ch2岩石的力学性质与分级解析课件.ppt

1、第二节第二节岩石的分级岩石的分级 第一节第一节岩石的力学性质及特性岩石的力学性质及特性 12/5/20221第一节第一节 岩石的力学性质及特性岩石的力学性质及特性 岩石（包括矿石）的物理力学性质与凿岩、爆破、装运、地压管理等的关系十分密切。岩石的物理力学性质及特性：强度、弹性、塑性、脆性、硬度、磨蚀性、坚固性、稳固性、碎胀性、结块性、氧化性、自燃性及含水性等。一、强度一、强度 指岩石承受载荷的能力，即开始破坏的极限临界应力值。岩石强度有：抗拉强度、抗剪强度、抗压强度等。一般而言，岩石抗压强度介于20300MPa范围，抗剪强度只有抗压强度的1/121/8左右，抗拉强度只有1/151/50。即：抗

2、拉强度抗剪强度抗压强度。问题：怎样的力学状态最易使岩石破碎？问题：怎样的力学状态最易使岩石破碎？强度的影响因素有哪些：节理，各向异性，晶体或非晶体，晶体形状、大小等，颗粒间胶结物，湿度，温度，风化程度等等。要使岩石破坏，应尽可能使其处于拉伸、剪切的状态；要使岩石不容易破坏，应该使其处于受压状态。12/5/20222第一节第一节 岩石的力学性质及特性岩石的力学性质及特性二、弹性、塑性和脆性二、弹性、塑性和脆性 弹性：弹性：是岩石除去外力后，恢复其原来形状和体积的性能。弹性大的岩石在凿岩爆破时不易破坏。塑性岩石：塑性岩石：在破坏前具有明显残余变形的岩石。脆性岩石：脆性岩石：在破坏前几乎没有残余变形

3、的岩石。金属矿山中常见的是脆性岩石。注意：岩石变形性质不仅仅与岩石种类有关！思考：岩石变形性质还与哪些因素有关？思考：岩石变形性质还与哪些因素有关？主要是与受力条件有关，如在三向主要是与受力条件有关，如在三向受压或高温条件下，塑性会显著受压或高温条件下，塑性会显著增加，在常态下具有脆性的岩石，增加，在常态下具有脆性的岩石，在上述条件下也可能变成塑性体。在上述条件下也可能变成塑性体。而在冲击载荷作用下，大多数呈而在冲击载荷作用下，大多数呈脆性破坏。脆性破坏。12/5/20223第一节第一节 岩石的力学性质及特性岩石的力学性质及特性三、硬度三、硬度 硬度：硬度：是岩石抵抗工具侵入的能力。影响因素：

4、影响因素：取决于岩石的组成，即取决于矿物颗粒的硬度、形状、大小、晶体结构以及颗粒间胶结物的情况等，硬度越大凿岩越困难。四、四、磨蚀性磨蚀性 磨蚀性磨蚀性:是指岩石表面与工具作用过程中，岩石对工具的磨损。磨蚀性越大，对工具的磨损越大，对凿岩工作越不利。影响因素：影响因素：岩石成分主要指石英含量、颗粒大小、分布；岩石结构主要指岩石的不均匀性；岩石强度强度越高，磨蚀性越强。12/5/20224第一节第一节 岩石的力学性质及特性岩石的力学性质及特性五、坚固性：五、坚固性：坚固性：坚固性：是指岩石抵抗外力的性能（抗四面八方外力的能力）。坚固性的大小坚固性的大小：常用坚固性系数f表示。f C/100 C-

5、矿岩的极限抗压强度 Kpa 通常用的普氏岩石分级法普氏岩石分级法就是根据坚固性系数坚固性系数来进行岩石分级的。矿岩的坚固性也是一种抵抗外力的性质，但它与矿岩的硬度却是两种不同的概念。硬度是指矿岩抵抗压缩，矿岩抵抗压缩，拉伸，弯曲及剪切等拉伸，弯曲及剪切等单向单向作用作用的性能。而坚固性所抵抗抵抗的外力却是一种的外力却是一种综合综合的外力的外力。（如抵抗锹，镐，机械碎破，炸药的综合作用力）12/5/20225第一节第一节 岩石的力学性质及特性岩石的力学性质及特性六、稳固性：六、稳固性：稳固性：稳固性：指矿（岩）石在空间允许暴露面积的大小和暴露时间长短的性能。稳固性稳固性和坚固性坚固性既有联系又有

6、区别。一般情况下，坚固性好的地带，稳定性也好，但在节理发育，构造破碎的地带，矿岩的坚固性虽然可能好，但稳固性大为下降。因此，稳固性与坚固性不能混同起来。（坚固（坚固性不好的，不一定就不稳固）性不好的，不一定就不稳固）根据矿岩的稳固程度，可将矿岩的稳固性分为五级五级：极不稳固：极不稳固：掘进巷道或采矿时，不允许有暴露面积，否则可能产生片帮或冒落现象。不稳固：不稳固：不支护的允许暴露面积在50m2以内。中等稳固：中等稳固：不支护的允许暴露面积为50200m2。12/5/20226第一节第一节 岩石的力学性质及特性岩石的力学性质及特性六、稳固性：六、稳固性：稳固：稳固：不支护的允许暴露面积为2008

