第01章 岩石的性质与分级-精品课件（PPT）

岩石的空隙比按下式计算岩石名称空隙比板岩石灰岩砂岩页岩表煤矿中常见岩石的空隙比岩石的物理性质四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。

两种状态下的体积比称为碎胀系数，用来表示。

岩石的碎胀系数按下式计算”式中岩石的碎胀系数”破碎膨胀后的堆积体积，。

碎胀系数与岩石的物理性质破碎后块度的大小及其排列状态等因素有关。

岩石破碎后，在其自重和外加载荷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原始体积之比，称为残余碎胀系数。

残余碎胀系数反映破碎岩石被压实的程度，它与岩石本身的物理力学性质外加载荷大小及破碎后经历的时间长短有关。

煤矿中常见岩石约碎胀系数和残余碎胀系数见表。

表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粘土碎煤泥质页岩砂质页岩硬砂岩岩石的物理性质五岩石与水有关的性质岩石的水胀性和水解性水胀性和水解性主要是松软岩石所表现的特征。

岩石的水胀性是指软岩遇水而膨胀的性质，常以试件浸入水中后，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，将试样浸入水中，崩解后剩余的试样质量与原始质量之比可作为水解性指数。

二岩石的软化性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式中岩石的软化系数吸水饱和状态下岩石试件的单向抗压强度岩石试件在干燥状态下的单向抗压强度，。

岩石浸水后的软化程度，与岩石中亲变化过程中的两个阶段。

岩石的弹性和塑性岩石的弹性是指在外力作用下产生变形，当取消外力后，能完全恢复到原形状的性质。

这种完全能恢复的变形，称为弹性变形。

弹性变形是可逆的。

岩石在弹性变形范围内，其应力与应变ε的比值是个常数，这个比值称为岩石的弹性模量，即ε弹性模量且是衡量岩石抵抗变形能力的个指标，其值越大，则岩石越不易变形。

岩石的塑性是指在外力作用下产生的变形，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，称为塑性变形。

塑性变形具有不可逆性。

岩石与般固体材料不同，它的弹性变形和塑性变形往往是同时出现的。

例如，岩石在弹性变形阶段就已伴随或多或少的塑性变形，甚至在刚开始出现弹性变形的时刻，便出现了塑性变形。

因此，岩石是兼有弹性和塑性的材料。

岩石的力学特征岩石的变形特性二岩石的流变性质岩石的变形特性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瞬间完成，它与时间因素有密切关系。

岩石的流变就是指岩石的应力应变随时间因素而变化的特性。

岩石的流变性质表现在以下几个方面蠕变。

在恒定载荷持续作用下，应变随时间变化而增长的现象称蠕变。

蠕变有两种情况是当岩石应力较小时，经过定时间，应变能稳定下来，不再增加，称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，直至岩石破碎，称不稳定蠕变。

其间的临界应力即为岩石长期稳定的必要条件。

井下些含有粘土矿物的岩石，蠕变相当突出，如位于些软岩中的巷道，可以经过几天甚至几小时以后，就使巷道断面缩小到难以通行的程度。

后效弹性变形。

岩石在弹性变形阶段，卸载以后，有部分变形立刻恢复，还有部分变形不能立刻恢复，但是经过定时间仍能完全恢复。

这部分变形，不是塑性变形，这种现象称为后效弹性变形。

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，很少超过。

尽管如此，后效弹性变形在井下工程中仍有重要意义。

松弛。

在应变保持定的条件下，应力将随时间而逐渐减小的现象称为松弛。

研究岩石变形的松弛性质可以更合理地选择井下支护形式。

岩石的力学特征二岩石的强度特性在载荷的作用下岩石变形，达到定程度就会破坏。

岩石发生破坏时所能承受的最大载荷叫极限载荷，用单位面积表示则称为极限强度。

对巷道面言，如围岩强度小于所受应力，则围岩要破坏，可能发生冒顶片帮和底鼓等现象如围岩强度大于所受应力，则巷道可不支护而长期稳定。

影响岩石强度的因素很多，如岩石性质岩石本身矿物成分颗粒大小及胶结物的种类不同岩石的构造特征试件的几何尺寸岩石所处的物理状态加载速率和岩石的受力状态等。

岩石的抗压强度岩石试件在压缩时所能承受的最大压应力值，称为岩石的抗压强度。

它是目前井下采掘工程中使用最广泛的岩石力学特性参数。

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，称为岩石的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或称最大的主应力，称为岩石的三向抗压强度。

通常，岩石中含高强度的矿物多矿物颗粒间的联接力大空隙度小，则岩石抗压强度大反之，岩石抗压强度小。

此外，在定变化范围内，试件尺寸越小，加载速度越大，则抗压强度越大。

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为岩石的抗拉强度。

岩石的抗拉强度，主要受其内部因素的影响，如果组成岩石的矿物强度高颗粒之间的联接力强且空隙不发育，则其抗拉强度高。

三岩石的抗剪强度岩石的抗剪强度是指岩石抵抗剪切作用的能力，它也是反映岩石力学性质的主要参数之。

岩石的力学特征煤矿中常见岩石的单向抗压强度抗拉强度和抗剪强度见表。

岩石的力学特征四岩石各种强度之间的关系岩石受力状态不同，其极限强度亦不同。

实验研究可知，岩石在不同应力状态下的各种强度值，般符合下列顺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抗剪强度抗拉强度。

此外，实验证明，各种强度值有以下数量关系抗拉强度单向抗压强度抗剪强度单向抗压强度针对岩石强度的特点，在破岩时应使岩石单向或双向受力处于拉伸或剪切的状态，在井巷维护时应使岩石处于受压状态。

