合拉伸强度测定表

采样

动静

煤岩深度

送样试样试件组合含水

样编（距长宽高直径

名称描述面积拉伸率

号地表

强度

-m）

12

ICS号

中国标准文献分类号GRM

中关村绿色矿山产业联盟团体标准

T/GRM

XXX-20xx

动静组合加载煤岩体力学特性测试规范

Mechanicalpropertiestestcodeforcoalandrockunderdynamicand

staticcombinedloading

（送审稿）

2023-XX-XX发布2023-XX-XX实施

动静组合加载煤岩体力学特性测试规范

1范围

本文件规定了动静组合加载下煤和岩样力学参数测试的基本要求和技术方法，包括术语

和定义、设备工具和包装器材、试件规格、试验步骤和计算技术要求、采样方法、记录与编

号、封固与装箱以及煤样和岩样后处理工作。

本文件适用于在实验室条件下，能够加工成标准试件的煤和岩石在一维动静组合压缩条

件下、三维动静组合压缩条件下、动静组合拉伸条件下，煤和岩石强度和变形参数的测定。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期

的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括

所有的修改单）适用于本文件。

GB/T23561煤和岩石物理力学性质测定方法第1部分：采样一般规定

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

一维动静组合压缩试验One-dimensionaldynamicandstaticcompressiontest

首先对煤样和岩样施加轴向静载，然后经过动载扰动直至煤样和岩样破坏的试验过程。

3.2

一维动静组合动态强度One-dimensionaldynamicstrengthofdynamicandstatic

combinationcompression

一维动静组合压缩试验过程中，煤样和岩样不考虑轴向静载的强度。

3.3

一维动静组合压缩组合强度Combinedstrengthofone-dimensionaldynamicandstatic

compression

一维动静组合压缩试验过程中，煤样和岩样考虑轴向静载的强度。

3.4

三维动静组合压缩试验Three-dimensionaldynamicandstaticcompressiontest

首先对煤样和岩样施加三向静载，然后经过动载扰动直至煤样和岩样破坏的试验过程。

3.5

三维动静组合动态强度Three-dimensionaldynamicstrengthofdynamicandstatic

combination

三维动静组合压缩试验过程中，煤样和岩样不考虑三向静载的强度。

3.6

三维动静组合压缩组合强度Combinedstrengthofthree-dimensionaldynamicand

staticcompression

三维动静组合压缩试验过程中，煤样和岩样考虑三向静载的强度。

3.7

3

动静组合动态拉伸强度Dynamicstrengthofdynamicandstaticcombinationtension

煤和岩石在单轴预应力及动载扰动共同作用下达到破坏时不考虑单轴预应力所能承受

的最大拉应力。

3.8

动静组合动态拉伸组合强度Combinedstrengthofdynamicandstaticcombination

tension

煤和岩石在单轴预应力及动载扰动共同作用下达到破坏时考虑单轴预应力所能承受的

最大拉应力。

3.9

动静组合拉伸试验Dynamicandstatictensiontest

首先对煤样和岩样施加轴向预拉力，然后经过动载扰动直至煤样和岩样破坏的试验过程。

3.10

动态巴西劈裂法DynamicBraziliansplitmethod

对实心圆盘试样进行施加轴向应力及动载扰动共同作用直至破坏，确定试样在动静组合

拉伸条件下的最大拉应力的试验方法。

4分类及通则

4.1分类

动静组合加载下煤岩体力学参数测试按加载方式可分为：一维动静组合压缩条件下煤岩

体力学参数测定、三维动静组合压缩条件下煤岩体力学参数测定、动静组合拉伸条件下煤岩

体力学参数测定。

4.2通则

为深入了解动静组合加载作用下煤岩体的力学参数特征，指导深部地下工程支护，使深

部地下工程支护更加安全、经济，制定本文件。

动静组合加载作用下煤岩体的力学参数测定可利用在煤矿井下开采、金属矿井下开采、

核废料储存、地铁、地下隧道等领域。

5设备工具

5.1试样加工机器

电钻、风镐、地质钻机、切割锯、钻石机、锯石机、磨石机或磨床。

5.2检验工具

试验样品的检验工具如下：

a）游标卡尺，最小分度值0.02mm；

b）水平检验台。

5.3分离式霍普金森压杆

分离式霍普金森压杆可选择配套的仪器如下：

a）轴向加载器；

b）激光测速器；

c）计算机数据处理系统。

5.4材料

试验中所需材料如下：超灵敏动态应变片（测量范围为0-0.02）、清洁剂、试样收纳

盒塑料布、宽胶带、石蜡、木箱。

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