井巷工程-1资料课件.ppt

1、能源科学与工程学院郜进海博士、教授Shaft Sinking and Drifting课程主要内容1.井巷建筑介质与材料2.巷道断面设计3.巷道破岩5.装岩与运输6.巷道支护7.巷道施工组织与管理11.交岔点与硐室施工12.斜井施工13.立井的设计、施工和延深主要参考书井巷设计与施工董方庭等中国矿业大学出版社井巷工程修订本中国矿业大学等院校合编井巷工程六分册各种版本的井巷工程第一章井巷建筑介质与材料主要内容第一节概述第二节井巷建筑介质第三节井巷建筑材料第一节概述井巷工程的任务：建造地下建筑所需的空间结构，并保持其在使用期内稳定。方法：通过破岩开挖，穿过和进入岩石和土这类地质体中，并保持开挖空间

2、的稳定。涉及到的学科：材料力学、建筑材料、煤矿地质学、爆破工程、结构力学、弹性力学、施工组织与管理、井巷设计与施工等第一章井巷建筑介质与材料1.1.1 井巷工程的概念井巷工程是为采矿或其它目的在地下开掘的井筒、巷道和硐室的总称。三大工程：矿建工程、土建工程、机电安装工程根据不同的时期施工时间，井巷工程又可分为建井期矿建工程、生产期井巷工程、开拓延深工程和生产辅助工程。井巷工程的重要性第一章井巷建筑介质与材料井巷工程设计：井巷施工 破、通、装、运、支五大工序第一章井巷建筑介质与材料1.1.2 井巷设计与施工1.2井巷建筑介质1.2.1岩石概述岩石岩体岩块围岩第一章井巷建筑介质与材料1.2.2岩石

3、的物理性质相对密度、密度、比重岩石的孔隙性孔隙率、孔隙比岩石的水理性质吸水率、透水性、软化性、膨胀性和崩解性等。岩石的碎胀性第一章井巷建筑介质与材料1.2.3 岩石的力学性质变形性能强度特性与理论几种强度：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、单向抗剪强度、抗弯强度、单向抗拉强度第一章井巷建筑介质与材料静荷载单向受压下岩石的变形特性岩石在三向静荷载压缩下的变形特性静荷载下岩石的强度的性质动荷载下岩石强度的性质非连续岩石的强度特性莫尔强度理论格里菲斯强度理论莫尔强度理论基本思想：压剪组合破坏、拉剪组合破坏等强度准则：包络线：线性表达式：c+tan第一章井巷建筑介质与材

4、料格里菲斯强度理论基本思想：1.脆性材料内部随机地存在着许多扁平的裂纹，可用一扁平的椭圆来描述。在外力作用下，裂纹的尖端附近的应力最大，当该最大应力达到极限时，裂纹开始扩展。2.裂纹将沿与最大拉应力成直角的方向扩展然后向最大主应力方向过渡，解释了脆性材料劈裂破坏的本质现象。3.当作用在裂纹尖端有效应力达到形成新裂纹所需能量是裂纹开始扩展。强度准则：第一章井巷建筑介质与材料1.2.4 岩石的分类分类原则：1.分类指标形式要简单，含义要明确，应具有科学意义和实用价值。2.分类指标要容易获得。3.分类指标应明确表达出岩石的质量或稳定性。第一章井巷建筑介质与材料常见的岩石分类方法1普氏岩石分级法岩石的

5、坚固性系数基本假设：岩石在外力作用下抵抗各种破坏的难易程度相似或趋于一致。因此可用坚固性系数来表示岩石破坏的难易程度。其数值等于岩石单向抗压强度的十分之一。优点：分类方法简明，便于应用，大多数情况下较符合工程实际。因而应用较为广泛。缺点：所得数值为岩块的值而非岩体。同时也不适用于软岩。第一章井巷建筑介质与材料2煤炭行业围岩分类：五类：稳定岩层岩稳定性较好岩层中等稳定岩层稳定性较差岩层不稳定岩层第一章井巷建筑介质与材料3RQD岩石分类（Rock Quality Designation Index）4巴顿等人的Q分类5围岩松动圈岩石分类软岩第一章井巷建筑介质与材料1.3井巷建筑材料常用的材料：木材

6、、金属材料、石材、水泥、混凝土、钢筋砼和砂浆等。1.3.1 水泥水泥是一种粉末状材料，加水拌合能形成可塑性浆体，能将砂石等散粒材料粘结成整体，经过自身的物理和化学变化形成坚硬的人造石材的一种材料。第一章井巷建筑介质与材料技术性质：密度、细度凝结时间（初凝和终凝）强度水化热体积安定性标准稠度第一章井巷建筑介质与材料硅酸盐水泥制备两磨一烧矿物组成硅酸三钙（3CaOSiO2）硅酸二钙（2CaOSiO2）铝酸三钙（3CaOAl2O3）铁铝酸四钙（4CaO Al2O3 Fe2O3）水化产物：水化铝酸钙水化硅酸钙水化铁酸钙氢氧化钙水化硫铝酸钙第一章井巷建筑介质与材料对纯硅酸盐水泥的要求：比表面积300m2

