(精品)第一章岩石性质与工程分级.ppt

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1、一、采煤和掘进的关系一、采煤和掘进的关系 煤炭生产不论是建设新矿井，还是老矿井延伸改煤炭生产不论是建设新矿井，还是老矿井延伸改煤炭生产不论是建设新矿井，还是老矿井延伸改煤炭生产不论是建设新矿井，还是老矿井延伸改造，以及生产矿井都离不开井巷工程。造，以及生产矿井都离不开井巷工程。造，以及生产矿井都离不开井巷工程。造，以及生产矿井都离不开井巷工程。例如设计能力为例如设计能力为例如设计能力为例如设计能力为60606060万吨万吨万吨万吨/年的矿井，投产前需开年的矿井，投产前需开年的矿井，投产前需开年的矿井，投产前需开掘井筒和巷道掘井筒和巷道掘井筒和巷道掘井筒和巷道10-1310-1310-1310-

2、13万万万万m m m m3 3 3 3，若断面为，若断面为，若断面为，若断面为2.52.52.52.52.5m2.5m2.5m2.5m2 2 2 2则相当则相当则相当则相当于于于于16-21km16-21km16-21km16-21km，在生产期间，每产，在生产期间，每产，在生产期间，每产，在生产期间，每产1 1 1 1万吨煤需要掘进巷万吨煤需要掘进巷万吨煤需要掘进巷万吨煤需要掘进巷道道道道150-250m150-250m150-250m150-250m，有的矿高达，有的矿高达，有的矿高达，有的矿高达500-600m500-600m500-600m500-600m。例如某矿务局累计产煤例如某

3、矿务局累计产煤3631236312万吨，累计万吨，累计掘进巷道掘进巷道635635万米，万吨掘进率为万米，万吨掘进率为175m175m。采煤和掘进的关系采煤和掘进的关系 从哲学观点来讲，在采掘关系中，采煤从哲学观点来讲，在采掘关系中，采煤是以掘进为条件，而掘进又服务于采煤；采是以掘进为条件，而掘进又服务于采煤；采掘这种互相依存的关系，贯穿于煤炭生产的掘这种互相依存的关系，贯穿于煤炭生产的全过程，因此，在煤炭生产中实行全过程，因此，在煤炭生产中实行“采掘并采掘并举、掘进先行举、掘进先行”的原则。的原则。二、我国井巷施工技术发展概况二、我国井巷施工技术发展概况 建国建国建国建国59595959年来

4、，我国煤炭工业发展非常快，井年来，我国煤炭工业发展非常快，井年来，我国煤炭工业发展非常快，井年来，我国煤炭工业发展非常快，井巷施工技术发展也很迅速，体现在以下几个方面：巷施工技术发展也很迅速，体现在以下几个方面：巷施工技术发展也很迅速，体现在以下几个方面：巷施工技术发展也很迅速，体现在以下几个方面：（1 1 1 1）立井施工中，冻结法、钻井法、沉井法、）立井施工中，冻结法、钻井法、沉井法、）立井施工中，冻结法、钻井法、沉井法、）立井施工中，冻结法、钻井法、沉井法、帷幕法施工技术顺利建成了几百对井筒，钻井法一帷幕法施工技术顺利建成了几百对井筒，钻井法一帷幕法施工技术顺利建成了几百对井筒，钻井法一

5、帷幕法施工技术顺利建成了几百对井筒，钻井法一次可钻直径达次可钻直径达次可钻直径达次可钻直径达8 8 8 8米的井筒。米的井筒。米的井筒。米的井筒。（2 2 2 2）斜井施工中，使用大箕斗、大扒斗、深孔）斜井施工中，使用大箕斗、大扒斗、深孔）斜井施工中，使用大箕斗、大扒斗、深孔）斜井施工中，使用大箕斗、大扒斗、深孔爆破、光爆锚喷、激光定向等机械化作业线。爆破、光爆锚喷、激光定向等机械化作业线。爆破、光爆锚喷、激光定向等机械化作业线。爆破、光爆锚喷、激光定向等机械化作业线。（3 3 3 3）平巷施工中使用了全断面一次成巷联合掘）平巷施工中使用了全断面一次成巷联合掘）平巷施工中使用了全断面一次成巷联

