1、岩石性质与工程分级
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岩石的力学性质及分级
采矿学教学课件
——金属矿床露天开采
露天开采
• 绪论 • 矿床品位与储量计算 • 岩石的力学性质及分级 • 最终开采境界的确定 • 露天开采程序 • 露天矿生产计划 • 露天矿床开拓 • 露天开采的生产工序 • 矿山技术经济Leabharlann 第二章岩石的力学性质及分级
• 岩石的力学性质 • 岩石的工业分级
2.1 岩石的力学性质
• 强度 • 弹性、塑性和脆性 • 硬度 • 磨蚀性
2.2 岩石的工业分级
• 岩石的坚固性分级：普氏分级，坚固性
系数；
• 岩石的可钻性分级：凿碎比功，钎刃磨
钝宽度；
• 岩石的稳定性分级：以岩石的点载荷强
度、弹性波速度、巷道围岩位移的稳定 时间、岩体结构指标等四项指标为岩石 稳定性分级的判据，采用聚类分析原理 对围岩的稳定性进行动态分级。
——金属矿床露天开采
露天开采
• 绪论 • 矿床品位与储量计算 • 岩石的力学性质及分级 • 最终开采境界的确定 • 露天开采程序 • 露天矿生产计划 • 露天矿床开拓 • 露天开采的生产工序 • 矿山技术经济Leabharlann 第二章岩石的力学性质及分级
• 岩石的力学性质 • 岩石的工业分级
2.1 岩石的力学性质
• 强度 • 弹性、塑性和脆性 • 硬度 • 磨蚀性
2.2 岩石的工业分级
• 岩石的坚固性分级：普氏分级，坚固性
系数；
• 岩石的可钻性分级：凿碎比功，钎刃磨
钝宽度；
• 岩石的稳定性分级：以岩石的点载荷强
度、弹性波速度、巷道围岩位移的稳定 时间、岩体结构指标等四项指标为岩石 稳定性分级的判据，采用聚类分析原理 对围岩的稳定性进行动态分级。
岩土工程分类与分级
• 空隙率( porosity)：岩石中空隙的体积与岩石总体积的比值。
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岩土工程分类与分级
水理性质
•吸水率：常压条件下，岩石吸入水分的质量与干 燥岩石质量之比。
•饱水率：高压或真空条件下，岩石吸入水分的质 量与干燥岩石质量之比。
•饱水系数：岩石的吸水率与饱水率的比值。其值 越大，岩石的抗冻性越差。
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岩土工程分类与分级
变质岩 • 工程性质与其原岩密切相关。
• 动力变质岩的力学强度和抗水性均较差。 • 片理构造使岩石具有各向异性特征。
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岩土工程分类与分级
•二、 岩体及岩体结构
岩石（Rock）: 具一定结构构造的矿物集合体。
岩体（Rock mass）：
包含各种结构面的地质体。岩体的工程性质 首先取决于结构面的性质,其次才是组成岩体的 岩石性质。
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岩土工程分类与分级
力学性质
• 强度指标： 抗压强度(compressive strength)： 岩石单向受压时抵抗破坏的能力。 抗拉强度(tensile strength)：
• 岩石单向受拉时抵抗破坏的能力。 抗剪强度(shear strength)：
• 岩石抵抗剪切破坏的能力。
•强度特性
•最主要是抗剪强度
•c
m
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•
图 7—12 岩体抗剪强度包络线
•1－结构面强度线；2－岩块强度线；3－岩体强度包络线变化范围 岩土工程分类与分级
•四、岩石和岩体的工程分类
1、分类的目的
（1）为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编 制定额提供必要的基本依据。 （2）便于施工方法的总结,交流,推广。 （3）为便于行业内技术改革和管理。
