井巷工程1岩石性质与工程分级
井巷工程施工课程(3篇)
第1篇一、课程性质井巷工程施工课程是采矿工程、安全通风等专业的重要专业课之一，是研究井巷施工方法和施工技术的综合性课程。
本课程具有较强的实践性和应用性，旨在培养学生的实际操作能力、工程管理能力和创新意识。
二、课程内容1. 岩石性质与工程分级：介绍岩石的基本性质、工程分级方法及岩石力学特性，为学生进行井巷工程施工提供理论基础。
2. 爆破原理与爆破技术：讲解爆破的基本原理、爆破方法、爆破参数计算及爆破施工安全措施。
3. 巷道断面设计：介绍巷道断面设计的基本原则、设计方法及巷道断面形状的选择。
4. 水平岩石巷道施工：讲解水平岩石巷道施工的工艺流程、施工方法及施工质量控制。
5. 巷道支护：介绍巷道支护的基本原理、支护材料、支护设计及施工方法。
6. 巷道施工组织与管理：讲解巷道施工的组织形式、施工计划、施工调度及施工安全控制。
7. 上下山及采区煤仓施工：介绍上下山及采区煤仓的施工方法、施工质量控制及施工安全措施。
8. 松软岩石巷道施工及巷道修复：讲解松软岩石巷道施工的工艺流程、施工方法及巷道修复技术。
9. 硐室与交岔点设计与施工：介绍硐室与交岔点的结构形式、设计方法及施工技术。
10. 立井施工：讲解立井施工的基本原理、施工方法及施工质量控制。
三、教学要求1. 掌握井巷工程施工的基本原理、施工方法和技术。
2. 具备独立进行井巷工程设计、施工和管理的实际操作能力。
3. 具备良好的工程管理能力和安全意识。
4. 能够运用现代信息技术和先进设备进行井巷工程施工。
5. 具备创新意识和团队合作精神。
四、课程特点1. 实践性强：井巷工程施工课程注重理论与实践相结合，通过现场教学、实验、实习等方式，提高学生的实际操作能力。
2. 系统性强：课程内容涵盖了井巷工程施工的各个方面，使学生能够全面了解井巷工程施工的全过程。
3. 先进性：课程紧跟行业发展趋势，介绍新技术、新材料、新工艺，提高学生的创新能力。
总之，井巷工程施工课程是一门具有实践性、系统性和先进性的专业课程，对于培养采矿工程、安全通风等专业人才具有重要意义。
岩石性质与工程分级
1.4 岩石分级和围岩分类
岩体的结构和力学性都很复杂，为便于研究、 类比，有必要对岩体进行分类。
1.4.1 普氏岩石分级法（坚固性系数） 我国矿山长期使用的普氏岩石分类，是以普 氏岩石坚固性系数f（其值等于固结性岩石单 轴抗压强度 kg/cm2 数值的百分之一 { 十分之 一 } ）为准，按 f 值的变动范围将岩石划分为 10级。 表
d— 试件直径；cm；
t—试件厚度，cm； a，h—方形试件边长和厚度，cm。
1.3.2.3 岩石的剪切强度τf
1、剪切面上无压应力的剪切试验
2、剪切面上有压应力的剪切试验
试件尺寸：直径或边长不小于50mm，高度应等 于直径或边长。
P A
T A
3、斜剪试验
忽略端部摩擦力，根据力的 平衡原理，作用于剪切面上的 法向力N和切向力Q可按下式计 算：
井巷工程
采矿就是为了将地下的矿藏开采出来，要
达到这样的目的，就必须从地面到各煤层 开掘各种通道。 直立的通道称为竖井； 倾斜的通道称为斜井（上山、下山）； 水平或近似水平的通道称为平巷； 这些通道统称为井巷。
平硐开拓
斜井开拓
竖井开拓
在煤矿建设、生产中，常常说到的开拓开采，
1.4.2 围岩分类法
岩体的工程分类应当能反映出岩石的强度、 岩石破坏前后的变形特征和岩体结构等。这种分类在矿山ຫໍສະໝຸດ 采用。 表 表
1.4.3 岩石质量指标 10厘米以上岩芯累计长度与钻孔长度之比。
这种分类在石油系统采用。
表
思考题：
1. 岩石和岩体的概念？
就是开掘一系列井巷，并将煤炭从地层上采 下来的一系列工作。 而井巷工程就是其中开拓工作，它是煤矿建 设、生产中先行，没有开拓就没有开采。 井巷工程的对象：岩石。
井巷施工技术ch1_1_1
1 岩石的性质及工程分级1.1概述
1.2岩石的物理性质
1.3岩石的力学性质
1.4岩石的工程分级
1.1 概述
一．基本概念
1.岩块
从地壳岩层中切取出来的不包含显著弱面的小块体。
2.岩体
地下工程周围较大范围的自然地质体。
由固、液、气三相物质组成。
3.岩石
不分岩块和岩体的泛称。
但有的岩石力学文献中把岩石等同于岩块。
4.弱面
由于各种地质作用而形成的明显地质界面，如层理、节理、断层和裂隙面等。
5.层理（或层面）
岩石沉积过程中的原生成层构造。
6.节理
由于地质构造而产生的将岩体切割成具有一定几何形状的岩块的裂隙系统。
是未发生位移的破裂面。
7.断层
岩体在构造应力作用下发生破裂，沿破裂面两侧的岩体发生显著位移或失去连续性和完整性而形成的一种断裂构造。
二．岩块与岩体的关系1.岩块＋结构面＝岩体
结构面结构面
岩块
2.
