第一章岩石的性质和工程分类.ppt

井巷施工最基本的过程是破、支问题破就是破岩，把岩石从岩体上破碎下来，形成设计所要求的井巷空间；支就是支护，对开挖好的空间进行维护，防止围岩继续破碎或垮落。为了有效、合理地进行破岩和井巷维护，必须对岩石和岩体力学性质进行了解，掌握岩石工程分级方法和围岩分类特点，为井巷的设计、施工以及成本计算提供依据。,一、岩石的物理性质1、岩石的相对密度和密度〈1〉相对密度（比重）相对密度是指岩石固体实体积的质量与同体积水的质量之比值。实体积指不包括孔隙体积在内的实在体积。dG/VcPw式中d为相对密度G为绝对干燥时体积为Vc的岩石质量（g）；Vc为岩石固体实在体积（cm3）;Pw为水的的密度g/cm岩石的相对密度取决于组成岩石的矿物的相对密度。,〈2〉密度密度岩石单位体积的质量为岩石的密度，又称质量密度。岩石的密度又分干、湿密度两种A、干密度是指单位体积岩石绝对干燥时的密度PcG/VB、湿密度是指天然含水或饱水状态下的密度PG1/V岩石密度取决于岩石的矿物万分、孔隙度和含水量与埋藏深度有关，靠地表较小，深度较大。〈3〉重度单位体积岩石所受的重力为重度，又为重力密度。,2、岩石的孔隙性是指岩石的裂隙和孔隙发育的程度。随着岩石的孔隙度增大，一方面削弱了岩石的整体性，使得岩石的密度随之降低，透水性增大；另一方面由于孔隙的存在，又会加快风化速度，从而进一步增大透水性和降低力学强度,3、岩石的水理性质〈1〉岩石的吸水率岩石的吸水率是指岩石试件在大气压力下吸入水的质量g与试件烘干质量G之比值。Wg/G岩石吸水率的大小取决于岩石所含孔隙、裂隙的数量和大小、开闭程度及其分布情况。与岩性有关，沉积岩普遍较大。岩体吸水后会降低强度，会使巷道产生底鼓、开裂，加快巷道围岩风化速度。在施工期间尤为注意。,〈2〉岩石的透水性岩石的透水性的大小与地下水、岩体内的应力、岩石的孔隙度、孔隙大小及其连通情况有关。不同岩石的透水性差别极大。〈3〉岩石的溶蚀性由于水的化学作用而把岩石中某些组成物质带走的现象，称为岩石的溶蚀。溶蚀现象在石灰岩中常见。在矿井生产过程中，遇到灰岩后常有溶洞或溶洞水，会对井下施工生产带来水患，十分危险。因此，在石灰岩中掘进时要做好防治水工作，并严格执行相关防治水规定。（矿井在井巷施工时必须严格执行“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的探放水原则，留设足够的防水煤柱，防止透水、突水事故的发生。）,〈4〉岩石的软化性岩石的软化性是指岩石浸水后强度明显降低的特征。岩石浸水后其强度明显降低，水分对岩石强度的影响程度用软化系数表示。软化系数是指水饱和各岩石试件的单向抗压强度与干燥岩石试件单向抗压强之比。KRRb/Rg≤1岩石浸水后的软化程度与岩石中亲水性矿物质和易溶性矿物质的含量、孔隙发育情况、水的化学成分及岩石浸水时间的长短等因素有关。泥岩，泥质胶结的岩石如茅口灰岩，小江灰岩，高岭土岩等岩层遇水后软化程度很大，软化后的岩层强度很低，自身抗压强度差，增加矿压对井巷的破坏程度。通常在茅口灰岩，小江灰岩，高岭土岩等或泥质胶结岩层中的井巷工程采取全封闭支护，避免围岩遇水软化，使巷道变形破坏。,〈5〉岩石的膨胀性和崩解性膨胀性是指软岩浸水后体积增大，并引起压力增大的性能。崩解性是指软岩浸水后发生的解体现象。岩石的膨胀性和崩解性对井下工程的施工和稳定带来不良影响。膨胀性使巷道断面积变小，静压增加，压坏支架，使支护失效。崩解性使围岩稳定变差，易产生垮冒。