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岩土工程分类与分级
水理性质
•吸水率：常压条件下，岩石吸入水分的质量与干 燥岩石质量之比。
•饱水率：高压或真空条件下，岩石吸入水分的质 量与干燥岩石质量之比。
•饱水系数：岩石的吸水率与饱水率的比值。其值 越大，岩石的抗冻性越差。
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岩土工程分类与分级
变质岩 • 工程性质与其原岩密切相关。
• 动力变质岩的力学强度和抗水性均较差。 • 片理构造使岩石具有各向异性特征。
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岩土工程分类与分级
•二、 岩体及岩体结构
岩石（Rock）: 具一定结构构造的矿物集合体。
岩体（Rock mass）：
包含各种结构面的地质体。岩体的工程性质 首先取决于结构面的性质,其次才是组成岩体的 岩石性质。
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岩土工程分类与分级
力学性质
• 强度指标： 抗压强度(compressive strength)： 岩石单向受压时抵抗破坏的能力。 抗拉强度(tensile strength)：
• 岩石单向受拉时抵抗破坏的能力。 抗剪强度(shear strength)：
• 岩石抵抗剪切破坏的能力。
•强度特性
•最主要是抗剪强度
•c
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图 7—12 岩体抗剪强度包络线
•1－结构面强度线；2－岩块强度线；3－岩体强度包络线变化范围 岩土工程分类与分级
•四、岩石和岩体的工程分类
1、分类的目的
（1）为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编 制定额提供必要的基本依据。 （2）便于施工方法的总结,交流,推广。 （3）为便于行业内技术改革和管理。
井巷工程施工课程(3篇)
第1篇一、课程性质井巷工程施工课程是采矿工程、安全通风等专业的重要专业课之一，是研究井巷施工方法和施工技术的综合性课程。
本课程具有较强的实践性和应用性，旨在培养学生的实际操作能力、工程管理能力和创新意识。
二、课程内容1. 岩石性质与工程分级：介绍岩石的基本性质、工程分级方法及岩石力学特性，为学生进行井巷工程施工提供理论基础。
2. 爆破原理与爆破技术：讲解爆破的基本原理、爆破方法、爆破参数计算及爆破施工安全措施。
3. 巷道断面设计：介绍巷道断面设计的基本原则、设计方法及巷道断面形状的选择。
4. 水平岩石巷道施工：讲解水平岩石巷道施工的工艺流程、施工方法及施工质量控制。
5. 巷道支护：介绍巷道支护的基本原理、支护材料、支护设计及施工方法。
6. 巷道施工组织与管理：讲解巷道施工的组织形式、施工计划、施工调度及施工安全控制。
7. 上下山及采区煤仓施工：介绍上下山及采区煤仓的施工方法、施工质量控制及施工安全措施。
8. 松软岩石巷道施工及巷道修复：讲解松软岩石巷道施工的工艺流程、施工方法及巷道修复技术。
9. 硐室与交岔点设计与施工：介绍硐室与交岔点的结构形式、设计方法及施工技术。
10. 立井施工：讲解立井施工的基本原理、施工方法及施工质量控制。
三、教学要求1. 掌握井巷工程施工的基本原理、施工方法和技术。
2. 具备独立进行井巷工程设计、施工和管理的实际操作能力。
3. 具备良好的工程管理能力和安全意识。
4. 能够运用现代信息技术和先进设备进行井巷工程施工。
5. 具备创新意识和团队合作精神。
四、课程特点1. 实践性强：井巷工程施工课程注重理论与实践相结合，通过现场教学、实验、实习等方式，提高学生的实际操作能力。
2. 系统性强：课程内容涵盖了井巷工程施工的各个方面，使学生能够全面了解井巷工程施工的全过程。
3. 先进性：课程紧跟行业发展趋势，介绍新技术、新材料、新工艺，提高学生的创新能力。
