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第一章导学思考题1.什么是井巷工程？井巷工程的施工方法与基本过程是什么？答：为采矿或其他目的在地下开掘的井筒、巷道和硐室等工程，总称为井巷工程。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。2.在井巷开挖与支护中如何利用岩石的强度特性，以达到较好的破岩与支护效果？答：在大量岩石强度试验基础上，根据不同的破坏机理、归纳和分析描述，人们建立了多种强度准则。强度准则对于分析岩石的破裂与稳定具有重要意义。主要有：（1）静荷载下岩石的强度性质；按外力性质不同，可将岩石强度分为抗压强度、抗拉强度和抗剪强度等。（2）动荷载下的岩石强度性质：（3）非连续岩石的强度特性；（4）莫尔强度理论；（5）格里菲斯岩石强度理论。3.为什么要对岩石进行分类？答：岩石分类的总的目的是，能对岩石这种复杂的材料，给出具有代表性的、单一的性质参数，以满足科学研究和工程设计与施工的需要。在井巷工程中，岩石分类表对于解决地下工程支护设计问题，合理地选用施工方法、施工设备、机具和器材，以及准确地制定生产定额和材料消耗定额等工作必不可少。复习思考题1.什么是岩石、岩块、岩体和围岩？它们的区别与联系是什么？答：岩石由一种或多种矿物组成，其内部还存在有一定孔隙或其他缺陷，孔隙含水或气或者同时含水和气。岩块是指从地壳岩层中切取出来的小块体，主要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;岩石则是不分岩块和岩体的泛称;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。2.表示岩石物理性质的主要指标有哪些？答：与井巷工程相关的岩石物理性质主要有相对密度、密度、孔隙性、水理性及碎胀性等。3.简述岩石在单轴压缩条件下的变形特点。答：在外力作用下岩石产生变形的规律，可以用刚性实验机上得到的岩石的应力——应变关系来说明。如图所示：Ⅰ—OA段，应力—应变曲线呈凹型，岩石中原有裂隙和孔隙受压后逐渐闭合，岩石体积被压缩，称为压密闭合阶段。Ⅱ—AC段，岩石体积继续压缩，应力—应变曲线呈直线型，即曲线的斜率近似为常数，称为线弹性阶段。Ⅲ—CD段，应力—应变曲线呈凸型，曲线斜率逐渐减小，岩石内局部破损逐渐增大而导致岩石达到强度极限D点，称为变形屈服阶段。此阶段岩石内开始发展破裂，因此也称破裂发展阶段，可以看到岩石体积开始转为膨胀趋势。如果在CD段卸载，会出现塑性滞环，变形不能完全恢复。Ⅳ—D后段，此阶段为应力—应变曲线的软化阶段。达到D点时岩石发生破坏，体积快速增长，岩石抵抗荷载能力很快下降，最后达到并保持一定的强度。此阶段最后保持的强度称为残余强度，这说明岩石在达到极限强度以后，仍然存在着承载能力。4．在单轴、二轴和三轴压缩条件下，岩石的力学性质会发生哪些变化？答：按外力性质不同，可将岩石强度分为抗压强度、抗拉强度和抗剪强度等。在不同受力状态下，岩石的极限强度相差悬殊。实验表明，岩石在不同应力状态下的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单向抗剪强度单向抗弯强度单向抗拉强度。5．在动荷载下，岩石的力学性质有哪些变化？答：岩石在动荷载作用下的强度与加载速度有关。冲击荷载强度大于静荷载强度。巷道开挖破岩时，岩石承受的外力都不是静载荷，而是一种动载荷，它是时间的函数。岩石在动荷载作用下，无论是抗压强度还是抗拉强度都比静荷载作用下要大。值得注意的是，在分析岩石稳定性时，一般用岩石的静荷载强度;在分析开挖问题时，一般用岩石的动荷载强度。6．非连续面对于岩石的强度有什么影响？答：当岩石内存在非连续面时，岩石的强度将受到加载方向与非连续面相互关系的影响，当岩石的非连续面与加载方向成30°时，岩石强度最低;而非连续面与加载方向正交或平行时得到的强度最高。