6、合掘）平巷施工中使用了全断面一次成巷联合掘进机械作业线（综掘）。进机械作业线（综掘）。进机械作业线（综掘）。进机械作业线（综掘）。（4 4 4 4）巷道支护中锚喷技术得到了很大的发展。）巷道支护中锚喷技术得到了很大的发展。）巷道支护中锚喷技术得到了很大的发展。）巷道支护中锚喷技术得到了很大的发展。部分井巷施工记录部分井巷施工记录 斜井最高月进尺：斜井最高月进尺：705.3705.3米米 岩巷最高月进尺：单头岩巷最高月进尺：单头829.4829.4米米 多头多头1403.61403.6米米 半煤岩巷最高月进尺：半煤岩巷最高月进尺：2535.42535.4米米 煤巷最高月进尺：煤巷最高月进尺：37

7、81.73781.7米米技术发展的不均衡性技术发展的不均衡性 大多数小煤矿（乡镇矿、个体私营矿）大多数小煤矿（乡镇矿、个体私营矿）仍采用打眼放炮的方法施工巷道、人工装岩、仍采用打眼放炮的方法施工巷道、人工装岩、人力运输等手工作业方式仍广泛存在，特别人力运输等手工作业方式仍广泛存在，特别是四川的大部分小矿仍然使用原始落后的施是四川的大部分小矿仍然使用原始落后的施工方法，制约了井巷技术的发展，给安全带工方法，制约了井巷技术的发展，给安全带来重大影响。来重大影响。课程主要内容课程主要内容 井巷工程井巷工程是研究地层中井筒、巷道、硐是研究地层中井筒、巷道、硐室设计和施工基本理论、方法和技术的应用室设计

8、和施工基本理论、方法和技术的应用技术科学。技术科学。第一章第一章第一章第一章 岩石性质与工程分级岩石性质与工程分级 第二章第二章第二章第二章 爆破理论基础爆破理论基础 第三章第三章第三章第三章 巷道断面设计巷道断面设计 第四章第四章第四章第四章 岩巷施工岩巷施工 第五章第五章第五章第五章 巷道支护巷道支护 第六章第六章第六章第六章 煤巷、半煤岩巷施工煤巷、半煤岩巷施工 第七章第七章第七章第七章 巷道施工组织与管理巷道施工组织与管理 第一章第一章 岩石性质与工程分级岩石性质与工程分级 为了有效地进行施工破岩和井巷维护，必须为了有效地进行施工破岩和井巷维护，必须对岩石及其组成、性质、分类方法等问题

9、进行研对岩石及其组成、性质、分类方法等问题进行研究，并在此基础上制定出科学的岩石工程分级方究，并在此基础上制定出科学的岩石工程分级方法，以便为设计、施工和成本核算提供依据。法，以便为设计、施工和成本核算提供依据。岩石的性质：岩石的性质：岩石的工程分级和围岩分类岩石的工程分级和围岩分类岩石的性质岩石的性质：岩石的重力性质：比重、密度岩石的重力性质：比重、密度 岩石的结构性质：孔隙度、孔隙比岩石的结构性质：孔隙度、孔隙比 岩石的水理性质：吸水性、透水性、岩石的水理性质：吸水性、透水性、软化性、溶蚀性、膨胀性、崩解性软化性、溶蚀性、膨胀性、崩解性 岩石的变形特征：岩石的变形特征：岩石的强度特性：岩石

