煤矿砂岩动态压缩测试：SHPB实验与力学分析

该文是关于煤矿砂岩在冲击载荷下的动态力学特性的研究，通过使用分离式Hopkinson压杆（SHPB）设备进行了实验。实验在皖北矿区的祁东煤矿选取砂岩试样，分析了应变率、冲击气压等因素对砂岩动态力学性能的影响。 正文: 在煤矿开采过程中，了解砂岩等岩石材料在高速冲击载荷下的动态力学性能至关重要，因为这直接影响到矿井的安全性和稳定性。文章中，研究者平琦、马芹永和袁璞运用分离式Hopkinson压杆，这是一种常用于测量材料动态力学性质的实验装置，对煤矿砂岩进行了动态压缩测试。 试验结果揭示了几个关键点。首先，通过调整冲击气压，可以控制砂岩试件的应变率变化，实验中的入射波形呈现接近梯形的形状。其次，随着冲击气压的增加，试件的应变率也相应增大，并且在应变率曲线上存在一段几乎保持恒定的应变率平台，这使得在实验中能够实现恒定应变率加载，这对于研究材料的动态响应至关重要。 在不同应变率下，砂岩的破坏模式表现出明显的变化。在低应变率条件下，砂岩呈现出径向外围剥落式的拉伸破坏模式，而在高应变率下，则转变为颗粒状的粉碎破坏。这种应变率效应反映了砂岩在快速加载条件下的脆弱性增强，破坏程度更为严重。 此外，研究还发现砂岩的动态抗压强度与其平均应变率之间存在幂律关系，这意味着砂岩的动态强度会随着应变率的增加而显著提高，这一发现对于理解矿岩在动态载荷下的行为有重要意义，对于预测和防止矿井灾害的发生提供了科学依据。 文章指出，砂岩动态力学性能的研究对于提升矿井安全技术、优化开采方法和预防地质灾害等方面具有深远的实践价值。通过这种实验方法，可以更深入地理解砂岩在冲击载荷下的动态响应，为矿山工程的设计和施工提供更准确的力学参数，从而降低事故风险，提高采矿效率。 总结起来，该研究通过实验证明了煤矿砂岩在冲击载荷下的动态力学特性与应变率、加载方式之间的密切关系，为矿山工程的安全管理和岩石动力学理论的发展提供了新的数据支持。这些发现对于优化矿井结构设计、改进开采工艺以及制定有效的防灾措施具有指导意义。