井巷施工最基本的過程是破、支問題：破就是破巖，把巖石從巖體上破碎下來，形成設(shè)計所要求的井巷空間；支就是支護，對開挖好的空間進行維護，防止圍巖繼續(xù)破碎或垮落。

       為了有效、合理地進行破巖和井巷維護，必須對巖石和巖體力學(xué)性質(zhì)進行了解，掌握巖石工程分級方法和圍巖分類特點，為井巷的設(shè)計、施工以及成本計算提供依據(jù)。

一、巖石的物理性質(zhì)：

       1、巖石的相對密度和密度：

    〈1〉相對密度：（比重）

       相對密度是指巖石固體實體積的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之比值。實體積指不包括孔隙體積在內(nèi)的實在體積。

               d=G/VcPw

式中：d為相對密度

        G為絕對干燥時體積為Vc的巖石質(zhì)量（g）；

        Vc為巖石固體實在體積（cm3）;

        Pw為水的的密度g/cm

       巖石的相對密度取決于組成巖石的礦物的相對密度。

〈2〉密度：

      密度：巖石單位體積的質(zhì)量為巖石的密度，又稱質(zhì)量密度。

      巖石的密度又分干、濕密度兩種：

       A、干密度是指單位體積巖石絕對干燥時的密度：

                   Pc=G/V

       B、濕密度是指天然含水或飽水狀態(tài)下的密度：

                   P=G1/V

       巖石密度取決于巖石的礦物萬分、孔隙度和含水量與埋藏深度有關(guān)，靠地表較小，深度較大。

    〈3〉重度：

      單位體積巖石所受的重力為重度，又為重力密度。

2、巖石的孔隙性：

       是指巖石的裂隙和孔隙發(fā)育的程度。

       隨著巖石的孔隙度增大，一方面削弱了巖石的整體性，使得巖石的密度隨之降低，透水性增大；另一方面由于孔隙的存在，又會加快風(fēng)化速度，從而進一步增大透水性和降低力學(xué)強度

3、巖石的水理性質(zhì)：

     〈1〉巖石的吸水率：

       巖石的吸水率是指巖石試件在大氣壓力下吸入水的質(zhì)量g與試件烘干質(zhì)量G之比值。

                  W=g/G

       巖石吸水率的大小取決于巖石所含孔隙、裂隙的數(shù)量和大小、開閉程度及其分布情況。

與巖性有關(guān)，沉積巖普遍較大。

       巖體吸水后會降低強度，會使巷道產(chǎn)生底鼓、開裂，加快巷道圍巖風(fēng)化速度。

       在施工期間尤為注意。

〈2〉巖石的透水性

       巖石的透水性的大小與地下水、巖體內(nèi)的應(yīng)力、巖石的孔隙度、孔隙大小及其連通情況有關(guān)。

不同巖石的透水性差別極大。

 〈3〉巖石的溶蝕性：

   由于水的化學(xué)作用而把巖石中某些組成物質(zhì)帶走的現(xiàn)象，稱為巖石的溶蝕。

    溶蝕現(xiàn)象在石灰?guī)r中常見。在礦井生產(chǎn)過程中，遇到灰?guī)r后常有溶洞或溶洞水，會對井下施工生產(chǎn)帶來水患，十分危險。因此，在石灰?guī)r中掘進時要做好防治水工作，并嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)防治水規(guī)定。（礦井在井巷施工時必須嚴(yán)格執(zhí)行“預(yù)測預(yù)報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的探放水原則，留設(shè)足夠的防水煤柱，防止透水、突水事故的發(fā)生。）

〈4〉巖石的軟化性：

巖石的軟化性是指巖石浸水后強度明顯降低的特征。

巖石浸水后其強度明顯降低，水分對巖石強度的影響程度用軟化系數(shù)表示。軟化系數(shù)是指水飽和各巖石試件的單向抗壓強度與干燥巖石試件單向抗壓強之比。

                   KR=Rb/Rg≤1

       巖石浸水后的軟化程度與巖石中親水性礦物質(zhì)和易溶性礦物質(zhì)的含量、孔隙發(fā)育情況、水的化學(xué)成分及巖石浸水時間的長短等因素有關(guān)。

       泥巖，泥質(zhì)膠結(jié)的巖石：如茅口灰?guī)r，小江灰?guī)r，高嶺土巖等巖層遇水后軟化程度很大，軟化后的巖層強度很低，自身抗壓強度差，增加礦壓對井巷的破壞程度。

       通常在茅口灰?guī)r，小江灰?guī)r，高嶺土巖等或泥質(zhì)膠結(jié)巖層中的井巷工程采取全封閉支護，避免圍巖遇水軟化，使巷道變形破壞。

〈5〉巖石的膨脹性和崩解性：

       膨脹性是指軟巖浸水后體積增大，并引起壓力增大的性能。

      崩解性是指軟巖浸水后發(fā)生的解體現(xiàn)象。

      巖石的膨脹性和崩解性對井下工程的施工和穩(wěn)定帶來不良影響。膨脹性使巷道斷面積變小，靜壓增加，壓壞支架，使支護失效。崩解性使圍巖穩(wěn)定變差，易產(chǎn)生垮冒。

