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1、湖南科技大学能源与安全工程学院湖南科技大学能源与安全工程学院井巷工程井巷工程教案（教案（1）课程名称 井巷工程 第一周 第一次课 教师姓名叶洲元职称讲师系采矿工程教学课时2授课题目绪论 第一章 岩石性质与工程分级 1、岩石的物理性质 2、岩石的力学性质 3、岩石的工程分级教学 对象2003 级采矿 1 班授课地点二教楼 304教学 方式讲授本课重点、难点：本课重点、难点：1、岩石变形特征； 2、岩石动力学性质； 3、岩石工程分级。教学目标：教学目标：1、了解井巷工程知识涉及的内容和意义； 2、了解岩石主要方面的性质，即物理性质、力学性质等； 3、理解井巷工程施工与岩石工程分级的关系。主要教学内
2、容：主要教学内容：绪绪 论论 1、 井巷工程涉及的主要内容：矿山建设：地质勘探：找矿，探明储量，赋存条件等。 计划性建设：采矿方法，地面设施的规划等。 实质性建设：地面设施（场地、办公等）的建设地下设施（通道、设备等）的建设井巷工程井巷工程：从地面开始，开凿一系列的井筒、硐室及巷道等，其中包括巷道形状 的设计、施工、组织管理等一系列的活动。以前：采掘分离 目前：混合式 采掘分离采掘同步 2、意义：以煤为主的能源结构采掘比例失调严重影响煤炭工业的正常生产与发展3、现状：井巷工程施工技术可分为： 立井：1 大型设备的应用：凿井绞车、提升机、凿井井架、钻架等2 立井混合作业3 质量提高、防腐技术、支
3、护技术4 特殊凿井方法：冻结法、沉井法、帷幕法 平巷：机械化作业成巷技术支护技术大型设备、掘进机的应用 斜井：机械化作业4、本书结构：第一章 基础 第七、八、九章 特殊条件巷道施工第二章 工具 第十章 立井设计与施工第三章 平巷（斜巷）设计 第十一章 立井延伸第四、五、六章 施工、组织管理 第一章第一章 岩石性质与工程分级岩石性质与工程分级 1、概述术语辨析岩块：从岩层中切取出来的较小块体岩体：岩层中较大范围内的自然地质体。岩石： 弱面：岩体中与所研究的岩体中岩块相比具有强度低，易变形的结构，主要有层理、 节理、断面、裂隙面等。 表土：通常指覆盖在地壳上部的第四纪沉积物，如黄土、粘土、流沙、淤
4、泥等。 基岩：指表土以下的固结物。 2、物理性质1） 比重：岩石固体实体积的质量与通体积水的质量之比。 实体积指不包括空隙在内的实体体积。 2） 密度：岩石单位体积的质量。干密度，绝对干燥后湿密度，含水情况下3） 空隙空隙性：岩石中的裂隙和空隙的发育程度。空隙度：岩石内各种裂隙、空隙的总体积与岩石固体总体积之比。空隙比：岩石中各种裂隙、空隙的总体积与岩石固体矿物颗粒的体积之比。4） 吸水性 吸水率：岩石试件在大气压力下吸入水的质量与岩石试件烘干质量之比。 5） 碎涨性 碎涨系数：岩石破碎后的总体积与原岩破碎前体积之比。 3、力学性质1）岩石变形特征 由于岩石受到的外载荷一般可分为静载荷和动载荷
5、，因此，岩石的变形特征也因 之存在两种情形：静载荷下的变形和动载荷下的变形。 动静载荷的区别： 按应变率分级的载荷状态（1）静载荷下岩石变形特征OA 段：斜率增大，E 增大，裂隙闭合， 体积有所缩小裂隙压密阶段；AB 段：斜率几乎不变，E 不变线弹 性阶段；BC 段：斜率减小，E 减小，裂隙增加， 破损增加破损发育阶段；CD 段：应力减小，裂隙更多，破损加剧，直至破坏。 OB 段为弹性变形阶段，B 点为弹性极限；BC 段为弹塑性变形阶段，C 点为极限抗压 强度。在 BC 段内任一点 P 卸载时，曲线按 PQ 变化；重新加载，曲线按 QR 变化； PQR 称为塑性滞环。QS 为弹性变形，卸载时可