7、00m2。极稳固：极稳固：不支护的允许暴露面积在800m2以上。矿岩稳固性影响到矿岩稳固性影响到井巷的维井巷的维护、护、采矿方法采矿方法及及地压管理地压管理方法方法的选择。的选择。七、结块性：七、结块性：结块性：结块性：指采下的矿石在遇水和受压，并经过一段时间后又重新连结成块的性质。矿石的结块性对矿石的矿石的结块性对矿石的运搬运搬和和采矿方法选择采矿方法选择有影响。有影响。八、八、氧化性：氧化性：氧化性：氧化性：指硫化矿石在水和空气的作用下，变为氧化矿石的性质。矿石的氧化会降低选矿回收率。矿石的氧化会降低选矿回收率。12/5/20227第一节第一节 岩石的力学性质及特性岩石的力学性质及特性九、

8、自燃性：九、自燃性：自燃性：自燃性：指高硫矿石，在空气中氧化并放出热量，经过一定时间后，温度升高，引起自燃的性质。矿石的自燃，会使井下温度上升，并可能引发地下火矿石的自燃，会使井下温度上升，并可能引发地下火灾，对矿井通风、爆破方法和采矿方法的选择有特殊灾，对矿井通风、爆破方法和采矿方法的选择有特殊的要求。的要求。12/5/20228第一节第一节 岩石的力学性质及特性岩石的力学性质及特性十、含水性：十、含水性：含水性：含水性：指矿岩吸收和保持水分的性能。矿岩含水性对矿岩含水性对放放矿、矿、运输运输，箕斗提升箕斗提升及及矿仓贮存矿仓贮存和和采采矿矿、巷道支护巷道支护等带来困难。等带来困难。十一：碎

9、胀性：十一：碎胀性：碎胀性：碎胀性：指矿岩破碎后体积增大的性质。矿岩破碎后的体积与其原岩体积之比，称为矿岩破碎后的体积与其原岩体积之比，称为碎胀系数碎胀系数(或或松散系数松散系数)。矿岩碎胀性对矿岩矿岩碎胀性对矿岩运输提升运输提升有影响。有影响。12/5/2022912/5/202210第二节第二节 岩石的分级岩石的分级 采矿工程的一对基本矛盾：破碎岩石破碎岩石和防止岩体破坏防止岩体破坏。原因：原因：在凿岩、井巷掘进和开采过程中，一方面，我们希望岩石容易破坏，以提高作业效率和降低能耗；另一方面，又希望留在原地的岩石不易破坏，提高工程成功率、降低支护成本，保障作业的安全。岩石分级基本原则：岩石分

10、级基本原则：一是按不同工程技术、工艺过程的要求进行分级（有：可钻性分级可钻性分级、稳定性分级稳定性分级、可爆性分级）；二是综合分级（如：坚固性分级坚固性分级）12/5/202211第二节第二节 岩石的分级岩石的分级一、岩石的坚固性分级一、岩石的坚固性分级 岩石的坚固性分级是目前矿山应用最为广泛的一种分级方法。基础：岩石破碎的难易程度和岩体的稳定性这两个方面趋于一致（也就是说，岩石难破碎的也较为稳定）。由普罗特基雅柯诺夫建立。普氏分级的指标：普氏分级的指标：为坚固性系数f，当前常用的f值是按岩石单向抗压强度来确定。f C/100 C-矿岩的极限抗压强度 Kpa。目前矿山应用最为广泛的分级方法之一

11、：普氏分级 优点：优点：分级简单；缺点：误差较大。12/5/202212第二节第二节 岩石的分级岩石的分级一、岩石的坚固性分级一、岩石的坚固性分级 如课本第如课本第8181页表页表3-13-1所示所示 如：如：普氏分级普氏分级12/5/202213第二节第二节 岩石的分级岩石的分级二、岩石的可钻性分级二、岩石的可钻性分级 采用两个指标：采用两个指标：凿碎比功，钎刃磨钝宽度。凿碎比功：凿碎比功：表示岩石钻凿的难易程度，指破碎单位体积岩石所需要做的功。将岩石分为7 7级级。（如课本第82页表3-2）钎刃磨钝宽度：钎刃磨钝宽度：反映岩石的磨蚀性。将岩石分为3 3级级。（如课本第82页表3-2）三、岩体稳定性分级三、岩体稳定性分级 东北大学提出。东北大学提出。岩石稳定性分级的判据的四项指标：岩石稳定性分级的判据的四项指标：岩石的点载荷强度、弹性波速度、巷道围岩位移的稳定时间、岩体结构指标。采用聚类分析原理对围岩的稳定性进行动态分级。采用聚类分析原理对围岩的稳定性进行动态分级。如课本第如课本第8282页表页表3-43-4。12/5/202214