4、巖石的碎脹性：

       是指巖石破碎后體積增大的性質(zhì)。用碎脹系數(shù)表示：

              K=V1/V

       巖石的碎脹系數(shù)與巖石的物質(zhì)性質(zhì)、破碎后塊度大小及其排列狀態(tài)等因素有關(guān)。

      利用其性質(zhì)設(shè)計充填采空區(qū)系數(shù)和在掘進組織中預(yù)訂裝載設(shè)備數(shù)量。

二、巖石的力學(xué)性質(zhì)：

1、巖石的強度特征：

      〈1〉靜荷載下巖石的強度性質(zhì)：

         A、在大多數(shù)情況下，巖石表現(xiàn)為脆性破壞。

         B、同一種巖石的強度并非常數(shù)。影響巖石強度的因素有：巖石的組成成分、顆粒大小、膠結(jié)情況、生成條件、層理構(gòu)造、孔隙度、溫度、濕度、重度、風(fēng)化程度、受力狀態(tài)和時間等。

        C、在不同受力狀態(tài)下，巖石的極限強度相差懸殊。

       其規(guī)律為：三向等壓抗壓強度＞三向不等壓抗壓強度＞雙向抗壓強度＞單向抗壓強度＞單向抗剪強度＞單向抗彎強度＞單向抗拉強度。

       單向抗壓強Rc；單向抗拉強度Rt；拉剪強度T之間的關(guān)系為：

           Rt/RC=5/1～1/38  

           T/Rc=1/2～1/15 

          T=﹙〈Rt-Rc〉/3﹚-2

〈2〉動荷載下的巖石強度性質(zhì)：

       巖石在動荷載作用下，其強度的增加與加載速度有關(guān)。

       巖石在沖擊荷載作用下，抗壓、抗拉強度都比靜荷載作用下要大。

2、巖石的硬度：

       巖石的硬度一般理解為巖石表面抵抗其他硬物體侵入的能力。

       有靜壓入硬度和回彈硬度兩類

       靜壓入硬度采用底面積為1～5mm2的園柱形平底壓模壓入巖石試件，以巖石產(chǎn)生脆性破環(huán)﹙對脆性巖石﹚或屈服時﹙對塑性巖石﹚的強度作為巖石硬度的指標(biāo)。

       其特點是其值比巖石單向抗壓強度高出幾十倍。

       回彈硬度是以重物落于巖石表面后的回彈高度表示。巖石越硬，回彈高度越大。

3、巖石的可鉆性和可爆性：

       可鉆性和可爆性用來表示鉆眼或爆破巖石的難易程度。常用工藝性指標(biāo)來表示：如用鉆速、鉆每米炮眼所需要時間、鉆頭進尺、鉆每米炮眼磨鈍的釬頭數(shù)或破碎單位體積巖石消耗能量等來表示巖石的可鉆性。用爆破單位體積巖石所消耗的炸藥、爆破單位體積巖石所需炮眼長度或單位重量炸藥的爆破量、每米炮眼的爆破量等來表示巖石的可爆性。

三、巖石的工程分級：

       現(xiàn)行巖石的工程分級有兩種方法：

       1、普氏巖石分級法。即按巖石堅固性進行分級。堅固性系數(shù)f表示

                 f=Rc/10

       巖石的堅固性是表示巖石在各種采礦作業(yè)以及地壓等外力作用下受破壞的相對難易程度。

       普氏理論認(rèn)為：巖石的堅固性在各方面的表現(xiàn)是大體一致的，難破碎的巖石用各種方法都難于破碎；易破碎的巖石用各種方法都易于破碎。

       巖石按堅固性分級為10級15類。(見下表)

      

巖石按堅固性分級一覽表9

在煤礦常見的巖石，堅固性系數(shù)4-8級居多。

      優(yōu)點：普氏巖石分級法簡明，便于使用。

      缺點：它沒有反映巖體的特征，對少數(shù)巖石不適用。如粘土，挖掘易，爆破難。

2、圍巖分類法：

       根據(jù)巖體的結(jié)構(gòu)和巖體強度來確定圍巖的穩(wěn)定  性。

       其論點是：圍巖穩(wěn)定性主要取決于巖體的結(jié)構(gòu)和巖體強度，而不只是巖石試件的強度。

       分為5類：

      ﹙Ⅰ﹚穩(wěn)定巖層；

      ﹙Ⅱ﹚穩(wěn)定性較好巖層；

      ﹙Ⅲ﹚中等穩(wěn)定巖層；

      ﹙Ⅳ﹚穩(wěn)定性較差巖層；

      ﹙Ⅴ﹚不穩(wěn)定巖層。

     

2、圍巖分類法P9

巖石工程分級的意義：

       在煤礦掘進施工組織過程中，用巖石堅固性來確定鉆眼難易程度，炸藥消耗定額；用圍巖穩(wěn)定性來確定選擇巷道形狀和支護形式。

       一般是堅固性系數(shù)大的巖石鉆眼難，炸藥消耗多；穩(wěn)定較好的圍巖采用拱形斷面，裸體或錨噴支護；穩(wěn)定較差的圍巖采用梯形斷面，棚式支護或其它特殊支護方法。

問題：

1、井巷施工基本的過程是什么？

2、巖石的水理性質(zhì)有哪些？

3、巖石的溶蝕性會對井下生產(chǎn)帶來什么危害？

4、巖石的膨脹性和崩解性有什么害處？

5、什么是巖石的硬度？

6、影響巖石強度的因素有哪些？

7、巖石工程分級有何意義？

8、普氏分級法的理論根據(jù)是什么？

9、普氏分級法有何優(yōu)缺點？（以及P19）