总之，井巷工程施工课程是一门具有实践性、系统性和先进性的专业课程，对于培养采矿工程、安全通风等专业人才具有重要意义。
岩石性质及其工程分级
ＲＣ—岩石单向抗压强度，MPa； 10—单位为MPa；
岩石按坚固性分级
2．根据锚喷支护需要，按照煤矿岩层特点制 定的围岩分类。
3．美国采用的岩心质量指标分级法（R．Q．D） 即钻探时将钻孔中直接获取的岩心的总长 度，扣除破碎岩心和软弱夹泥的长度，再与钻 孔总进尺相比。具体计算岩心长度时，只计算 大于10cm的坚硬和完整的岩心，即：
表土：建井工作者把覆盖在地壳上部的第四纪沉积物成为表土， 也称为松散性岩石，如：黄土、流沙、粘土等。 基岩：表土以下的固结性岩石称为基岩、岩浆岩、沉积岩、变质 岩。(露出地表的基岩露头)
岩块：
泰山：仙人桥 世界地质公园
岩体：
峨眉山岩体崩塌
自然岩体景观
表土和基岩
二 岩石的物理性质
岩石是赋存在自然界中的十分复杂的杂质， 是自然界各种矿物的集合体
岩石的孔隙性
岩石的水理性质
岩石的水理性质指岩石与水相互作用时所表 现的性质，包括岩石的吸水性、透水性、软化性和 抗冻性。 吸水性：岩石在一定的试验条件下吸收水分的 能力； 透水性：在一定的水力梯度或压力差作用下， 岩石能被水透过的性质； 软化性：岩石浸水饱和后强度降低的性质； 抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的能力；
四
岩石的工程分级
一、岩石工程分级的必要性
二、分级方法
一、岩石工程分级的必要性：
按成因不同，将岩石分为岩浆岩、沉积岩、变质 岩三类，对于采掘工程来说，又要求对岩石进行定量 的区分，以便能正确地进行工程设计，合理地选用施 工方法、施工设备、机具与器材，准确地制定生产定 额和材抖消耗定额等。因此，提出了岩石工程分级与 岩体工程分类问题。
岩石的性质及其工程分级
引入
岩石是构成地壳表层岩石圈的主题，目前 人类前所未有、广泛地接触和改造岩体。 20世纪被誉为高层建筑的世纪，而21世纪 出于环境保护等方面的原因，人类将向地下索 取更多的空间，因此专家预言21世纪将是地下 工程的世纪，故我们有必要对岩石的物理性质、 力学性质及工程分级有一定的认识。
第一章岩石的性质及其工程分级
2、影响岩石性质的因素有哪些?
3、解释岩石碎胀性的意义和表示方式。
4、三向压力作用下岩石的变形和强度特征有哪些?
5、解释岩石可钻性和可爆性。
6、岩石工程分级的目的和意义是什么?常用哪些表 示方法?
7、画出岩石在静荷载情况下单向受压应力—应变 关系示意图，并叙述其特性？
（5）岩石的膨胀性
是软岩石表现出来的特征，是指软岩石浸水后
体积增大和相应的引起压力增大的性质。
（6）岩石的崩解性
是指软岩浸水后发生的解体现象。
四、.岩石的碎胀性
岩石破碎以后的体积将比整体状态下 增大，这种性质成为岩石的碎胀性
用碎胀系数表示 K V1
V
V1—岩石破碎后处于松散状态下的体
一、岩石的变形特征
（一）静载荷作用下两个发展阶段
变形：岩石在外荷载作用下，首先是组成岩石的基本微粒之 间的相对位置的变形，可称为变形。
破坏：随着作用的荷载不断增大，或者荷载达到某一数值而 恒定保持下去，便会导致岩石的破坏。
外荷载的分类
静荷载：岩石本身周围的压力
按外荷载的作用性质{
表
二、岩石的孔隙性
岩石的孔隙性：是指岩石的裂隙和孔隙发育程度，通常用孔隙 度n和孔隙比e来表示。
岩石的孔隙度n：是指岩石试件内各种裂隙，孔隙的体积总和 与试件总体积之比。
岩石的孔隙比e：是指岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和 与试件内固体矿物颗粒体积之比。
意义： 岩石的孔隙度增大 岩体本身整体性下降 强度降低 透水性增大 由于存在着孔隙 加快岩石的风化速度，从而又增大 了岩石的透水性
（四）、动荷载下岩石的变形特征
无论是冲击式凿岩机凿碎还是爆破破碎岩石，岩石承 受的外力都不是静荷载而是一种冲击荷载。
3、解释岩石碎胀性的意义和表示方式。
4、三向压力作用下岩石的变形和强度特征有哪些?
5、解释岩石可钻性和可爆性。
6、岩石工程分级的目的和意义是什么?常用哪些表 示方法?