所以，层理或节理发育的岩石，支护和破岩难度会有很大不同。7．如何得到岩石的坚固性系数f，什么是RQD分级法？答：岩石在各种外载作用下，其破坏的难易程度相似或趋于一致，因此建议用“坚固性系数”作为分类指标，来表示岩石破坏的难易程度。岩石坚固性系数用f表示，其值可用岩石的单向抗压强度(MPa)除以10(MPa)求得，即：10cRf。RQD即“岩心质量指标”。RQD是一修正的岩心取出率，仅考虑长度大于100mm的完整岩心。8.根据围岩松动圈的大小，围岩可划分为几类？这种分级法有何优点？答：稳定围岩、较稳定围岩、一般围岩、一般不稳定围岩、不稳定围岩、极不稳定围岩。松动圈岩石分类方法本身与岩性不直接相关，但是对于具体井巷工程，当分类水平一定，即地应力一定时，就可以与岩性联系起来，建立该水平不同岩性的分类表。分类中，如果将采动与非采动、矩(梯)形与拱形巷道区分开来，在相似的同类巷道中类推，可以消除诸如断面形状、采动等因素的影响，使分类更为明确可靠。9．常用的井巷工程建筑材料有哪些？其适用条件是什么？答：巷道支护中使用的材料，主要有木材、竹材、金属材料、石材、水泥、混凝土、钢筋混凝土和砂浆等，其中水泥是广泛使用的胶凝材料。在常用的水泥品种中，硅酸盐水泥强度等级较高，常用于重要结构中的高强度混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土工程。硅酸盐水泥凝结硬化速度较快，适用于要求早期强度高、凝结速度快的工程，地下工程中的喷浆及喷射混凝土支护等均可采用。10.什么是混凝土的配合比、水灰比及坍落度？答：混凝土配合比是指混凝土各组成材料间的数量(质量)比例关系。水灰比是指水与水泥之间的比例关系。坍落度法是把调配好的混凝土拌和物分层装入标准圆锥筒内，将表面刮平，垂直提取圆锥筒后，拌和物将产生一定程度的坍落，量出坍落的高度，即为坍落度。11.混凝土的强度是用什么符号表示的？答：根据混凝土立方体抗压强度标准值将混凝土划分为不同强度等级。混凝土强度等级用符号C和立方体抗压强度标准值(以MPa为单位)表示，分为C7.5，C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75及C80共16个强度等级。12．矿工钢U29代表什么含义？答：含义为：矿用U型钢支架，29代表每米的重量是29千克。第二章导前思考题1.巷道的净断面应满足哪些要求？答：巷道净断面必须满足行人、运输、通风和安全设施及设备安装、检修、施工的需要。因此，巷道断面尺寸主要取决于巷道的用途，存放或通过它的机械、器材或运输设备的数量与规格，人行道宽度与各种安全间隙以及通过巷道的风量等。2.巷道的净断面、设计掘进断面和计算掘进断面有何区别？答：巷道净断面是指巷道支架内的面积。若巷道不进行支护并只有临时简易轨道，则巷道净断面与掘进断面相等，它由净高度与净宽度决定。巷道的净尺寸加上支护和道床参数后，便可获得巷道的设计掘进尺寸，为巷道的设计掘进断面积。巷道设计掘进断面尺寸加上允许的掘进超挖误差值δ（75mm），即为巷道计算掘进断面尺寸。3.巷道断面设计的内容和步骤是怎样的？答：1、选择巷道断面形状。2、确定巷道净断面尺寸。（1）确定巷道净宽度B（2）确定巷道拱高0h（3）确定巷道壁高3h（4）确定巷道净断面积S和净周长P（5）用风速校核巷道净断面积（6）选择支护参数（7）选择道床参数（8）确定巷道掘进断面尺寸。3、布置巷道内水沟和管缆。4、计算巷道掘进工程量及材料消耗量。5、绘制巷道断面施工图、编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表。复习思考题1.简述巷道断面设计的原则和步骤。答：巷道断面设计的原则是在满足安全、生产和施工要求的条件下，力求提高断面利用率，以取得最佳的经济效果。巷道断面设计的步骤：1、选择巷道断面形状。2、确定巷道净断面尺寸。