1 井巷工程教案

1 井巷建筑介质与材料

1.1 概述

井巷工程的任务：建筑地下空间，维护稳定。

介质：岩石和土。

材料：木、竹、石、金属、混凝土等

1.1.1井巷工程的概念

1.井巷工程：为进行采矿等工作，在地下煤层或岩层内所开掘的井筒、巷道和硐室等工程，总称为井巷工程；

2. 巷道顶(底)板：构成巷道顶(底)部的岩石面，叫巷道顶(底)板，两侧的岩石面叫两帮；

3. 工作面：正在施工的井巷，其末端随掘进工作不断向前移动的岩石面称为工作面；

4. 横断面：垂直于巷道长轴线的断面称为井巷的横断面。

5.巷道种类：

1）水平巷道

水平巷道：巷道长轴线与水平面平行的巷道。为满足运输、排水的方便，设有3‰～5‰的坡度。

平硐：是地面上有一个直接出口的水平巷道，用于运输、通风、行人和排水等，可沿岩层（或煤层）走向或与走向成一角度开掘。

隧道：是地面上有二个直接出口的水平巷道，用于运输、行人和排水等。

石门：没有直接通达地面的出口，在岩层中开掘并与煤层走向垂直或斜交的水平巷道，用于运输、通风、行人和排水等。

煤门：在煤层中开掘并与煤层走向垂直或斜交的水平巷道。

平巷：沿岩层（或煤层）走向开掘且没有直通地面出口的水平巷道，用于运输、通风、行人和排水等。

2）倾斜巷道

倾斜巷道：巷道长轴线与水平面成一定倾角相交的巷道称为倾斜巷道。

斜井：有直接通达地面的出口，一般是从地面沿煤层倾斜方向开掘，用于提升煤和矸石、上下人员、下放材料设备、通风、排水等。

暗斜井：没有地面出口的倾斜巷道。

上（下）山：在运输大巷以上（下）沿煤（岩）层开掘，为一个采区服务的倾斜巷道。按用途和装备分为输送机上（下）山、轨道上（下）山、通风上（下）山和行人上（下）山。

3）垂直巷道

垂直巷道：巷道长轴线与水平面垂直的巷道称为垂直巷道。

立井：自地面往下开凿的垂直巷道。有主井、副井、风井。主井用于提升煤炭；副井用于提升材料、设备、矸石以及进风、排水、上下人员等；风井用于通风。

暗立井：没有直通地面的出口而设有提升设备的垂直巷道。用以将下部水

和排水。

溜井：没有直通地面的出口，井筒内不装臵机械设备的垂直巷道。用以将上部水平开采的煤炭借自重下放到下部水平。

4）硐室

断面较大而长度较短的巷道。用于安装机电设备、存放材料或作其他用。变电所、水泵房、箕斗装载硐室、翻笼硐室、火药库、调度室和绞车房等。

矿山建设工程：

矿井生产准备工程：

矿井延深工程：

矿井辅助工程：

井巷工程设计与施工：以掘保采，以采促掘，采掘并举，掘进先行。

井巷工程研究的核心问题：破岩与维护——有效、经济、安全。

1.1.2 井巷设计与施工

井巷工程设计是按照矿井生产需要、服务年限和围岩性质，根据设计规范要求，经济合理地确定井巷的断面形状、尺寸和支护结构等。井巷施工是按照设计要求和施工条件，考虑安全规范要求，采用不同方法、手段和材料开凿井筒、巷道或硐室等空间。

井巷施工最基本的过程，就是把岩石从岩体上破碎下来，形成设计所要求的井筒、巷道及硐室等空间。接着要采用一定的支护材料和结构，对这些地下空间进行必要的维护，防止围岩继续破碎和垮落。

井巷施工方法：普通、特殊、机械

1.2 井巷建筑介质

1.2.1 岩石概述

1. 岩石

由一种或多种矿物织成。是组成地壳的基本物质，由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律而形成的自然地质体，包括岩浆岩、沉积岩、变质岩。

2. 岩块

从地壳中切取出来的小块体，不包含软弱面（岩体中的地质遗迹、层理、节理、断层、裂隙面），近似认为各向同性的连续介质。

3.岩体

地下工程周围较大范围内的自然地质体。从煤矿采掘工程角度：包括岩石、地下水、瓦斯。岩体的性质复杂，是我们研究的主要对象。

4.表土

建井工作者把覆盖在地壳上部的第四纪沉积物成为表土，也称为松散性岩石，如：黄土、流沙、粘土等。

5.基岩

表土以下的固结性岩石称为基岩。岩浆岩、沉积岩、变质岩。

6.围岩

7.煤系地层

1.2.2 岩石的物理性质

1.2.2.1 岩石的相对密度、密度

1．相对密度(曾称比重)岩石的相对密度是指岩石固体实体积(不包括孔隙体积)的质量与同体积水的质量的比值。

2．密度岩石单位体积(包括岩石内孔隙体积)的质量，称为岩石的密度，亦称质量密度。两种：干密度和湿密度。前者是单位体积岩石绝对干燥后的质量，后者是天然含水或饱水状态下的密度。

1.2.2.2 岩石的孔隙性

岩石的孔隙性是指岩石的孔隙和裂隙的发育程度，它通常用孔隙度n和孔隙比e来表示。

孔隙度是指岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和与试件总体积

孔隙比是岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和与试件内固体矿

物颗粒体积Vc之比。

1.2.2.3 岩石的水理性质

1．岩石吸水率：W是指岩石试件在大气压力下吸入水的质量与试件烘干后质量G之比值。

影响吸水率的因素：

⑴岩石所含孔隙，裂隙的数量、大小、开闭程度及其分布情况有关。

⑵试验条件，试验表明，整体岩石试件的吸水率要比同一岩石的碎块试样吸水率小，随着吸水水时间的增加，吸水率也会有所增大。吸水率对岩石力学性质有影响。

2.岩石的透水性

地下水存在于岩石的孔隙和裂隙之中，而且大多数岩石的孔隙和裂隙是相互贯通的，因而，在一定水压作用下，地下水可在岩石中渗透，这种岩石能被水透过的性质，称为岩石的透水性。

影响因素：地下水压力、岩体应力状态、孔隙发育程度、连通程度等。

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性。导致岩石致密程度降低，孔隙度增大，强度降低。

4.岩石的软化性

岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性，用软化系数(ηc)表示。ηc定义为岩石试件的饱和抗压强度(Rcw)与干抗压强度(Rc)的比值。

5.岩石的膨胀性和崩解性

⑴膨胀性：软岩浸水后体积增大和响应的引起压力增大的性质，用膨胀应力和膨胀率来表示。

膨胀应力：岩石与水进行物理化学反应后，随时间变化会产生体积增大的现象，这时，使试件体积保持不变所需要的压力称膨胀应力。

膨胀率：岩石与水进行物理化学反应增大后的体积与原体积的比率。

⑵崩解性：软岩浸水后发生解体的性质。

用耐崩解指数表示：岩石试件在承受干燥和湿润两个标准循环后，岩样对软化和崩解表现出来的抵抗力。

1.2.2.4 岩石的碎胀性

岩石的碎胀性：岩石破碎后因岩块间空隙增多而总体积增大的性质称为碎胀性。碎胀程度的大小可用碎胀系数表示。

1.2.3 岩石的力学性质

1.2.3.1 岩石的变形特性

㈠静荷载单向受压下岩石的变形特征

⑴应力应变曲线

⑵体积应变,岩石的体积改变量ΔV与原体积 V的比值,也称体积改变率。也叫碎胀应变。