10、的强度特性：岩石的可钻性和可爆性：岩石的可钻性和可爆性：砂岩砂岩泥质砾岩泥质砾岩泥岩泥岩 沉积岩 1-1 1-1 岩石的物理性质岩石的物理性质一、岩体的概念及组成一、岩体的概念及组成 岩石岩石 岩体岩体 岩块岩块 岩体：指地下工程周围较大范围内的岩石，它岩体：指地下工程周围较大范围内的岩石，它可能由一种或几种岩石组成。可能由一种或几种岩石组成。*岩体是指一定工程范围内的自然地质体。岩体是指一定工程范围内的自然地质体。从采矿角度讲，岩体的组成为三个部分：从采矿角度讲，岩体的组成为三个部分：岩石岩石 地下水地下水 瓦斯瓦斯1 1、岩石、岩石 岩石是由一种或几种矿物所组成的集合岩石是由一种或几种矿物

11、所组成的集合体，它是岩体的基本组成部分，一般将岩石体，它是岩体的基本组成部分，一般将岩石分为表土和基岩两个部分。分为表土和基岩两个部分。（1 1）表土表土：覆盖在地壳上部的第四纪沉：覆盖在地壳上部的第四纪沉积物称为表土或松散性岩石，如黄土、流砂、积物称为表土或松散性岩石，如黄土、流砂、粘土、淤泥、砾石等。粘土、淤泥、砾石等。（2 2）基岩基岩：表土层以下的各种固结性岩：表土层以下的各种固结性岩石，如岩浆岩、沉积岩、变质岩石，如岩浆岩、沉积岩、变质岩。地壳地壳的的组成组成2 2、地下水：、地下水：地表以下岩体中的水称为地下水。地表以下岩体中的水称为地下水。地下水常充填于岩石的孔隙、层理、节地下水

12、常充填于岩石的孔隙、层理、节理、裂隙和溶洞中，地下水有时会对井巷造理、裂隙和溶洞中，地下水有时会对井巷造成很大的危害。成很大的危害。3 3、瓦斯：（、瓦斯：（CH4CH4、甲烷、沼气）、甲烷、沼气）井下有害气体的总称。在煤系地层中瓦井下有害气体的总称。在煤系地层中瓦斯主要赋存于煤层之中，而且会扩散到附近斯主要赋存于煤层之中，而且会扩散到附近岩体的裂隙或孔洞之中，瓦斯常常给井下的岩体的裂隙或孔洞之中，瓦斯常常给井下的生产和安全带来严重影响甚至灾难生产和安全带来严重影响甚至灾难。二、岩石的物理性质二、岩石的物理性质 1 1、岩石的重力指标、岩石的重力指标 （1 1）相对密度：岩石固体实体积的质量与

13、）相对密度：岩石固体实体积的质量与同体积水的质量之比。同体积水的质量之比。d d d d相对密度相对密度相对密度相对密度 G GG G绝对干燥时的岩石质量，绝对干燥时的岩石质量，绝对干燥时的岩石质量，绝对干燥时的岩石质量，g g g g VcVcVcVc岩石固体实体积岩石固体实体积岩石固体实体积岩石固体实体积,cm,cm,cm,cm3 3 3 3 PwPwPwPw水的密度水的密度水的密度水的密度g/cmg/cmg/cmg/cm3 3 3 3 （2 2）岩石的密度：岩石单位体积（含孔）岩石的密度：岩石单位体积（含孔隙体积的）质量。隙体积的）质量。岩石的干密度：岩石的干密度：岩石的湿密度：岩石的湿

14、密度：符号的含义参见教材符号的含义参见教材P2P2。（3 3 3 3）岩石的重度）岩石的重度）岩石的重度）岩石的重度单位体积岩石所受的重力单位体积岩石所受的重力单位体积岩石所受的重力单位体积岩石所受的重力称为重度。又称为重力密度，用称为重度。又称为重力密度，用称为重度。又称为重力密度，用称为重度。又称为重力密度，用 表示。表示。表示。表示。常见岩石的重量指标常见岩石的重量指标岩石种类岩石种类 密度密度 重度重度砂岩砂岩 200020002600kg/m2600kg/m3 3 2.6 2.6 2.752.75页岩页岩 200020002400kg/m2400kg/m3 3 2.57 2.572.

