岩石性质与工程分级.

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，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。第一章岩石的性质与工程分级1.1岩石与岩体1.1.1岩石：是由一种或多种矿物组成的。岩石按其成因不同，可将岩石分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。各类岩石。按其矿物组成及结构、构造不同，又可细别为若干种。其中每一种岩石都含有某一种或某几种固定的基本矿物成分，并具有各自的结构、构造特征，也各有其比较稳定的物理力学性。1.1.2岩体：则是一定工程范围内的自然地质体。其包含的各种岩石，在整个地质历史过程中，经受了各种地质作用，保留了各种各样的永久变形和地质构造遗迹。如褶皱、断裂、节理、劈理、隐微裂隙、层理、假整合、不整合等，形成了各种各样的所谓“结构面”。岩体中还包含地下水、瓦斯。岩体就是岩石本体和这些结构面的统一体。因此，岩体一般是不连续体。其物理力学性质相对岩石来说不稳定。称为各向异性。1.2岩石的物理性质岩石的物理力学性质与井巷掘进中爆破工作的关系十分密切。密度：是指单位体积的致密岩石（除去孔隙）的质量。也称比重。Vmρ：岩石的密度，g/cm3；m：岩石在干燥状态下的质量，g；V：岩石密实状态的体积cm3；表观密度：是指单位体积内天然岩石（包括孔隙）的质量。也称容重。00Vmρo：岩石的表观密度，g/cm3；m：岩石在干燥状态下的质量，g；Vo：岩石自然状态的体积cm3；孔隙比：是指岩石中孔隙的体积与岩石体积之比，常用百分比来表示。%100)1(%100)1(%1000000VVVVVPP：岩石的孔隙比；ρ、ρo：岩石的密度、（表观）密度；V、Vo：岩石干燥、（自然）状态的体积；碎胀性：岩石破碎后，其体积会比破碎前增大，这个性质叫碎胀性。α：岩石的碎胀系数；V″：岩石破碎膨胀后的体积，cm3；Vo：岩石自然状态的体积cm3。压实性：岩石破碎后，在自重和荷载作用下，体积随之减小。0''VV岩石的水胀性和水解性。岩石的软化性。gbRRRKKR：岩石的软化系数；Rb：饱和水状态下岩石的单向抗压强度，MP；Rg：干燥状态下岩石的单向抗压强度，MP。硬度：是指岩石抵抗工具侵入的能力。硬度愈大的岩石凿岩愈困难。值得注意的是：某些硬度大的岩石，往往比较脆，因而也就易于爆破。耐磨性：是岩石表面抵抗磨损的能力。用磨损率表示。AmmN21N：岩石的耐磨率，g/cm2；m1、m2：岩石磨损前、后的质量，g；A：岩石试件受磨面积，cm2。韧性：是岩石抵抗冲击工具侵入的能力，故有人又叫它做动力硬度。吸水率：岩石在大气压力下吸入水的重量。岩石的透水性。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，是岩石物理力学性质在钻眼或爆破的具体条件下的综合反映。岩石的可钻性和可爆性，常用工艺性指标来表示。例如：可以采用钻速、钻每米炮眼所需要时间、钻头进尺(钎头在变钝以前的进尺数)、钻每米炮眼磨钝的钎头数或破碎单位体积岩也消耗的能量等来表示岩石的可钻件；可以来用爆破单位体积岩石所消耗的炸药、爆破单位体积岩石所需炮眼长度或单位重量炸药的爆破量、每米炮眼的爆破量等来表示岩石的可爆性。1.3岩石的力学特征1.3.1岩石的变形特征1.3.1.1岩石的弹性和塑性岩石的弹性：弹性模量：岩石的塑性：岩石属于弹塑性材料。E1.3.1.2岩石的流变性质：1、蠕变在恒定荷载持续作用下，应变随时间变化而增长的现象称为蠕变。2、弹性后效岩石在弹性变形阶段，卸载后，一部分变形能立刻恢复，另一部分变形需经过一段时间才能恢复，后恢复的现象称为弹性后效。3、松弛在应变保持在一定的条件下，应力随时间而逐渐减小的现象称为松弛。1.3.2岩石的强度特征岩石的强度是指岩石在受到不同应力作用，完整性开始被破坏时的极限应力值。岩石的强度与岩石性质、应力状态、加载速率等有关。在材料力学中用强度来表示各类材料抵抗拉伸、压缩（单向、双向、三向）、剪切等荷载作用力的能力。强度用（kg/cm2）、（N/mm2）、P、MP表示。1.3.2.1岩石的单轴抗压强度σC端部效应破坏形态APc1.3.2.2岩石的单轴抗拉强度σt1、直接拉伸试验APt2、间接拉伸试验圆饼试件：tdPt2A劈裂法（巴西试验法）方形试件：ahPt2式中：P—破坏时的荷载，N;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τf1、剪切面上无压应力的剪切试验APAT试件尺寸：直径或边长不小于50mm，高度应等于直径或边长。2、剪切面上有压应力的剪切试验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：N=PcosαQ=Psinα剪切面上的法向应力σ和剪应力τ为：cosAPANsinAPAQ1.3.2.4岩石的三向抗压强度σ1c岩石在三轴压缩下的极限应力σ1c为三轴抗压强度，它随围压增大而升高。1.3.2.5岩石各种强度之间的关系：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。所以，可以简单地将岩石的强度特征归结为一句话：岩石怕拉不怕压。在破碎岩石时，利用岩石抗拉强度小的特点；在利用岩石时，利用岩石抗压强度大的特点。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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。这种分类在矿山中采用。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？2.岩石的强度、变形特征？3.岩石的工程分级有几种？