井巷工程1

课程介绍
具体内容有：岩我石性质与工程分级；爆破原理与 爆破技术；巷道断面设计；巷道支护；巷道施工组织 与管理；上下山及采区煤仓施工；松软岩石巷道施工 及巷道修复；硐室与交岔点设计与施工；立井施工； 立井井筒延深等内容。
三、学习方法：理论联系实际、课堂教学、实验、课程
设计相结合。 1、预习。提早预习，了解所学知识和自己理解的难点； 2、记录与思考。课堂上认真听讲，做好笔记，积极思考； 3、课后讨论。 4、作业。
（二）岩石的流变性质
2、后效弹性变形。岩石在弹性变形阶段，卸载以后，有一 部分变形立即恢复，还有一部分变形不能立即恢复，但经过一 段时间以后仍能完全恢复。这部分变形，不是塑性变形，这种 现象叫后效弹性变形。后效弹性变形的发展很缓慢，而且变形 量所占的比重较小，通常只占弹性变形的百分之几，很少达到 10%。但后效弹性变形对井下工程仍有重要意义。
增加而变化，应变速度相等。 实质：弹性变形（近似一直线，弹性模量
为一常数）。
岩石的力学性质
Ⅲ—BC段为屈服变形阶段 特点：曲线向下凹 说明：单位应力增加引起的应变不随应力增加而渐
增，应变速度加快。 B点：起始破坏点 B点应力值：弹性极限强度 C点：最终破坏点 C点应力值：岩石的单向抗压强度 实质：屈服变形为弹塑性变形阶段。
岩石的软化性是指岩石浸入水中后强度明显降低的特性，用 软化系数来表示。即用吸水饱和状态下岩石试件的单向抗压强 度与干燥岩石单向抗压强度的比值来表示水分对岩石的强度的 影响程度。
岩石的软化系数按
计算
Rｂ-吸水饱和状态下岩石试件的单向抗压强度，MPa Rｇ-岩石试件在干燥状态下的单向抗压强度，MPa。 MPa-兆帕（1牛吨=9.8㎏/㎡）
二、基本概念（续）
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，如： 岩浆岩、沉积岩、变质岩。
注意：覆盖在基岩上的松散沉积物称为表土， 表土以下的固结性岩石称为基岩.
岩块：
岩体
表土和基岩
第二节、岩石的物理性质
二、岩石的孔隙性
岩石的孔隙性是指岩石的裂隙和孔隙发育程度，通常用孔隙 率和孔隙比来表示。孔隙率是指岩石中各种孔隙、裂隙体积占 岩石总体积的百分比。
孔隙比是指岩石中各种孔隙、裂隙体积占岩石内固体部分实体 积的百分比。
V0——岩石在自然状态下的体积，包括实体体积和孔隙在内的体积； V ——岩石在绝对密实状态下的体积，指不包含岩石内部孔隙的实体积； V0－V ——孔隙、裂隙体积之和。
3、松驰。在应变保持一定的条件下，应力将随时间而逐渐 减小的现象叫松驰。对岩石变形松驰性质的研究可以合理选择
井下支护方式。注意：在应力集中区域，支护方式与时间的
选择就可利用这一点。如一平硐的延深主井及车场。
（二）岩石的流变性质（爆破）
二、岩石的强度特性
在外荷载作用下，岩石抵抗破坏的能力称岩石的强 度。岩石在静载荷作用下的强度和在动载荷作用下的 强度是不同的。
岩石的力学性质
Ⅳ一CD段，残余变形阶段 过了C点，岩石强度大大降低，至D点保持为
一个常数，称为残余强度。 CD曲线的存在说明岩石在达到极限强度以后，
仍然存在着承载能力。 。
（二）岩石的流变性质
岩石的变形特征与岩石类型、加载方式、载 荷大小、岩石的物理状态等因素有关。另外， 许多岩石的变形并非在一瞬间完成，它与时间 因素有密切关系。岩石的流变是指岩石的应力 应变随时间因素变化的特性，主要表现在以下 几个方面：
（三）岩石的抗抗剪强度
指岩石抵抗剪切作用的能力，它也是反映岩石力学的主 要参数之一。
二、岩石的强度特性
（四）岩石各种强度之间的关系
岩石状态不同，其极限强度也不相同。岩石在不同应力状 态下的各种强度值，一般符合以下规律： 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>抗剪强度>抗拉强度。
岩石在外力作用下变形，以致破碎的特征属于 岩石的力学性质。
一、岩石的变形特性