15、772.77石灰岩石灰岩 220022002600kg/m2600kg/m3 3 2.48 2.482.85 2.85 褐煤褐煤 120012001400kg/m1400kg/m3 3 无烟煤无烟煤 130013001500kg/m1500kg/m3 32 2、岩石的结构性质、岩石的结构性质岩石的孔隙性岩石的孔隙性 岩石的裂隙和孔隙的发育程度，通常用岩石的裂隙和孔隙的发育程度，通常用孔隙度和孔隙比来表示。孔隙度和孔隙比来表示。（1 1）孔隙度：是指岩石试件内各种裂隙、孔）孔隙度：是指岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积与试件总体积之比。用隙的体积与试件总体积之比。用n n表示。表示。V V V V试

16、件总体积试件总体积试件总体积试件总体积 VcVcVcVc试件实体积试件实体积试件实体积试件实体积 n n n n孔隙度孔隙度孔隙度孔隙度 （2 2）孔隙比：是指岩石试件中各种裂隙、）孔隙比：是指岩石试件中各种裂隙、孔隙的体积总和与岩石中矿物颗粒体积之比，孔隙的体积总和与岩石中矿物颗粒体积之比，用用e e表示。表示。岩石的孔隙度增大，使岩石的整体性削岩石的孔隙度增大，使岩石的整体性削弱，使岩石的密度、强度降低，使透水性增弱，使岩石的密度、强度降低，使透水性增大，风化速度加快，并导致力学强度降低。大，风化速度加快，并导致力学强度降低。岩石中的裂隙分为原生裂隙、构造裂隙、次岩石中的裂隙分为原生裂隙、

17、构造裂隙、次生裂隙三种。生裂隙三种。3 3、岩石的水理性质、岩石的水理性质 岩石在水的作用下对矿山工程岩体稳定岩石在水的作用下对矿山工程岩体稳定性有很大影响，体现指标为：吸水率、透水性有很大影响，体现指标为：吸水率、透水性、溶蚀性、软化性、膨胀性、崩解性等。性、溶蚀性、软化性、膨胀性、崩解性等。（1 1）岩石的吸水率：）岩石的吸水率：P3P3 （2 2）岩石的透水性：）岩石的透水性：P3P3 （3 3）岩石的溶蚀性：）岩石的溶蚀性：P4P4 （4 4）岩石的的软化性：）岩石的的软化性：P4P4 （5 5）岩石的膨胀性和崩解性：）岩石的膨胀性和崩解性：P5P54 4、岩石的碎胀性、岩石的碎胀性

18、岩石破碎以后的体积将比整体状态下增岩石破碎以后的体积将比整体状态下增大的性质称为岩石的碎胀性，用碎胀系数大的性质称为岩石的碎胀性，用碎胀系数k k来来表示。表示。式中：式中：式中：式中：k k k k碎胀系数碎胀系数碎胀系数碎胀系数 V1V1V1V1岩石破碎膨胀后的体积岩石破碎膨胀后的体积岩石破碎膨胀后的体积岩石破碎膨胀后的体积 V V V V岩石处于整体状态下的体积岩石处于整体状态下的体积岩石处于整体状态下的体积岩石处于整体状态下的体积 岩石的碎胀系数与岩石的物理性质、破岩石的碎胀系数与岩石的物理性质、破碎后块度大小及排列状态有关。碎后块度大小及排列状态有关。利用岩石的破碎垮落后增大的体积可