岩体的尺寸效应
1.1 概述
3.岩块与岩体的特性
①岩块的性质：C.H.I.L.E.智利
♠C ontinuous 连续的
♠H omogeneous 均质的
♠I sotropic 各向同性的
♠L inearly E lastic 线弹性的
②岩体的性质：D.I.A.N.E. 戴安娜
♠D iscontinuous 不连续的
♠I nhomogeneous 非均质的（＝heterogeneous）♠A nisotropic 各向异性的
♠N on-linearly E lastic
非线弹性的1.1 概述。
井巷工程1岩石性质与工程分级
US National Committee on Rock Mechanics, 1964
第一节 概述
岩石：是由一种或多种矿物组成的。每种矿物都有一定的内部结构 和固定的化学成份，因而各具有一定的物理性质和形态。
3.岩石的强度：岩石抵抗外力破坏的能力。
单向抗压强度 单向抗拉强度 剪切强度
①大多数情况下，岩石表现为脆性破坏。 ②同一岩石的强度并非常数。
③不同受力状态下岩石的极限强度相差悬殊。
三轴压缩
从荷载性质看：单向抗压强度＞单向抗剪强度＞单向抗弯强度＞单
向抗拉强度（单向抗压强度≈10倍单向抗拉强度）。
岩块：从地壳岩层中切取出来的 小块体，通常是指岩石材料。
岩体：指岩石工程周围较大范围 内的自然地质体 。
岩体＝岩块（岩石材料）＋ 弱面（层理、节理、断层）
岩石材料的性质对岩体性质影响很小，而弱面控制着岩体的性 质。例如：岩体压缩时，破坏是沿着已存在的弱面发生的；在 拉伸时，由于弱面的存在，强度很小。
围压是影响岩石力学属性的主要因素之一。 从图分析围压对岩石变形影响，得出如下结论： ①弹性段与单轴压缩下基本相同； ②岩石表现明显的塑性变形； ③屈服极限、强度峰值和残余强度都与围压大小成正变关系； ④在一定临界围压下出现屈服平台，程序塑性流动现象； ⑤达到临界围压后继续提高围压不在出现峰值，应力应变关系单调增长。
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煤巷围岩塑性区分布
4. 按围岩变形量分类
陆士良教授根据围岩变形量的大小和维护的难易程度，将回采巷道围
岩分为五类：
巷道维护状况
容易 中等 困难 极难
井巷工程PPT课件-岩石的性质及其工程分级
根据结构面的类型、产 状、连续性等进行划分。
如地下水条件、地应力 状态等也会对岩石工程
分级产生影响。
应用实例分析
实例一
某矿山井巷工程，通过岩石工程 分级，选择了合适的支护方式和 掘进工艺，确保了工程的顺利进
行。
实例二
某隧道工程，在穿越不同级别的岩 石时，根据岩石工程分级结果，及 时调整了施工方法和支护参数，保 证了隧道的安全贯通。
抗剪强度是指岩石抵抗剪切破坏的能力，抗压强度则是指岩石在单向压 缩条件下破坏前所能承受的最大压应力。它们是评价岩石稳定性和承载 能力的关键指标。
化学性质与风化作用
化学性质
岩石的化学性质主要包括其矿物成分在水、酸、碱等溶液中的溶解性、氧化-还原性以 及与其他物质的化学反应等。这些性质对于评价岩石的耐久性、抗风化能力和工程地质
了解地下水类型、水位、水质等信息，评估其对岩石性质的影
响。
取样和试验室测试流程
取样方法
根据勘察目的和岩石性质，选择合适的取样方法，如刻槽取样、 钻芯取样等。
样品制备
将取得的岩石样品进行加工处理，制备成符合试验要求的试样。
试验室测试
对试样进行物理性质测试（如密度、吸水率等）和力学性质测试 （如抗压强度、抗拉强度等）。
在施工过程中积累了丰富的经 验，为今后类似工程提供了有
益的借鉴和参考。
提高了井巷工程的技术水平和 施工能力，为当地基础设施建
设做出了积极贡献。
强调了地质勘探和监测在井巷 工程中的重要性，为今后类似 工程提供了宝贵的经验教训。
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03 岩石工程分级体系介绍
分级目的和意义阐述
目的
为井巷工程设计、施工提供基础依据 ，确保工程安全、经济、高效。
第一章岩石的性质及工程分级
2· 岩石性质与其结构和构造有关。 如岩石中矿物的结晶程度、颗粒形状和大小、颗粒之间的胶结程 度等。当矿物成分一定时，呈细晶、隐晶结构时，岩块强度较高； 反之则低。 3· 岩石性质与胶结物的性质有关。 如硅质胶结的强度最大、铁质、钙质、泥质、凝灰质胶结相继次 之。如花岗岩、黄铁矿、石灰岩、泥岩等。 4· 岩石强度与其成因有关。 火成岩的强度一般大于沉积岩和变质岩。 5· 岩石强度与变质和风化程度有关。 变质程度越高，强度越大、反之越低；风化程度越高，而强度越 低。 研究岩石性质时，常用到岩石、岩块与岩体这三个术语。