岩石在外荷载作用下，因应力增加而发生相 应的应变。当荷载增大到破坏值，或超过某一数值 而保持恒定，随着时间的推移，这两种情况均会导 致岩石破坏。变形和破坏是岩石在荷载作用下的两 个发展阶段。变形中包含着破坏因素，而破坏是变 形发展所致。
二、教学主要内容：井巷工程的任务，就是为了
开采地下的矿藏，而开辟一至数条从地面通往矿藏开采 地点的一系列巷道、硐室，而这一工作的完成需要把一 部分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，并对这些空间进行必要的维护，以 防止围岩的垮落。因此，破岩与维护就成为井巷工程的 主要问题。
（二）岩石的流变性质
1、蠕变：在恒定载荷的作用下，应变随时间而增长的现象称蠕 变。蠕变有两种： 一是当应力较小时，经过一段时间，应变能稳定下来，不再增加叫 稳定蠕变； 二是当岩石应力较大时，应变随时间变化而不断增加，直到岩石破 碎，叫不稳定蠕变。井下有些含粘土矿物的岩石（软岩），其蠕变 相当突出，可以经过几天甚至几小时后，就使巷道断面缩小到难以 通行的程度，如牛马司煤业公司斗米山矿井下巷道。说明：围岩不 要暴露时间过长。
一、岩石的密度、表观密度 二、岩石的孔隙性 三、岩石的碎胀性 四、岩石的水理性质
一、岩石的密度和表观密度
1、岩石的密度 指在绝对密实状态下，单 位体积内岩石的质量。
式中：ρ－－岩石的密度 g/ cm3 m――岩石在干燥状态下的质量 g V――岩石在绝对密实状态下的体积，指不包
含岩石内部孔隙的实体积 cm3
巷道断面
二、基本概念
1. 岩石. 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。
第一节、概 述
为进行采掘工作，在煤层或岩层内所开凿的一切空硐， 统称为井巷。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。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。垂直于 巷道长轴线的断面称为井巷的横断面。
根据巷道长轴线与水平面所夹的角度不同，巷道可 分为水平巷道、倾斜巷道和垂直巷道。这些巷道又依据其 用途、是否有提升运输设备、是否有直通地表的出口以及 与岩层的相互位置、角度关系而有不同的命名（如前图）。
岩石与一般的固体材料不同，它的弹性变形和塑性变形往往 同时出现。因此，岩石是兼有弹性和塑性的材料。
岩石的力学性质
Ⅰ－OA段为裂隙压密 闭合阶段（时间很 短）。 特点：曲线向上凹; 说明：单位应力增加 引起的应变随应力增 加而减少，应变速度 减慢。 实质：裂隙压密.
岩石的力学性质
Ⅱ－AB段为压缩变形阶段. 特点：曲线近似为直线; 说明：单位应力增加引起的应变不随应力
（二）岩石的软化性
岩石浸水后的软化程度，与岩石中亲水性矿物和 易溶性矿物的含量、孔隙发育情况、水的化学成分 以及岩石浸水时间的长短等因素有关。亲水矿物和 易溶性矿物越多，开口裂隙越发育，浸水时间越长， 则岩石浸水后强度降低程度越大。应用： 1、这对控制坚硬难冒顶板有重要意义—强制放顶； 2、再生顶板形成有意义—厚煤层分层开采、沿空掘 巷； 3、松软岩层支护困难—自承力很小，顶板岩石垮落、 片邦、底鼓严重。
（一）岩石的弹性和塑性
弹性是指在外力作用下产生变形，当撤消外力后，能完全恢复 到原形状的性质。这种完全能恢复的变形，称弹性变形。弹性变 形是可逆的，所以也称可恢复变形，在弹性变形范围其弹性模量 E为一常数。
塑性是指在外力作用下产生变形，当取消外力后，仍保持变 形后的形状和尺寸的性质。这种不能恢复的永久变形，称塑性变 形，塑性变形具有不可逆性。
1-平硐，2-斜井，3-立井，4-井底车场，5-石门，6-水平 大巷，7-煤层大巷，8-上山，9-下山，10-区段回风巷， 11-风井，12-区段运输巷，13-工作面。
第一节、概 述
