第一章岩石性质与工程分级(函授)

一、采煤和掘进的关系煤炭生产不论是建设新矿井，还是老矿井延伸改造，以及生产矿井都离不开井巷工程。例如设计能力为60万吨/年的矿井，投产前需开掘井筒和巷道10--13万m3，若断面为2.5×2.5m2则相当于16--21km，在生产期间，每产1万吨煤需要掘进巷道150--250m，有的矿高达500--600m。例如某矿务局累计产煤36312万吨，累计掘进巷道635万米，万吨掘进率为175m。采煤和掘进的关系从哲学观点来讲，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“采掘并举、掘进先行”的原则。二、我国井巷施工技术发展概况建国59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：（1）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，钻井法一次可钻直径达8米的井筒。（2）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。（3）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）。（4）巷道支护中锚喷技术得到了很大的发展。部分井巷施工记录斜井最高月进尺：705.3米岩巷最高月进尺：单头829.4米多头1403.6米半煤岩巷最高月进尺：2535.4米煤巷最高月进尺：3781.7米技术发展的不均衡性大多数小煤矿（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、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工方法，制约了井巷技术的发展，给安全带来重大影响。课程主要内容第一章岩石性质与工程分级第二章爆破理论基础第三章巷道断面设计第四章岩巷施工第五章巷道支护第六章煤巷、半煤岩巷施工第七章巷道施工组织与管理井巷工程是研究地层中井筒、巷道、硐室设计和施工基本理论、方法和技术的应用技术科学。第一章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法，以便为设计、施工和成本核算提供依据。本章主要内容：△岩石的性质△岩石的工程分级和围岩分类△岩石的性质：岩石的物理性质岩石的重力性质：比重、密度岩石的结构性质：孔隙度、孔隙比岩石的水理性质：吸水性、透水性、软化性溶蚀性、膨胀性、崩解性岩石的力学性质岩石的变形特征：岩石的强度特性：岩石的可钻性和可爆性：砂岩泥质砾岩泥岩沉积岩§1-1岩石的物理性质一、岩体的概念及组成岩石→岩块→岩体岩体：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。*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：岩石地下水瓦斯1、岩石岩石是由一种或几种矿物所组成的集合体，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。（1）表土：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、粘土、淤泥、砾石等。（2）基岩：表土层以下的各种固结性岩石，如岩浆岩、沉积岩、变质岩。2、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、节理、裂隙和溶洞中，地下水有时会对井巷造成很大的危害。3、瓦斯：（CH4、甲烷、沼气）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。二、岩石的物理性质1、岩石的重力指标（1）相对密度：岩石固体实体积的质量与同体积水的质量之比。d—相对密度G—绝对干燥时的岩石质量，gVc—岩石固体实体积,cm3Pw—水的密度g/cm3PwVcGd（2）岩石的密度：岩石单位体积（含孔隙体积的）质量。（3）岩石的重度——单位体积岩石所受的重力称为重度。又称为重力密度，用γ表示。常见岩石的重量指标岩石种类密度重度砂岩2000--2600kg/m32.60--2.75页岩2000--2400kg/m32.57--2.77石灰岩2200--2600kg/m32.48--2.85褐煤1200--1400kg/m3无烟煤1300--1500kg/m32、岩石的结构性质——岩石的孔隙性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。（1）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n表示。V—试件总体积Vc—试件实体积n—孔隙度%100VVcVn（2）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，用e表示。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、次生裂隙三种。%100VcVcVe3、岩石的水理性质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、溶蚀性、软化性、膨胀性、崩解性等。（1）岩石的吸水率：P3（2）岩石的透水性：P3（3）岩石的溶蚀性：P4（4）岩石的的软化性：P4（5）岩石的膨胀性和崩解性：P54、岩石的碎胀性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k来表示。式中：k—碎胀系数V1—岩石破碎膨胀后的体积V—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以用来支撑采空区的顶板。VVk1§1-2岩石的力学性质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，包括四个方面：（1）强度性质（2）变形性质（3）流变性质（4）声学性质一、岩石的变形特征变形：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。应变：表示变形量的大小。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。岩石的变形特征可以用应变曲线来表示。SF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、抗冲击强度等。测定方法：抗压强度抗拉强度抗剪强度抗冲击强度三、岩石的硬度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度。静压入硬度回弹硬度四、岩石的可钻性和可爆性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、钻眼时间、钻头进尺、每米炮眼磨钝钎头数、爆破炸药消耗量、炮眼长度等指标来表示。§1-3岩石的工程分级和围岩分类一、岩石的工程分级岩石的工程分级是按岩石的坚固性来分的。前苏联MM·普罗托奇雅可诺夫提出来用一个系数f来表示岩石破坏的相对难易程度，称为普氏系数。RC—岩石的单向抗压强度（MPa）根据f值的大小可将岩石分为10级共15种P13表1-7。10Rcf二、围岩分类围岩分类主要考虑（1）围岩强度；（2）围岩分层厚度；（3）节理、裂隙发育程度；（4）岩层倾角和地质构造等因素。围岩分为5级，见P13表1-8所示。课间休息