井巷施工最基本的过程就是将岩石从岩体上破碎下来，形成所需 的井巷空间，这个过程称为破岩。破碎下来的岩石，用装岩设备装 入矿车或输送机运出，这个过程称为装岩运输。接着对这些空间进 行必要的维护，防止围岩的破坏和垮落，这个过程称为支护。因此 破岩和井巷维护成为井巷工程的主要问题。为了合理和有效地进行 破岩和井巷维护，就要对岩石与岩体的物理力学性质有所了解，研 究岩石的工程特性，为设计和施工提供依据。 岩石是由一种或多种矿物组成的天然结构体，每种矿物都有其一 定的内部结构和比较固定的化学成分，因而也各具有一定的物理性 质和形态。不同的岩石，具有不同的力学特性。 1· 岩石性质与它的矿物组成有关。 一般说来，岩块中所含硬度大的粒状和柱状矿物（石英、长石、 角闪石、辉石、橄榄石等）越多，岩块强度越高。含硬度小的矿物 （云母、绿泥石、滑石、蒙脱石、伊犁石、高岭石）越多，其强度 越低。
第二节岩石的物理性质
4.岩石的软化性: 岩石浸水后其强度明显降低的特性 为之岩石软化。岩石软化性用 软化系数表示： η C ＝RCW/RC ≤1 (1－7) ηc----岩石的软化系数，无量纲 ; R ----水饱和状态下岩石试件的单向抗压强度,MPa; R ----干燥状态下岩石试件的单向抗压强度, MPa; 5.岩石的膨胀性和崩解性 膨胀性：指软岩吸水后体积增大的现象。 崩解性：指软岩吸水后解体的现象。 四.岩石的碎胀性 K＝V1/ V >1 （1· 8－2· 0） (1－8) K----岩石的碎胀系数; V1----岩石破碎后的体积,m3; V----岩石破碎前的体积, m3;
a[井巷工程]第一章 岩石的性质及工程分类
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II
很坚固的岩石
很坚固的花岗岩类：石英斑岩，很坚固的 花岗岩，硅质片岩；坚固程度较I级岩石稍 差的石英岩；最坚固的砂岩及石灰岩
致密的花岗岩及花岗岩类岩石，很坚固的 砂岩及石灰岩，石英质矿脉，坚固的砾岩， 很坚固的铁矿石 坚固的石灰岩，不坚固的花岗岩，坚固的 砂岩，坚固的大理岩，白云岩，黄铁矿 一般的砂岩，铁矿石 砂质页岩，泥质砂岩 坚固的页岩，不坚固的砂岩及石灰岩，软 的砾岩
通过二级加速器：600转/分供煤仓用， 400转/分供硬煤和软岩 外壳为铝合金铸造，密封防爆。 ⑶ 轴推力：人力推顶 。
ZM系列矿用隔爆型手持式煤电钻
[适用范围] 本系列煤电钻适用于煤矿井下及其周围介质中有 甲烷、煤尘等爆炸性混合物气体的环境中，在交流50Hz，电压为
127V的供电网络中，在回采及掘进工作面对中硬和硬煤层钻眼之用。
是影响岩石力学属性的主要因素之一。
单向抗压强度 在外荷载作用下岩石抵抗破坏的能力——岩石强度 单向抗拉强度 剪切强度 三轴压缩 岩石的强度特征 ⑴ 多数情况下，岩石表现为脆性破坏（小于3％的应变）；
⑵ 同一种岩石的强度并非常数；
三、 岩石的强度
⑶ 在不同的应力状态下，岩石的各种强度极限不同，相差悬殊
第四节
分类的目的
岩体工程分类
（ 1 ）为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编
制定额提供必要的基本依据。
（2）便于施工方法的总结,交流,推广。
（3）便于行业内技术改革和管理。
遵循的主要原则
（1）分类形式要简单，含义要明确。 （2）分类应具科学意义和实用价值。 （3）分类指标不易过多并应容易获得。指标过多，必须增加研究工 作量，不便推广和应用。 （4）分类应明确表达出岩体的基本特性和影响岩体稳定性的主要因 素。 （5）分类方案应体现超前预报性，即在巷道设计、施工之前，人们 要了解到未来巷道开挖后围岩稳定状态和不同稳定类型岩体的空间分布。
【采矿课件】01岩石性质及其工程分级.pptx
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。
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岩块：
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岩体
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K V1 V
K—岩石的碎胀系数；
V1—岩石破碎膨胀后的体积； V—岩石处于整体状态下的体积。
表1-4为常见岩石碎胀系数。
K Q AI
Q—渗水量;A—渗透面积；I—水力坡度; K-渗透系数