6、恢复；OQ 为塑性变形，卸载不能恢复。 在 CD 段内任一点 T 卸载时，曲线按 TU 变化，重新加载，曲线按 UV 变化。（2）动载荷下岩石变形特征 外力是时间函数，随时间发生变化。 岩石中的力或变形是以波的形式传递的 服从冲量定理、能力守恒定律、力的平衡等规律。 辨析： 岩石在力的作用下，会产生变形，其变形不尽相同。有的岩石受力变形，离撤销 后，又恢复原状；有的受力变形很小就破坏；有的受力变形很大才破坏。前一种表现 的是弹性，第二中表现的是脆性，第三种表现的是塑性。 弹性： 脆性破坏：永久变形或全部变形小于 3%，岩石就发生破坏脆性岩石 塑性破坏：永久变形或全部变形大于 5%，岩石就发生破
7、坏塑性岩石 在 3%5%之间的是过渡状态。岩石的弹性、塑性和脆性不是绝对的，可随受力状态、加载速度、温度等条件发生变 化。 2）岩石的强度特征 岩石的强度是指在外载荷作用下抵抗破坏的能力，可分为静载荷下和动载荷下强 度。 （1）静载荷下岩石强度 强度测定方法： 将岩石制成一定形状和尺寸的试件，在材料试验机或三轴压力试验机上进行拉、 压、剪、弯等强度试验，或利用点载荷仪进行点载荷试验，或在现场进行岩体试验。主要性质：在大多数情况下，岩石表现为脆性破坏；同一种岩石的强度并非常数；一般的，单轴抗压强度单轴抗剪强度单轴抗弯强度单轴抗拉强度，三轴抗压强度双轴抗压强度单轴抗压强度 （2）动载荷下岩石强度
8、强度测定方法： 将岩石制成一定形状和尺寸的试件，在冲击试验机或特殊三轴压力试验机上进行 动载荷强度试验。 主要性质： 与加载速率有关； 在冲击载荷作用下，岩石强度比静载荷下的岩石强度大。3）岩石硬度 岩石硬度是指岩石抵抗其他较硬物体侵入的能力。根据在何不同分为静压入硬度 和回弹硬度。 硬度测定方法： 静压入硬度： 用底面积为 15mm2 的圆柱形平底压模压入岩石试件中，直至眼时产生脆性破坏 或屈服，以此时的强度作为硬度指标。实质是静载荷下的硬度。 岩石试件尺寸要求：不小于 505050mm3 的立方体或 5050mm 的圆柱体，上下端面 平行度不大于 0.1mm。 压模高度：一般为 16mm
9、回弹硬度： 以重物撞击岩石表面回弹的回弹高度表示，常用肖氏硬度计或施米特锤测定。实 质是动载荷下的硬度 肖氏硬度计是利用在一定长度的玻璃管内、一定质量的冲头从某以高度自由下落 回弹的高度来表示岩石的回弹硬度。 4）岩石的可爆性和可钻性 是用来表示岩石钻眼或爆破的难易程度，是岩石物理力学性质在具体工程条件下 的综合反映，常用工艺指标表示。 （1）岩石的可钻性： 可用钻速、钻进每米炮眼所需时间、钻头进尺、钻每米炮眼所磨钝的钎头数目等。可钻性测试： 利用重锤自由下落时产生的固定冲击功冲击钎头、破碎岩石，然后量测破碎的体积。 常用以下两项指标表示 凿岩比功：破碎单位体积岩石所作的功，J/cm3； 钎刃
10、磨钝宽度：钎刃两端向内 4mm 处的磨钝宽度，mm。（2）岩石可爆性： 可用炸药单耗、爆破单位体积岩石所需炮眼长度、单位炸药的爆破量、每米炮眼 的爆破量等。4、岩石的工程分级 1）分级意义 不同的岩石，其物理力学性质都不相同。施工时，选用的方法、设备及参数都有 不同，耗损的材料也不一样，故要对岩石进行工程分级。 2）分级方法 分级方法较多，本书主要提及到三种： 普氏分级：前苏联 M.M 普罗托起亚科诺夫于 1926 年用“坚固性”概念作为分级 依据。岩石坚固性表示岩石在各种采矿作业及地压等外力作用下破坏的相对难易程度。普氏岩石坚固性系数 = 单轴抗压强度（MPa）f10aR aR按大小，将岩石
11、分为十级十五种。P13f普氏分级方法简明，便于使用，但没有反映岩体特征。如岩石各向异性，不一f样。 我国煤炭部门制定的围岩分级标准 分为五级：稳定、稳定性较好、中等稳定、稳定性较差和不稳定岩层 p1314。 美国“岩芯质量指标” （R.Q.D） 钻探时，将钻孔中直接获取的岩芯总长度除去破碎及软弱加泥的长度，再与钻孔 总进尺相比的百分数。10cmR.Q.D(%)=100%岩芯累计长度 钻孔长度按大小分为五级：优质、良好、好、差、很差。湖南科技大学能源与安全工程学院湖南科技大学能源与安全工程学院井巷工程井巷工程教案（教案（1）课程名称 井巷工程 第一周 第二次课 教师姓名叶洲元职称讲师系采矿工程教