19、以利用岩石的破碎垮落后增大的体积可以用来支撑采空区的顶板。用来支撑采空区的顶板。1-2 1-2 岩石的力学性质岩石的力学性质 岩石的力学性质是指岩石在机械力场岩石的力学性质是指岩石在机械力场作用下所表现出来的各种性质，包括四个作用下所表现出来的各种性质，包括四个方面：方面：（1 1）强度性质）强度性质 （2 2）变形性质）变形性质 （3 3）流变性质）流变性质 （4 4）声学性质）声学性质一、岩石的变形特征一、岩石的变形特征 变形：在载荷作用下，组成岩石的基本变形：在载荷作用下，组成岩石的基本微粒之间的相对位置发生变化。微粒之间的相对位置发生变化。应变：表示变形量的大小。应变：表示变形量的大小

20、。应力：单位面积上所受的力。应力：单位面积上所受的力。当岩石上的作用载荷不断增大或者随着当岩石上的作用载荷不断增大或者随着超过某一数值的恒定载荷作用时间的增长，超过某一数值的恒定载荷作用时间的增长，便会导致岩石的破坏。便会导致岩石的破坏。岩石的变形特征可以用应变曲线来岩石的变形特征可以用应变曲线来表示。单向受压应变曲线图：单向受压应变曲线图：OAOA段：裂隙在密闭合阶段段：裂隙在密闭合阶段 ABAB段：线弹片阶段段：线弹片阶段 B B屈服点屈服点 BCBC段：破裂发展阶段段：破裂发展阶段 CDCD段：软化阶段段：软化阶段二、岩石的强度特性二、岩石的强度特性 岩石在外载荷作用下抵抗破坏的能力称为

21、岩石在外载荷作用下抵抗破坏的能力称为岩石强度。它反映了岩石的极限承载能力。强岩石强度。它反映了岩石的极限承载能力。强度特性分为抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、度特性分为抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、抗冲击强度等。抗冲击强度等。测定方法测定方法：抗压强度抗压强度 抗拉强度抗拉强度 抗剪强度抗剪强度 抗冲击强度抗冲击强度三、岩石的硬度三、岩石的硬度 岩石的硬度泛指岩石抵抗其他较硬物岩石的硬度泛指岩石抵抗其他较硬物体侵入的能力，分为静压入硬度和回弹硬体侵入的能力，分为静压入硬度和回弹硬度。度。静压入硬度静压入硬度 回弹硬度回弹硬度四、岩石的可钻性和可爆性四、岩石的可钻性和可爆性 岩石的可钻性和可爆性用

22、来表示钻岩石的可钻性和可爆性用来表示钻眼或爆破的难易程度。常用钻眼速度、眼或爆破的难易程度。常用钻眼速度、钻眼时间、钻头进尺、每米炮眼磨钝钎钻眼时间、钻头进尺、每米炮眼磨钝钎头数、爆破炸药消耗量、炮眼长度等指头数、爆破炸药消耗量、炮眼长度等指标来表示标来表示。1-3 1-3 岩石的工程分级和围岩分类岩石的工程分级和围岩分类一、岩石的工程分级一、岩石的工程分级 岩石的工程分级是按岩石的坚固性来分岩石的工程分级是按岩石的坚固性来分的。前苏联的。前苏联MMMM普罗托奇雅可诺夫提出来用普罗托奇雅可诺夫提出来用一个系数一个系数f f来表示岩石破坏的相对难易程度，来表示岩石破坏的相对难易程度，称为普氏系数

23、。称为普氏系数。R R R RC C C C岩石的单向抗压强度（岩石的单向抗压强度（岩石的单向抗压强度（岩石的单向抗压强度（MPaMPaMPaMPa）根据根据f f值的大小可将岩石分为值的大小可将岩石分为1010级共级共1515种种P13P13表表1-71-7。二、围岩分类二、围岩分类 围岩分类主要考虑围岩分类主要考虑 （1 1）围岩强度；）围岩强度；（2 2）围岩分层厚度；）围岩分层厚度；（3 3）节理、裂隙发育程度；）节理、裂隙发育程度；（4 4）岩层倾角和地质构造等因素。）岩层倾角和地质构造等因素。围岩分为围岩分为5 5级，见级，见P P13131313表表1-81-8所示所示。课间休息