一、简介：从上图我们可以看出：对井工矿而 言，为了开采出位于地下的煤炭资源，我们就要先 从地表开始，开掘一系列的巷道到达煤层，这就是 新井建设；移交生产以后，随着采煤工作面和采区 的不断推进，还要继续进行巷道的掘进，以保证工 作面和采区的正常接替。以一个水平的煤层采完之 前，又要及时进行井筒延深和新水平的开拓。保证 水平的及时接替。所以在采掘工程中，采矿是以掘 进为前提的，反过来讲掘进是服务采矿的。采掘的 这种依存关系，贯穿于采掘生产的全过程。
碎后经历的时间长短等有关。
说明：
1、掘进实体积将要装多少车矸石；2、煤层顶板垮落后将充 填多高的采空区。
举例
例：某巷道掘进断面为6.5㎡，碎胀系数为 2.0，则需容积为1立方米的矿车13个。
四、岩石与水有关的性质
（ 一）岩石的水胀性与水解性 岩石的水胀性与水解性主要是松软
岩石所表现的特征。
岩石的水胀性是指岩石遇水而膨胀的性质，常以Βιβλιοθήκη Baidu件浸入水中后，
井巷工程 课程介绍（绪论）
一、课程的性质
二、课程教学内容
三、学习方法
课程介绍
一、课程性质：《井巷工程》是采矿工程、安全
通风等专业主要专业课和必修课我之一，是去研究井巷 施工方法和施工技术的综合性课程。
在矿井中的地位：投资占矿井总投资的40%左右,生产 矿井每采1万吨煤需要掘进250多米巷道，在湖南更高。
厚度膨胀量与原始厚度之比作为水胀性指标。
岩石的水解性是指软岩遇水崩解、破裂的性质，将试件浸入水中，
崩解后剩余的试样质量与原始质量之比作为水解性指标。
以下岩石非常明显：泥岩及含泥质比重较大的岩石、页岩、粘土等； 与生产有关的：分层开采的再生顶板，沿空掘巷，底鼓，从而影响巷道
断面形式和支护参数的选择。
（二）岩石的软化性
对巷道来说，如围岩强度小于所受应力，则围岩 会破坏，就可能发生冒顶、片帮和底鼓等现象；如果 围岩强度大于所受应力，则巷道可不支护。因此对井 巷工程来说，研究岩石强度十分重要。
二、岩石的强度特性
（一）岩石的抗压强度
岩石试件在压缩时能承受的最大压应力值，叫岩石的 抗压强度。这是井下采掘工程中使用最广泛的岩石力学特 性参数。
2、岩石的表观密度
⑴、其含义—指在自然状态下，单位体积内岩石的质 量，用ρ0 表示。 ⑵、计算公式： ρ0-岩石的表观密度，ｋｇ/m3 m—岩石在干燥状态下的质量，ｋｇ； V隙0—在—内岩的石体在积自，然m状3。态说下明的：体积，包括实体体积和孔
1、若同单位比较：岩石的密度≥表观密度，因为
V0≥V ，m一定； 2、其值说明：岩石的致密性，其水理性质与力学性 质，岩石的碎胀性大小均与其有关等。
注意：岩石的透气性和漏气，影响煤层瓦斯扩散，爆破影响其爆破效果。
三、岩石的碎胀性和压实性
岩石的碎胀性是指岩石破碎以后的体积将比整体状态下 的体积增大的性质。用碎胀系数α表示
碎胀系数与岩石的物理性质、破碎后块度的大小及排列状 态等因素有关。
岩石破碎后，在自重和外力的作用下将逐渐压实，体积随
之减小，这种压实后的体积与破碎前的体积之比，称残余碎胀 系数 。它与岩石本身的物理力学性质、外加载荷大小、破
岩石的抗压强度又分为两类：岩石试件在单向压缩时 所能承受的最大压应力值，叫单向抗压强度；岩石试件在 三向压应力作用下所能承受的最大轴向应力（最大主应 力），叫三向抗压强度。它又三向等压抗压强度和三向不 等压抗压强度。
三向应力
二、岩石的强度特性
（二）岩石的抗拉强度
岩石试件在拉伸时能承受的最大拉应力值称岩石的抗拉 强度。岩石的抗拉强度，主要受内部因素的影响，如果组成岩 石的矿物强度高，颗粒间联接力强且空隙不发育，则其抗拉强 度高，反之亦反。
五、岩石的硬度和耐磨性
岩石的硬度是指岩石表面抵抗其他较硬物压入或 刻划的能力。硬度越大，耐磨性越好，加工越困难。
岩石的耐磨性指岩石表面抵抗磨损的能力，用磨 损率表示。 m1-岩石磨损前质量，ｇ； m2-岩石磨损后质量，ｇ； A-岩石试件受磨面积，с㎡。 说明：确定钻孔难度，如石英砂岩、炭质页岩。
第三节 岩石的力学性质