12、学课时2授课题目第二章 钻眼爆破 1、钻眼机械 2、钻眼工具教学 对象2003 级采矿 1 班授课地点二教楼 304教学 方式讲授本课重点、难点：本课重点、难点：1、机械破岩机理； 2、风动凿岩机的结构及工作原理； 3、钎子构成及参数。教学目标：教学目标：1、了解机械破岩机理； 2、理解风动凿岩机的结构及工作原理； 3、理解钎子参数意义及选择。主要教学内容：主要教学内容：第二章 钻眼爆破1、钻眼机械爆破破岩，必须钻眼。钻眼的方法目前主要分为两种： 冲击式：在硬度较大的矿岩中钻眼凿岩机 旋转是：在硬度较小的矿岩中打眼，如煤层、软岩电钻1）凿岩机一、分类 以使用的动力不同，分为三种：风动、液压、电
13、动 风动凿岩机发展较成熟，但噪音大，震动大等缺点 液压凿岩机成本高，现在研究水压凿岩机（深部开采） 电动凿岩机 二、风动凿岩机 一）类型气腿式水平孔上向式上部孔导轨式水平孔二、构造（以气腿式凿岩机为主） 主机分为三部分：柄体、缸体、机头 柄体：进气和进水管、操纵阀、气腿的调压阀、换向阀、水针、风水联动装置 缸体：活塞、配气阀、棘轮、螺旋棒 机头： 三、工作原理 一）冲击机构 冲击机构主要有气缸、活塞及配气装置组成。借助配气装置可自动变换压气交替 进入气缸的后、前腔，使活塞在气缸中前后移动，与之联为一体的锤 G 也随之前后移 动。向前移动叫冲程，锤在冲程末端打击钎子，向后移动叫回程，为下一次冲击
14、作准 备。常用的配气装置有环阀、控制阀和无阀配气三种。 （一）环阀配气 环阀具有结构简单、加工容易、动作可靠等优点(图 1)。 冲程。在图 1.a 中，压气从操纵阀孔道 1 进入柄体气室 2，经棘轮孔道 3 和阀柜 孔道 4 进入阀柜前气室 5。当配气阀 c 于阀柜后方时，压气经过由配气阀与阀柜前盖之 间的缝隙进入气缸后腔，推动活塞前进。这时气缸前腔是经排气口 8 与大气接通的。 当活塞向前移动到前端面 9 堵住排气口 8 时，气缸前腔的剩余空气将因活塞的继续前 移而被压缩，其压力逐渐增高，并沿回程孔道 11 返回到阀柜后气室 10，对配气阀的后 端面施加压力。这时活塞后端面 7 已经越过了排
15、气口 8，气缸后腔排气，但活塞由于惯 性还在继续向前移动，并使活塞冲击钎子。由于气缸后腔排气，阀的前端面压力也迅 速降低，当压力降到低于阀后端面上剩余气体压力时，配气阀就被推向前，封死了进 气缝隙，气缸后腔停止进气，结束了冲程运动。 回程。在图 1.b 中，压气自气室 5 经配气阀后端面与阀柜之间的缝隙进入气室 10，并经孔道 11 进入气缸前腔，推动活塞后退。当活塞后端面 7 堵住排气口时，气缸 后腔的剩余气体也因活塞后移逐渐增加压力，并通过孔道 6 作用在配气阀的前端面。 由于活塞前端面 9 越过了排气口，气缸前腔，孔道 11 和气室 10 的压力都迅速下降， 当配气两前端面压力高于后端面
16、时，配气阀就被推后退，重新开始下一个冲程运动。 （二）控制阀配气 控制阀是一种适应性更强、工作更稳定可靠的配气装置。它的特点是配气阀的换 位是由压气推动的，这样可保证活塞走完全部冲程，但是在缸体上要多两条控制气道， 阀的加工也比较复杂。国产凿岩机采用这种阀的最多，它的工作原理见图 2。 冲程时配气阀位于阀柜后方。压气经 l、2、3、5、6 进入气缸后腔，推动活塞前 进。当活塞后端面打开控制气道 8 时，一部分压气经 8 进入气室 9 推阀向前换位。此 时活塞还继续前进使气缸后腔接通排气孔 7 并冲击钎子。 回程时，配气阀位于阀柜前方，压气经孔道 ll 进入气缸前腔使活塞后退。在活塞 前端面打开