7、/kg。初凝时间不少于45min，终凝时间不迟于6.5h各龄期强度不低于规定值。体积安定性符合规定。第一章井巷建筑介质与材料普通硅酸盐水泥性能基本与硅酸盐水泥相同，稍有变化。在硅酸盐水泥熟料中加入非活性混合材料和少量活性混合材料而制得。以改善水泥的凝结时间、水化放热、强度并提高产量三个级别，六种产品第一章井巷建筑介质与材料掺混合材料的硅酸盐水泥混合材料：活性混合材料非活性混合材料矿渣硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥粉煤灰质硅酸盐水泥第一章井巷建筑介质与材料这三种水泥的特点：凝结硬化速度慢，早期强度低而后期强度高，水化放热速度慢，放热量低，对温度敏感性高，抗软水及硫酸盐侵蚀能力强。但抗冻性差、矿渣水

8、泥及火山灰水泥的干缩性小，粉煤灰水泥干缩性大，火山灰水泥抗渗性高，矿渣水泥的耐热性好。第一章井巷建筑介质与材料1.3.2混凝土混凝土：由胶凝材料、散粒材料及其它材料按比例混合而成的拌合物，经过一定时间硬化而成的人造石材。普通混凝土组分：水泥、水、砂、石子优点：混凝土拌合物在硬化前具有良好的可塑性，可浇注成各种形状的预制构件、现浇构件及喷射混凝土结构；与钢筋有良好的粘结力，可形成钢筋混凝土；抗压强度高性能可调整，可制成不同强度等级的砼。材料来源广，大部分可就地取材，成本低；污染少对环境保护有利，耐久性高。缺点：自重大，抗拉强度低，易开裂，质量不易控制等。对混凝土的基本要求：符合设计要求的强度；具

9、有与施工条件相适应的和易性；具有与工程环境相适应的耐久性经济合理第一章井巷建筑介质与材料普通砼的组成材料1）水泥根据工程性质、工程特点、工程所处环境及施工条件合理选择水泥品种、标号2）细骨料（砂）骨料在砼中起骨架作用，因而称之为骨料。有粗细骨料之分。粒径在0.154.75mm之间的为细骨料，大于4.75mm的为粗骨料。对骨料的技术性能要求：有害杂质含量少；具有良好的颗粒形状、适宜的级配和细度、表面粗糙，与水泥的粘结牢固、性能稳定、坚固耐久等第一章井巷建筑介质与材料细骨料砂天然的河砂、山砂、海砂及少量的人工砂，以河砂为最好。砂的粗细程度指不同粒径的砂混合在一起的总体粗细程度。以细度模数表示：粗砂

10、、中砂、细砂和特细砂第一章井巷建筑介质与材料11654321005)(AAAAAAAMx3）粗骨料石子（卵石、碎石）颗粒级配连续级配和间断级配最大粒径公称粒级的上限4）水第一章井巷建筑介质与材料混凝土的主要技术性质砼拌合物的和易性指砼拌合物易于各种工序的施工操作、并能获得质量均匀、成型密实的混凝土的性能。流动性粘聚性保水性三者既相互关联又相互矛盾。第一章井巷建筑介质与材料对和易性评价主要是流动性，其它两方面则在测试流动性的同时进行观察评定。测试流动性的方法：对普通砼可用坍落度试验测定，单位mm对干硬性砼采用维勃稠度仪测定，单位s第一章井巷建筑介质与材料砼强度与强度等级立方体试块、标准养护条件下

11、养护28天，测试件单向抗压强度作为评定砼等级的依据。影响砼强度的因素：经验公式常用的外加剂：减水剂、速凝剂、早强剂等)(bceacuWCff第一章井巷建筑介质与材料混凝土配合比设计三个比例关系：水水泥水灰比（W/C）砂石砂率活性组分与隋性组分单位用水量三者之间应满足水泥浆量应包裹砂粒的表面并稍有富余，形成水泥砂浆，水泥砂浆的量要充填石子间的空隙并稍有富余。第一章井巷建筑介质与材料混凝土配合比设计两种方法：绝对体积法和（相对）密度法初定配合比试验确定实验室配合比按施工现场砂石的含水状态计算施工配合比。第一章井巷建筑介质与材料1.3.3钢材优点：强度大、比强度高、可支撑较大地压，使用期长，可多次复用，安装容易，耐火性强，可制成可缩性结构。初期投资大，（施工时机械化程度低）第一章井巷建筑介质与材料钢材分类按品质分：普通钢、优质钢、高级优质钢按含碳量分：低碳钢、中碳钢、高碳钢按化学成分分：碳素钢、合金钢按用途分：结构钢、工具钢按生产工艺分类、按加工方式分等等第一章井巷建筑介质与材料常用建筑钢材的化学成分主要成分为Fe、C，合金元素等其中硫、磷为有害成分第一章井巷建筑介质与材料常用建筑钢材的力学性能及特点抗拉强度、冲击韧性、疲劳强度、硬度加工方法对钢材性能的影响冷加工、热处理、时效、焊接矿用钢材的种类、特点及要求各种型钢、钢筋第一章井巷建筑介质与材料1.3.4木材第一章井巷建筑介质与材料