（1）确定巷道净宽度B（2）确定巷道拱高0h（3）确定巷道壁高3h（4）确定巷道净断面积S和净周长P（5）用风速校核巷道净断面积（6）选择支护参数（7）选择道床参数（8）确定巷道掘进断面尺寸3、布置巷道内水沟和管缆。4、计算巷道掘进工程量及材料消耗量。5、绘制巷道断面施工图、编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表。2.巷道断面形状有哪几类？选择断面形状的依据是什么？答：我国煤矿井下使用的巷道断面形状，按其构成的轮廓线可分为折线形和曲线形两大类。前者如矩形、梯形、不规则形，后者如半圆拱形、圆弧拱形、三心拱形、马蹄形、椭圆形和圆形。巷道断面形状的选择，主要应考虑巷道所处的位置及穿过的围岩性质、作用在巷道上的地压大小和方向、巷道的用途及其服务年限、选用的支架材料和支护方式、巷道的掘进方法和采用的掘进设备等因素，也可以参考邻近矿井同类巷道的断面形状及其维护情况等。3.巷道断面尺寸应满足哪些要求？答：巷道净断面必须满足行人、运输、通风和安全设施及设备安装、检修、施工的需要。因此，巷道断面尺寸主要取决于巷道的用途，存放或通过它的机械、器材或运输设备的数量与规格，人行道宽度与各种安全间隙以及通过巷道的风量等。4.《煤矿安全规程》对巷道的净宽和净高有哪些明确规定？答：巷道的净宽度，是指巷道两侧内壁或锚杆露出长度终端之间的水平距离。对于梯形巷道，当其内通行矿车、电机车时，净宽度是指车辆顶面水平的巷道宽度、当巷道内不通行运输设备时，净宽度是指自底板起1e6m水平的巷道宽度。另外，巷道的净宽度必须满足从道碴面起1.6m的高度内，留有宽度不小于0.8m的人行道，否则应重新设计。《煤矿安全规程》第二十一条规定，主要运输巷道和主要风巷的净高，自轨面起不得低于2m；架线电机车运输巷道的净高必须符合架空线的悬挂高度，自轨面算起在行人的巷道内、车场内以及人行道与运输巷道交叉的地方不得小于2m；在不行人的巷道内不得小于1.9m；在井底车场内，从井底到乘车场不小于2.2m。电机车架空线和巷道顶或顶梁之间的距离不得小于0.2m。对于采区(盘区)内的上山、下山和平巷的净高不得低于2m，薄煤层内的不得低于1.8m。5.拱形巷道的壁高受哪些因素的制约？答：拱形巷道的壁高3h是指自巷道底板至拱基线的垂直距离。为了满足行人安全、运输通畅以及安装和检修设备、管缆的需要，拱形巷道的壁高3h,设计要求按架线电机车导电弓顶端与巷道拱壁间最小安全间隙要求、按管道的装设高度要求、按人行高度要求、按1.6m高度人行宽度要求以及按设备上缘至拱壁最小安全间隙要求等5种情况，对于架线电机车运输的巷道，一般按其中架线电机车导电弓子和管道装设高度要求计算即能满足设计要求;其他如矿车运输、仅铺设输送机或无运输设备的巷道，一般只按行人高度要求计算即可满足设计要求，但在人行道范围内((1.8m以下)，不得架设管、线和电缆。6.在确定巷道净断面规格时，为什么必须验算风速？答：巷道通过的风量是根据对整个矿井生产通风网络求解得到的。当通过该巷道的风量确定后，断面越小，风速越大。风速过大，不仅会扬起煤尘，影响工人身体健康和工作效率，而且易引起煤尘爆炸事故。为此，必须验算风速。7.净断面、设计掘进断面和计算掘进断面有何区别？巷道超挖和欠挖的后果是什么？答：巷道净断面是指巷道支架内的面积。若巷道不进行支护并只有临时简易轨道，则巷道净断面与掘进断面相等，它由净高度与净宽度决定。巷道的净尺寸加上支护和道床参数后，便可获得巷道的设计掘进尺寸，为巷道的设计掘进断面积。巷道设计掘进断面尺寸加上允许的掘进超挖误差值δ（75mm），即为巷道计算掘进断面尺寸。超挖后果：如果是回采巷道会造成后期回采的过程中超前支护浪费材料，同时支护效果不好，存在安全隐患。欠挖后果：可能在后期工作中在运输、行人还有支护上造成更大的麻烦，甚至有时候需要2次爆破进行修正，同样的浪费材料和人力。8.根据哪些因素可以选择水沟断面？对水沟的坡度、流速有何要求？答：采区巷道水沟的坡度应考虑巷道的用途、疏水、煤损和充填料含泥率等因素确定。采区输送机巷道