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。
表1-2为岩石渗透系数
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三、岩石的水理性质
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V
V
GV
d w
d w
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。
e V VC V 1 dW 1
VC
VC
C
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三、岩石的水理性质
1．岩石吸水率：W是指岩石试件在标准大气压 下吸入水的 质量与试件烘干后质量G之比值。
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 称为岩石的溶湿性。导致岩石致密程度降低，孔隙度增大，
强度降低,贵州761矿巷道中的钟乳石、石笋。
井巷工程复习题
井巷工程复习题绪论一、名词解释：1、井巷：为进行采掘活动，在煤层或岩层内开凿的一切空硐。
简言之，井筒与巷道合称（硐室）。
2、巷道顶底板：构成巷道顶底部的岩石面。
3、掘进工作面：正在施工的井巷随掘进工作不断向前移动的岩石面叫掘进工作面。
二、填空：1、井巷工程的主要问题是（破岩）和（维护）。
三、简答：1、煤矿井下巷道类别划分为哪些？答：按长轴线与水平面的夹角分：直立巷道、水平巷道、倾斜巷道。
按巷道的用途和服务年限分：开拓巷道、准备巷道、回采巷道。
第一章岩石的性质和工程分级一、名词解释：1、软化系数：指水饱和岩石试件的单向抗压强度与干燥岩石试件单向抗压强度之比。
2、膨胀应力：岩石遇水后，产生体积增大现象，这时使试件体积保持不变所需要的应力。
3、硬度：岩石抵抗其他较硬物体侵入的能力。
4、凿碎比功：破碎单位体积岩石所做的功。
二、简答或填空：1、岩石各种强度大小排序：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。
2、根据实验方式不同硬度分（回弹硬度）（静压入硬度）。
3、用（可钻性）和（可爆性）表征钻眼和爆破岩石的难易程度。
4、岩石按成因分为（岩浆岩）、（沉积岩）、（变质岩）。
第二章钻眼爆破一、名词解释：2、物理爆炸：爆炸时仅发生物态的急剧变化，物质的化学成分不变。
3、化学爆炸：爆炸时不仅发生物态变化，而且物质的化学成分也发生变化。
4、氧平衡：是表示炸药内含氧量与充分氧化可燃元素所需要氧量之间的关系，通常以每克炸药不足或多余氧的克数的百分数来表示。
9、感度：炸药在外界起爆能的作用下发生爆炸的难易程度。
又称敏感度。
14、毫秒爆破（微差爆破）：利用毫秒雷管或其他设备控制放炮（起爆）顺序，使每段之间只有几十毫秒的间隔，叫作毫秒爆破。
15、光面爆破：二、简答或填空：1、井巷掘进的破岩方法有（机械破岩）、（爆破破岩）两种。
井巷工程思考题及参考答案
第一章岩石的性质及其工程分级1.岩体的组成部分有哪些？岩石和岩体有什么区别？岩块是指从地壳岩层中切取出来的小块体，主要用于岩石性质的室内试验研究；岩体是指地下工程周围较大范围内的自然地质体，岩体内一般包括有非连续面；岩石则是不分岩块与岩体时的泛称；开挖巷道会对周围岩石有应力和位移等扰动，这个扰动范围一般为5倍的巷道直径，巷道附近受扰动的岩石称为围岩答：岩体由固、液、气三相物质组成，是岩块和结构面的结合体。
岩石与岩体的区别是：岩石相当于岩块，是从地壳岩层中切取出来的不包含显著弱面的小块体，具有完整性好、强度高等特点，可以把岩石近似地视为均质、各向同性的连续介质；而岩体是地下工程周围较大范围的自然地质体，包含有大量的结构面，具有完整性差、强度低等特点，除了少数岩体外，一船岩体均属于非均质、各向异性的不连续介质。
2.单轴压缩条件下，岩石的全应力－应变曲线包括哪几个阶段？答：单轴压缩条件下，岩石的全应力－应变曲线包括以下五个阶段：原始裂隙压密阶段、弹性阶段、塑性阶段（或破裂发展阶段）、软化阶段和残余强度阶段。
3.普氏岩石分级法的实质是什么？它有什么优缺点？答：普氏岩石分级法的实质是由岩石的单向抗压强度(MPa)除以10(MPa)得到的数值，它表示岩石在各种采矿作业(钻凿、爆破等)以及地压等外力作用下受破坏的相对难易程度。
它的优点是：指标单一，分类方法简单易行；它的缺点是：只反映了岩石开挖的难易程度，不能反映围岩维护的难易程度；由于定级的标准以岩块强度为基础，不能说明岩体的完整性和稳定性等特征，因而不能指导巷道支护设计；由于分类等级较多，使用起来不很方便。
