井巷工程-1.ppt

1、能源科学与工程学院 郜进海博士、教授,井巷工程,Shaft Sinking and Drifting,课程主要内容,井巷建筑介质与材料 巷道断面设计 巷道破岩 装岩与运输 巷道支护 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

2、和进入岩石和土这类地质体中，并保持开挖空间的稳定。 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

3、.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

4、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料,格里菲斯强度理论 基本思想： 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。 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。 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： 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。

5、 分类指标要容易获得。 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（Ro

6、ck 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、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）

7、 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/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：

8、 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

9、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

10、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、中砂、细砂和特细砂,第一章井巷建筑介质与材料,3）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

11、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,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