第一章.岩石的性质及其工程分级

• ﹙Ⅳ﹚稳定性较差岩层；
• ﹙Ⅴ﹚不稳定岩层。
•
• 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。
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。
• 〈4〉岩石的软化性：
•
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。软化系数是指水饱各各岩石
试件的单向抗压强度与干燥岩石试件单向抗压强之比。
•
n0=Rcw/Rc≤1
•
Pm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：
•
Pc=G/V
•
B、湿密度是指天然含水或饱水状态下的密度：
•
P=G1/V
• 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？
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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
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。
第一章．岩石的性质及其工程 分级
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•
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、
• 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。
•
W=g/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。
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
• 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。
• 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：
•
K=V1/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：
•
在施工尤为注意。
• 〈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
•
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
• 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；
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。
•
d=G/VcPw
• 式中：d为相对密度
•
G为绝对于燥时体积为Vc的岩石质量（g）；
•
Vc为岩石固体实在体积（cm3）;
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
• 〈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。
•
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
•
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。
• Hale Waihona Puke Baidu、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炮眼长度或单位重
量炸药的爆破量、每来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、普氏分级法。即按岩石坚固性进行分级。坚固
性系数f表示
•
f=Rc/10
•
岩石的坚固性是表示岩石在各种采矿作业以及地