4.围岩分类法与普氏岩石分级法在应用上有什么区别？答：围岩分类法与普氏岩石分级法在应用上的区别是：普氏岩石分级法应用于岩石破碎方面，目的是为了提高破岩效率，合理地选择钻眼爆破参数；围岩分类法应用于巷道维护方面，目的是为了恰当地判定巷道周围岩体的稳定性并合理选择支护类型。
第01章岩石的性质与分级
表1—3 煤矿中常见岩石的碎胀系数和残余碎胀系数
岩石名称
碎胀系数
残余碎胀系数
砂
1.06~1.15
1.01~1.03
粘土
＜1．20
1.03~1.07
碎煤
＜1．20
1.05
泥质页岩
1.40
1.10
砂质页岩
1.60~1.80
1.10~1.15
硬砂岩
1.50~1.80
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§1.1 岩石的物理性质
Rg——岩石试件在干燥状态下的单向抗压强度，MPa。
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、空隙发育情况、水的化学成分以及岩石浸水时
间的长短等因素有关，亲水矿物和易溶矿物含量越多，开口空隙越发育，岩石浸水时间越长，则岩石浸水后强度降
低程度越大。
研究岩石的软化系数对用高压注水软化方法控制坚硬难冒顶板有着重要意义。煤矿中常见岩石的软化系数见表1—4。
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§1.1 岩石的物理性质
二、岩石的密度和表观密度
岩石的密度是指在绝对密实状态下，单位体
积内岩石的质量。岩石的密度按下式计算：
ρ＝m/V
(1—1)
ρ——岩石的密度，g/m3； 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。
岩石的软化性是指岩石浸水后的强度明显降低的特征，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
压强度与干燥岩石试件单向抗压强度的比值来表示水分对岩石强度的影响程度。岩石的软化系数按下式计算：
KR＝Rb/Rg
(1—5)
式中 KR——岩石的软化系数；
井巷工程
井巷工程第一章岩石的性质及其工程分级1.解释岩石、岩体、和岩块三者的特点和力学性质的差异。
答：岩块是指从地壳岩层中切取出来的小块体；岩体是指地下工程周围较大范围的自然地质体；岩石则是部分岩块和岩体的泛称。
由于弱面的存在，岩体强度通常小于岩块强度。
在研究岩石的力学性质时，必须注意到岩块的非均质性、各向异性和不连续等问题。
但岩块是不包含有显著弱面的岩石块体，相对岩体而言，可以把岩块近似地视为均质、各向同性的连续介质来处理，而岩体则不能。
除了少数岩体外，一般岩体均属于非均质、各向异性的不连续介质。
2.影响岩石性质的因素有哪些？答：岩石性质与其矿物组成有关。
一般而言，岩块中含硬度大的片状矿物如云母、绿泥石、滑石、蒙脱石及高岭石等愈多，岩块的强度就愈低。
岩石的结构和构造对岩石的性质也有重要影响。
岩石的结构说明岩石的微观组织特征，是指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、形状和颗粒之间的联系方式。
岩石结构不同，其性质也各异。
岩石的构造则说明岩石的宏观组织特征。
3.解释岩石碎胀性的意义和表示方式。
答：岩石破碎以后的体积将比整体状态下增大，这种性质成为岩石的碎胀性。
岩石的碎胀性可用岩石破碎后处于松散状态下的体积与岩石破碎前处于整体状态下的体积之比来衡量，该值称为碎胀系数。
4.三向压力作用下岩石的变形和强度特征有哪些？答：三向压力作用下岩石的变形表现出下列特征：⑴弹性段与单轴压缩下基本相同。
这一特性具有重要意义，因为可以通过简易的单轴试验确定复杂应力状态下的弹性常数。
⑵岩石表现出明显的塑性变形。
⑶屈服极限、强度峰值和残余强度都与围压大小成正变关系。
⑷大部分岩石在一定的临界围压下出现屈服平台，呈现塑性流动现象。
⑸达到临界围压以后继续提高围压，不再出现峰值，应力应变关系呈单调增长趋势。
强度特征:⑴在大多数情况下，岩石表现为脆性破坏。
⑵同一种岩石的强度并非常数。
⑶在不同受力状态下，岩石的极限强度相差悬殊。
5.解释岩石可钻性和可爆性。
01岩石性质与工程分级-hao
工程分级的目的 以便能正确地进行工程设计，合理地选用施 工方法、施工设备、机具与器材，准确的制 定生产定额和材料消耗定额等。 工程分级方法
1）普氏分级法 苏联M.M.普罗托奇雅克诺夫于1926年提出用