,4、岩石的碎胀性是指岩石破碎后体积增大的性质。用碎胀系数表示KV1/V岩石的碎胀系数与岩石的物质性质、破碎后块度大小及其排列状态等因素有关。利用其性质设计充填采空区系数和在掘进组织中预订装载设备数量。,二、岩石的力学性质1、岩石的强度特征〈1〉静荷载下岩石的强度性质A、在大多数情况下，岩石表现为脆性破坏。B、同一种岩石的强度并非常数。影响岩石强度的因素有岩石的组成成分、颗粒大小、胶结情况、生成条件、层理构造、孔隙度、温度、湿度、重度、风化程度、受力状态和时间等。C、在不同受力状态下，岩石的极限强度相差悬殊。其规律为三向等压抗压强度＞三向不等压抗压强度＞双向抗压强度＞单向抗压强度＞单向抗剪强度＞单向抗弯强度＞单向抗拉强度。单向抗压强Rc；单向抗拉强度Rt；拉剪强度T之间的关系为Rt/RC5/1～1/38T/Rc1/2～1/15T﹙〈Rt-Rc〉/3﹚-2,〈2〉动荷载下的岩石强度性质岩石在动荷载作用下，其强度的增加与加载速度有关。岩石在冲击荷载作用下，抗压、抗拉强度都比静荷载作用下要大。,2、岩石的硬度岩石的硬度一般理解为岩石表面抵抗其他硬物体侵入的能力。有静压入硬度和回弹硬度两类静压入硬度采用底面积为1～5mm2的园柱形平底压模压入岩石试件，以岩石产生脆性破环﹙对脆性岩石﹚或屈服时﹙对塑性岩石﹚的强度作为岩石硬度的指标。其特点是其值比岩石单向抗压强度高出几十倍。回弹硬度是以重物落于岩石表面后的回弹高度表示。岩石越硬，回弹高度越大。,3、岩石的可钻性和可爆性可钻性和可爆性用来表示钻眼或爆破岩石的难易程度。常用工艺性指标来表示如用钻速、钻每米炮眼所需要时间、钻头进尺、钻每米炮眼磨钝的钎头数或破碎单位体积岩石消耗能量等来表示岩石的可钻性。用爆破单位体积岩石所消耗的炸药、爆破单位体积岩石所需炮眼长度或单位重量炸药的爆破量、每米炮眼的爆破量等来表示岩石的可爆性。,三、岩石的工程分级现行岩石的工程分级有两种方法1、普氏岩石分级法。即按岩石坚固性进行分级。坚固性系数f表示fRc/10岩石的坚固性是表示岩石在各种采矿作业以及地压等外力作用下受破坏的相对难易程度。普氏理论认为岩石的坚固性在各方面的表现是大体一致的，难破碎的岩石用各种方法都难于破碎；易破碎的岩石用各种方法都易于破碎。岩石按坚固性分级为10级15类。见下表,岩石按坚固性分级一览表9,在煤矿常见的岩石，坚固性系数4-8级居多。优点普氏岩石分级法简明，便于使用。缺点它没有反映岩体的特征，对少数岩石不适用。如粘土，挖掘易，爆破难。2、围岩分类法根据岩体的结构和岩体强度来确定围岩的稳定性。其论点是围岩稳定性主要取决于岩体的结构和岩体强度，而不只是岩石试件的强度。分为5类﹙Ⅰ﹚稳定岩层；﹙Ⅱ﹚稳定性较好岩层；﹙Ⅲ﹚中等稳定岩层；﹙Ⅳ﹚稳定性较差岩层；﹙Ⅴ﹚不稳定岩层。,2、围岩分类法P9岩石工程分级的意义在煤矿掘进施工组织过程中，用岩石坚固性来确定钻眼难易程度，炸药消耗定额；用围岩稳定性来确定选择巷道形状和支护形式。一般是坚固性系数大的岩石钻眼难，炸药消耗多；稳定较好的围岩采用拱形断面，裸体或锚喷支护；稳定较差的围岩采用梯形断面，棚式支护或其它特殊支护方法。,四、井巷地压理论P14,问题1、井巷施工基本的过程是什么2、岩石的水理性质有哪些3、岩石的溶蚀性会对井下生产带来什么危害4、岩石的膨胀性和崩解性有什么害处5、什么是岩石的硬度6、影响岩石强度的因素有哪些7、岩石工程分级有何意义8、普氏分级法的理论根据是什么9、普氏分级法有何优缺点（以及P19）,