西北地区的深部煤层覆盖着大量白垩系砂岩,由于白垩系砂岩强度低和富含水,常用人工冻结法施工,在施工过程中,岩体水平方向原始应力逐渐卸载,实际是冻结砂岩围压降低和偏应力增大的过程。研究侧向卸荷作用下白垩系冻结砂岩的力学特性,可以为冻结井筒设计提供依据。选取陕西省彬长矿区白垩系富水砂岩,采用低温高压岩石三轴测试系统,对岩样进行不同冻结温度、不同初始围压和不同侧向卸荷速率下的卸荷力学试验和同步声发射试验。(1)力学试验结果表明,饱和砂岩由20℃降至-5℃,三轴压缩峰值应力和弹性模量约增大3倍。侧向卸荷条件下,冻结砂岩峰值应力约为20℃砂岩的2～3倍,20℃砂岩峰值应变小于冻结砂岩峰值应变。初始围压增大,轴向和径向应变增长速率增大,径向应变主导破坏过程。高卸荷速率下,变形较小,破坏突然,低卸荷速率下,变形量较大,包含部分蠕变变形。根据应力-应变曲线计算围压卸荷量和变形模量变化量,得出不同冻结温度、不同初始围压和不同侧向卸荷速率下,岩样卸荷过程中变形模量变化量随围压卸荷量变化规律。(2)采用声发射设备对冻结岩样侧向卸荷过程进行监测,根据声发射幅度的密集三角型区域和能量丛集区,确定侧向卸荷破坏预兆点。冻结温度降低,声发射幅度点数明显减少,能量峰值增大。-10℃岩样初始围压增大,丛集区能量值变小,能量峰值增大。-10℃岩样卸荷速率增大,幅度点数明显增多,丛集区能量值变大,能量峰值增大,破坏瞬间累计能量增大,危害更大。预兆前声发射三维定位点可以表示冻结岩样内部裂纹的萌生和发展轨迹,可以根据预兆前声发射定位位置对岩体进行重点加固。(3)基于损伤力学构建的冻结砂岩侧向卸荷本构模型,在应力峰值前,应力-应变理论曲线与试验数据接近,参数由公式计算得出,更加方便和准确。