“坚固性”作为岩石工程分级的依据，即用一个
综合性指标“坚固性系数f”来表示岩石破坏的相
对难易程度，f值是用岩石的单行抗压强度Ra
好的··· R.Q.D＝50～75 ··· ··· 差的···· ···R.Q.D＝ 25～50 ···
很差的·· R.Q.D＝0～25 ·· ··
复习思考题 （1）岩石与岩块的特点及其力学性质差异？ （2）岩石的碎胀性？在井巷工程实践中有何意义？ （3）静荷载下岩石的变形特征？ （4）动荷载下岩石的变形特征？ （5）岩石在动荷载下的强度特征？ （6）岩石的可钻性与可爆性？如何表示？ （7）岩石工程分级的目的与意义？ （8）常用岩石工程分级方法？
1.2 岩石的物理性质
*岩石的组成：由固体、水、空气三相组成,具有比重、 密度、重度等指标
（1）比重：岩石固体实体积的质量与同体积水的质 G △＝ 量之比 （不包含空隙） Vρ
C w
（2）密度：岩石单位体积〈包括岩石内孔隙体积在
内〉的质量 ，又称质量密度：ρ
a、干密度：是单位体积岩石绝对干燥后的质量
* Ⅵa级岩石· · （如坚固烟煤）····普氏系数f＝1.5 ···· ····
第一章岩石的性质及其工程分级
岩块：
山东科技大学资源与环境工程学院资源工程系
岩体
山东科技大学资源与环境工程学院资源工程系
1.1 概述
（6）表土：
——覆盖在地壳上部的第三纪、第四纪沉积 物,如黄土、粘土、流砂、淤泥、砾石的统称。
（7）基岩：
——表土以下的固结性岩石统称为基岩。
（8）煤系地层：
——煤层周围一定范围内的地层。 多为沉积岩，如砂岩、灰岩、页岩、泥岩等。
特性的岩石称为塑性岩石； 过度状态： 永久变形或全变形在3%到5%之间。
山东科技大学资源与环境工程学院资源工程系
(4) 有围压作用时的岩石变形特性
图1.2（10页）
破坏前的应变增加； 脆性塑性，出现硬化现象； 变形模量和泊松比有一定程度提高。
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（二）动载荷下岩石变形特征 * 动荷载
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第1章 岩石的性质及其工程分级
1.1 概 述 1.2 岩石的物理性质 1.3 岩石的力学性质 1.4 岩石的工程分级
习题
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1.1 概述
（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。 “两相”、“三相”。“最复杂的材料之一”
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（一）静荷载下岩石的强度特征
单向抗压强度RC、单向抗剪强度τ、单向抗拉
强度Rt之间有下列关系：
Rt 1 ~ 1 RC 5 38
1~ 1
RC 2 15
Rt RC
3
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井巷工程重点(标准)
井巷工程重点第一章岩石的性质及其工程分级1、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V之比(常以百分数表示)，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。
2、软化系数：是指水饱和岩石试件的单向抗压强度与干燥岩石试件单向抗压强度之比。
3、静荷载条件下岩石的变形特征：⑴应力应变曲线I—OA阶段裂隙压密闭合阶段Ⅱ—AB阶段线弹性阶段Ⅲ—BC段破裂发展阶段Ⅳ一CD，软化阶段⑵体积应变岩石手单向压缩时，始终伴随着体积的变化，其一般规律是在弹性阶段体积变小和塑性阶段体积增大的特点、转折点在附近。
⑶三种破坏形式脆性破坏、塑性破坏、过度状态4、岩石的可钻性：表示钻头在岩石上钻眼的难易程度。
岩石的可爆性：表示爆破岩石的难易程度。
5、岩石的硬度：是指岩石抵抗其他较硬物体侵入的能力。
6、坚固性系数：表示岩石破坏的相对难易程度。
7、岩心质量指标：即钻探时将钻孔中直接获取的岩心的总长度，扣除破碎岩心和软弱夹泥的长度，再与钻孔总进尺相比。
8、解释岩石、岩体和岩块三者的特点和力学性质的差异。
（见课本第1页）第二章钻眼爆破1、气腿凿岩机的工作系统包括冲击机构、转钎机构、排粉机构、润滑系统。
2、气腿凿岩机配气系统的工作原理。