岩石的力学特征四岩石各种强度之间的关系岩石受力状态不同，其极限强度亦不同。

实验研究可知，岩石在不同应力状态下的各种强度值，般符合下列顺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抗剪强度抗拉强度。

此外，实验证明，各种强度值有以下数量关系抗拉强度单向抗压强度抗剪强度单向抗压强度针对岩石强度的特点，在破岩时应使岩石单向或双向受力处于拉伸或剪切的状态，在井巷维护时应使岩石处于受压状态。

授课人沈国桂副教授井巷工程的重要性井巷工程的要求本课程的主要内容绪论授课时间安排周次授课时数章节和内容摘要第章岩石的性质与分级第二章井巷地压第三章钻眼机具第四章爆破材料与爆破原理第五章巷道断面设计第六章矿用工程材料第七章巷道掘进爆破技术第八章掘进通风和防尘第九章装岩与调车第十章巷道支护第十章巷道施工组织与管理第十二章采区巷道和采区煤仓施工第十三章硐室及交岔点第十四章特殊条件下的巷道施工第十五章立井施工第十六章立井井筒延深复习考试机动第章岩石的性质与分级岩石的物理性质岩石的力学特征岩石分级和围岩分类破碎岩石和防止岩石破碎就成为井巷工程中要解决的对主要矛盾。

首先应了解岩石的性质，制订出科学的岩石分级和围岩分类方法，以此作为选择破岩和井巷维护方法的依据。

岩石的物理性质岩石的物理性质概述岩体的组成从煤矿采掘角度来看，岩体包括以下三部分岩石地下水瓦斯岩石的物理性质岩石岩石是指颗粒间牢固联结呈整体或具有节理裂隙，并由各种造岩矿物颗粒组成的集合体。

岩石是组成整体地壳的自然材料而非经搬运后的块巨石。

矿物是组成岩石的细胞，它是地壳中具有定化学成分和物理性质的自然元素或化合物。

岩石的特性，很大程度上取决于它的矿物成分。

组成岩石的矿物称为造岩矿物，分原生矿物和次生矿物两大类，常见的主要造岩矿物仅多种。

岩石的物理性质地下水地下水充填于岩石的孔隙层理节理裂隙断层甚至溶洞之中。

地下水可使岩质软化，强度降低，不仅对井巷工程的设计方案施工方法与工期工程投资以及工程长期使用，有着密切的关系，而且若对地下水处理不当，还可能产生不良影响，甚至发生工程事故。

在地下水中进行井巷工程施工时必须采取排水措施。

岩石的物理性质瓦斯瓦斯是指从井下煤体和围岩中涌出以及生产过程中产生的各种有害气体的总称。

在煤系地层中，瓦斯主要是指沼气，瓦斯易积聚于巷道顶部，易扩散，渗透性强，它产生于煤层而又扩散到附近岩体的裂隙或孔洞中。

瓦斯爆炸是煤矿主要灾害之，国内外已有不少由于瓦斯爆炸造员伤亡和严重破坏的惨痛教训。

所以，必须很好地掌握瓦斯爆炸的发生发展规律及其预防措施，杜绝此类事故，确保安全生产。

岩石的物理性质二岩石的生成及结构构造岩石的生成岩石按其生成原因不同，可分为岩浆岩沉积岩和变质岩三大类。

煤系地层多属沉积岩，只有局部地段才有岩浆岩的侵入。

常见的沉积岩有角砾岩砾岩砂岩泥岩页岩和石灰岩等。

沉积岩是由沉积物经过压紧胶结等作用而形成的岩石，是种经过系列地质作用的产物。

建井工程中常把上述这些固结性岩石，统称为基岩把覆盖在基岩上的松散性沉积物称为表土，如黄土粘土砂砾等。

自然界长期暴露在地表的多种岩石，由于受到各种物理化学风化和剥蚀等破坏作用，成为碎石细砂泥土及溶解于水的物质。

这些风化剥蚀的产物，被流水或风搬运到海洋湖泊及地表其他低洼地带沉积下来，称为沉积物。

随着地壳不断地沉降，沉积物由下而上，逐层逐层地堆积起来而不断增厚，经过压实脱水胶结等固结成岩作用，松散的沉积物就形成了坚硬的沉积岩。

沉积岩是煤矿井下最常见的岩石，煤层本身就是由植物遗体转变而成的沉积岩。

煤层的顶板和底板多是由沉积岩组成的，煤矿的井巷工程绝大多数都布置在沉积岩中。

因此，沉积岩与煤矿顶板管理关系极为密切。

岩石的物理性质二岩石的生成及结构构造岩石的结构和构造岩石的结构。

岩石的结构是指决定岩石组织的各种特征的总合，即岩石中矿物颗粒的结晶程度，矿物或岩石碎屑颗粒的形状和大小，颗粒之间相互连结的状况，以及胶结物的胶结类型等特征。

对于煤矿中常见的碎屑沉积岩来说，根据岩石结构可分为以下几种砾状结构指粒径大于的岩石碎屑胶结而成的碎屑结构类型，如砾岩砂质结构指粒径变化在之间的碎屑结构类型，如砂岩粉砂质结构指粒径变化在之间的碎屑结构类型，如粉砂岩页岩等泥质结构指粒径小于的碎屑结构类型，如泥岩粘土岩等。

岩石的构造。

岩石的构造是指岩石中矿物颗粒集合体之间，以及它与其他组