矿山压力与围岩控制全套课件

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第三节 岩石的变形性质
工程师对工程材料提出两个问题： 1 最大承载力——许用应力[ ] ？ 2 最大允许变形－－许用应变[ ]？ 在岩石工程中要使： 实际参数≤允许指标
岩石的力学性质包括：
变形性质：研究岩石在受力情况下的变形规律（本节）。 强度特性：研究岩石受力破坏的规律（下节）。
第一节
一、岩石：
矿山岩石的基本概念
岩石：矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集形成的自然物体。 （岩石 = 矿物颗粒 + 胶结物 + 孔隙 + 水） 矿物：存在地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物。 结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及其相互结合的情况。
(结晶、胶结) 构造: 组成成分的空间分布及其相互间排列关系。 （节理、裂隙、空隙、边界、缺陷） 矿物、结构、构造是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素 。
二、岩石的孔隙性——反映裂隙赋存于发育状态。
1、孔隙率n——孔隙体积占总体积的百分比。
V0 n 100% V
2、孔隙比e——岩石中各类孔隙总体积与岩石实体体积之比。
V0 e Vc
e n n—e关系： 1 e
e
n 1 n
岩石的孔隙性对围岩强度、变形、含水影响很大。
四、研究矿山压力对矿山开采的意义：
1、生态环境保护 2、保证生产安全
3、减少资源损失
4、改善开采技术 5、提高经济效益
第一章
矿山岩石和岩体的基本性质
岩石的物理力学性质是岩体最基本、最重要的性质之一，也是 岩石力学中研究最早、最完善的内容之一。
本章介绍：岩石的地质构成及分类； 岩石物理、力学性质及测定； 岩石的破坏机理和强度理论； 岩体及其力学特征。
初步具备解决、分析矿山压力问题的能力；
能针对具体煤层和围岩条件布置巷道和回采工作面； 能合理设计回采工作面、巷道的围岩控制方式。
三、矿山压力与控制概念：
1、矿山压力——由于矿山开采活动影响，在开采空间周 围岩体内形成的和作用在支护物上的力。 2、矿山压力显现——由于矿山压力作用，开采空间围岩 体及支护物产生的各种力学现象。 （变形、破坏、垮落、折损、冲击） 3、矿山压力控制——为使采矿工作正常、安全进行所采 取的各种减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的方法。
《矿山压力与围岩控制》
河北能源职业技术学院
绪 论
一、课程性质及任务：
《矿山压力及其控制》是煤矿开采技术专业的必修专业课。
任务： 1、掌握三个规律 应力分布规律 岩层移动规律 矿压显现规律
2、掌握二个原理
工作面支架与围岩相互作用原理 巷道支架与围岩相互作用原理
3、掌握一套方法 ： 矿压控制方法
二、课程学习基本要求： 了解各类围岩事故产生的条件、原因和特点； 了解矿山压力现场研究的基本方法；
自由膨胀率——无约束条件下浸水后膨胀变形与原尺寸之比。
轴向自由膨胀
VH H H （%）
H——试件高度
径向自由膨胀
VD D D（%）
D——直径
六、岩石耐崩解性——岩石抵抗水浸后结构破坏的性能。
耐崩解指数——岩石试件进行烘干、浸水循环试验，。 （测试：将烘干的试块，约500g，分成10份，放入带有筛孔的圆 筒内，使圆筒在水槽中以20r／s速度连续转10分钟，然后将留在圆 筒内的石块取出烘干称重。如此反复进行两次，按下式计算耐崩解 性指数。）
一、岩石的弹性和塑性：
变形分析的重要性（直观、易测、建立模型、准则）
1、 弹性变形： （缩短为正，压应力为正）
二、岩石地质分类
岩浆岩：强度高、均质性好 沉积岩：强度不稳定，各向异性 变质岩：不稳定，与变质程度和岩性有关
三、沉积岩石的力学特性：
①不连续性；（物质不能充满空间，有空隙存在）
②各向异性；（任一点的物理、力学性质沿不同方向均不相同）
③不均匀性；（由不同物质组成，各点物理力学性质都不相同） ④岩块单元的可移动性； ⑤地质因素影响特性（水、气、热、初应力）
（上述特性导致岩石力学的研究方法以实验测试为主）
第二节

岩石的物理性质
Vo Vc
一、岩石的密度与体积力（容重）
岩石含：固相、液相、气相。 三相比例不同而密度不同。
V
1、岩石的真密度ρ ：
真密度——单位体积岩石（不包含空隙）的质量： MS VC 其中：ρ —岩石真密度，kg/m3 M S—岩石实体干质量（不含水分），kg 3 — 岩石实体体积（不含孔隙）， m V
C
2、岩石的视密度ρ′ ： 视密度——单位体积岩石（包括孔隙）的质量
‘
M V
式中：ρ′—岩石的视密度，kg/m3 M —岩石的质量，kg V —岩石的体积（含孔隙），m3 3、岩石的容重γ： 容重——岩石单位体积（含孔隙体积）的重力， kN/m3

式中： W——被测岩样的重量, （ W Mg ） kN； V——被测岩样的体积，m3
四、岩石的软化性 ——岩石浸水后强度降低的性质。
软化系数——饱水岩样抗压强度与自然风干岩样抗压强度的 比值。
Rcw 0 Rc
（ 0
1 ） 0 越小，表示岩石受水的影响越大。
岩石软化性在地下开采围岩管理、地面边坡管理等方面有重要 意义。
五、岩石的膨胀性——岩石浸水后体积膨胀的性质。
（用于评价膨胀性岩体工程稳定性）
天然容重——天然含水状态下,γ 干容重———105—110℃烘干24小时（至恒重）, γd 饱和容重——岩石孔隙吸水饱和（水浸48小时）状态下, γw
W ‘ 10 V
4、岩石的相对密度（比重）Δ： 比重——岩石固体部分的重量和4℃同体积纯水重量的比值。
WS VC W
式中：WS——体积为V的岩石，固体部分重量，kN VC——岩石固体部分（不含孔隙）体积，m3 γW——4℃同体积纯水重量，kN/m3
三、岩石的碎胀性——岩石破碎后自然堆积体积大于原体积的性质。
1、初始碎胀系数——破碎后样自然堆积体积与原体积之比。
V1 Kp V
2、残余碎胀系数——破碎并被压实后的体积与原体积之比。
' V ' Kp 1 V
‘ V / V1 / V 1 分别为原体积/破碎自然堆积体积/被压实体积。
式中：
岩石碎胀性对地下采矿围岩控制、矿产及土石方运输等有重要意义。