（包括冲程运动和回程运动，见课本第17-19页）3、爆炸三要素：（1）．放出大量热；（2）．生成大量气体；（3）．反应过程必须高速进行4、氧平衡：就是用来表示炸药内含氧量与充分氧化可燃元素所需氧量之间的比例关系。
炸药氧平衡有三种形态：正氧平衡、零氧平衡、负氧平衡。
5、爆速的影响因素有：（1）药卷直径；（2）装药密度；（3）装药外壳；（4）炸药粒度；（5）起爆冲能6、炸药的猛度：炸药爆炸瞬间爆轰波和爆轰产物对邻近的局部固体介质的破碎能力，表征炸药的动作用。
爆力：炸药爆力是指爆生气体在高温下膨胀作功破坏周围介质的能力。
7、殉爆距离：装有雷管的主动药包爆炸时，能使相隔一定距离的另一同种药包百分百发生爆炸的最大距离。
第一章.岩石的性质及其工程分级
• 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、同一中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/RC=5/1～1/38 • T/Rc=1/2～1/15 • T=﹙〈Rt-Rc〉/3﹚-2
岩石按坚固性分级一览表
• 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。 •
• • • • • • • • • •
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？
• 〈2〉岩石的透水性 • 岩石的透水性的大小与地下水头有关，与 岩体内的应力有关，与岩石的孔隙度、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 中掘进时要编制防治水措施，并严格执行。
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二、岩石的孔隙性
指岩石的裂隙和孔隙发育的程度，用孔隙度n和孔隙比e来表示。
nV
Vc V
1
c d w
100%
e V Vc d w 1
Vc
c
随着随感孔隙度增大，一方面消弱了岩石的整体稳定性，使 其密度和强度降低，透水性增大；另一方面会增加风化速度。 进一性、溶蚀性、软化性、
性能；后者是指浸水后发生解体的现象。
5、软化性
软化系数c
水饱和岩石试件的单向 抗压强度Rcw 干燥岩石试件的单向抗 压强度Rc
1
14
四、岩石的碎胀性
岩石的碎胀系数K＝
岩石破碎膨胀后的体积 V1 岩石处于完整状态时的 体积V
岩石名称 碎胀系数 k
砂、砾岩 砂质粘土 中硬岩石 坚硬岩石
煤
1.05~1.2 1.2~1.25 1.3~1.5 1.5~2.5 < 1.2
表土：指覆盖在地壳上部的第四纪沉积物如黄土、粘土、流 砂、淤泥、砾石等。
基岩：表土以下固结性岩石的统称。 煤系地层中最常遇到的是各种沉积岩，如砂岩，页岩等。
岩块（Rock）性质：
强度：抗压强度、抗拉强度、剪切强度等； 变形：弹性模量、泊松比； 矿物：矿物成分、颗粒大小、结构等； 物理性质：密度、水理性、孔隙性等。
岩块：从地壳岩层中切取出来的 小块体，通常是指岩石材料。
岩体：指岩石工程周围较大范围 内的自然地质体 。
岩体＝岩块（岩石材料）＋ 弱面（层理、节理、断层）
岩石材料的性质对岩体性质影响很小，而弱面控制着岩体的性 质。例如：岩体压缩时，破坏是沿着已存在的弱面发生的；在 拉伸时，由于弱面的存在，强度很小。
连续的
Continuous
均质的
Homogeneous
各向同性的 Isotropic
线弹性的 Lineraly Elastic
岩体的特性（具有尺度效应）
不连续的 Discontinuous
非均质的 Inhomogeneous
各向异性的 Anisotropic
非线弹性的 Non-Lineraly Elastic
弱面(Discontinuities)性质
弱面包括层理、节理、断层等。 性质包括：剪切强度、方位、距离、硬度 、张开度、充填性、风化性、粗糙性等
岩石材料的性质对岩体性质影响很小，而弱面控制着岩体的性质
例如：岩体压缩时，破坏是沿着已存在的弱面发生的； 在拉伸时，由于弱面的存在，强度很小。
中国矿业大学能源学院
单轴试验系统照片
1—主机；2—数据采集系统；3—液压 控制系统
真三轴试验系统照片
压缩
剪切
拉伸 压缩试验破坏录像
2.岩石在三轴压缩条件下的力学性质
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首先，破坏前岩石的应变随围压增大而增加；另外，随围压增大，岩石 的塑性也不断增大，且由脆性逐渐转化为延性。围压增加时，试件承载力则 随围压稳定增长，出现所谓应变硬化现象。
C.H.I.L.E. D.I.A.N.E.
第二节 岩石物理性质
一、岩石的相对密度与密度
1、相对密度（比重）：取决于 比重＝ 绝对干燥时体积为 Vc的岩石重量 G
组成岩石的矿物的相对密度。
岩石固体实体积 Vc 水的密度 w
2、密度（容重）（kN/m3）。 分为干密度和湿密度。
c
G V
G1
V
3、说明：岩石由固体、空气和水组成；干湿密度的区分对粘土类矿物 意义重大。取决于矿物成分、孔隙度和含水量。与埋深也有关
岩石样品渗透性的确定对实际问题的意义，例如：将水、油或 气泵入多孔的岩层中，或从其中抽出来；在多孔岩层中处理卤 水废物；为了能量转换而在地下洞穴中贮存液体；评价水库的 不透水性；排除深处洞室的海水，或预估流入隧洞的水量等。
3、溶蚀性：由于水化学作用而把岩石中某些物质带走的现象。
4、膨胀性和崩解性：前者是指岩石浸水后体积增大和压力增大的
2
第一章 岩石的性质及工程分类
井巷施工技术的最基本工作就是破岩与维护。因此，在 这一章主要讲述岩石的一些基本性质，为破岩与维护的 基础知识；另外，围岩的工程分级一直是工程设计的基 本依据之一。
本章的重点是围岩分级。
第一节 概述
Rock mechanics is the theoretical and applied science of the mechanical behaviour of rock and rock masses; it is that branch of mechanics concerned with the response of rock of their physical environment.
意义：采场管理、提升运输、充填效果、围岩压力等。
第三节 岩石力学性质
岩石力学性质。分为变形和强度性质。 变形性质体现尺寸效应；强度性质表现抵抗外力破坏的
能力。 研究力学主要研究岩石的变形、破坏和强度等性质。
1. 岩石的单轴压缩全应力—应变曲线
裂隙闭合阶段、线弹性阶段、塑性阶段、软化阶段 扩容；脆性和塑性岩石，6种应力应变曲线、目的是为了破岩。
膨胀性和崩解性）
1、吸水率
吸水率＝岩石试件在大 试气 件压 烘力 干下 质量吸G入水的质量g
岩石吸水率大小取决于岩石中的孔隙、裂隙数量和大小、开裂程度
及其分布情况，并且与试验条件有关。时间和尺寸均有影响。
2、透水性：岩石能被水透过的性能。与地下水水头、岩体应力、孔 隙度、孔隙大小及其连通程度有关。
岩石力学是研究岩石的力学性状的一门理论和应用科学，它是力 学的一个分支，是探讨岩石对其周围物理环境中力场的反应。
US National Committee on Rock Mechanics, 1964
第一节 概述
岩石：是由一种或多种矿物组成的。每种矿物都有一定的内部结构 和固定的化学成份，因而各具有一定的物理性质和形态。
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岩体和一般建筑材料的比较
钢筋混凝土结构的设计，工程师首先计算外荷裁，然后根据 所要求的强度选择材料（采取措施以保证其强度），同时相应地 确定出结构的几何尺寸。
在岩体结构中，作用荷载往往难于确定。此外，由于地下洞 室一类的岩体结构有许多可能的破坏模式，材料“强度”的确定 既需要量测，也需要判断。
常用建筑材料的特性