7、画出岩石在静荷载情况下单向受压应力—应变 关系示意图，并叙述其特性？
（5）岩石的膨胀性
是软岩石表现出来的特征，是指软岩石浸水后
体积增大和相应的引起压力增大的性质。
（6）岩石的崩解性
是指软岩浸水后发生的解体现象。
四、.岩石的碎胀性
岩石破碎以后的体积将比整体状态下 增大，这种性质成为岩石的碎胀性
用碎胀系数表示 K V1
V
V1—岩石破碎后处于松散状态下的体
一、岩石的变形特征
（一）静载荷作用下两个发展阶段
变形：岩石在外荷载作用下，首先是组成岩石的基本微粒之 间的相对位置的变形，可称为变形。
破坏：随着作用的荷载不断增大，或者荷载达到某一数值而 恒定保持下去，便会导致岩石的破坏。
外荷载的分类
静荷载：岩石本身周围的压力
按外荷载的作用性质{
表
二、岩石的孔隙性
岩石的孔隙性：是指岩石的裂隙和孔隙发育程度，通常用孔隙 度n和孔隙比e来表示。
岩石的孔隙度n：是指岩石试件内各种裂隙，孔隙的体积总和 与试件总体积之比。
岩石的孔隙比e：是指岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和 与试件内固体矿物颗粒体积之比。
意义： 岩石的孔隙度增大 岩体本身整体性下降 强度降低 透水性增大 由于存在着孔隙 加快岩石的风化速度，从而又增大 了岩石的透水性
（四）、动荷载下岩石的变形特征
无论是冲击式凿岩机凿碎还是爆破破碎岩石，岩石承 受的外力都不是静荷载而是一种冲击荷载。
1.5 岩石的工程性质及工程分类
变形性质
OA段：裂隙压密阶段 AB段：弹性变形阶段 BC段：塑性变形、裂
隙扩展阶段
岩石变形性质的指标
变形模量 弹性模量 泊松比
E0=σ/ε
E50=σ50/εD
ν= ε /ε
横纵
常见岩石的变形特性指标
岩石名称
E
(×104 MPa)
ν 岩石名称
花岗岩 流纹岩 闪长岩 安山岩 辉长岩 玄武岩 砂岩
5~10 5~10 7~15 5~12 7~15 6~12 0.5~10
野外试验 10−4 ~ 10−9
10−2 ~ 10−7
1×10−3 ~ 3×10−8
10−8 ~ 10−11 10−3 ~ 10−7
10−3 ~ 10−7 2 ×10−7
岩石的软化性
软化性用软化系数来表示，它是指岩石 饱和状态下与天然风干状态下单轴抗压强度 之比，即：
KR
=
Rc R
软化性取决于岩石中的矿物成分和孔隙性。
岩石名称 花岗岩 流纹岩 玄武岩 闪长岩 安山岩
辉绿岩
凝灰岩 砾岩 砂岩 页岩
软化系数
0.72~0.97 0.75~0.95 0.30~0.95 0.60~0.80 0.81~0.91
0.33~0.90
0.52~0.86 0.50~0.96 0.21~0.75 0.24~0.74
岩石名称
软化系数
泥灰岩 石灰岩 泥岩 硅质板岩 石英片岩、角闪片
岩石名称
容重
岩石名称
容重
花岗岩 闪长岩 辉长岩 辉绿岩 砂岩 页岩
2.52~2.81 2.67~2.96 2.85~3.12 2.80~3.11 2.17~2.70 2.06~2.66
石灰岩 白云岩 片麻岩 片岩 大理岩 板岩
第一章 岩石性质与工程分级
91×61×25m第一章岩石的性质及工程分类井巷工程的最基本工作就是破岩与维护。
因此，在这一章主要讲述岩石的一些基本性质，包括岩石的物理性质和力学性质，为破岩与维护的基础知识；另外，围岩的工程分级一直是工程设计的基本依据之一，将在本章的最后进行讲授。
本章的重点应是围岩分级。
本章主要参考书第一节概述Rock mechanics is thetheoretical and applied scienceof the mechanical behaviour ofrock and rock masses; it is thatbranch of mechanics concernedwith the response of rock androck masses to the force fieldsof their physical environment.岩石力学是研究岩石的力学性状的一门理论和应用科学，它是力学的一个分支，是探讨岩石对其周围物理环境中力场的反应。
US National Committee on Rock Mechanics, 19641. 岩块、岩体和岩石♣岩块（Rock）：从地壳岩层中切取出来的小块体，通常是指岩石材料（Rock Materials）。
♣岩体（Rock Mass）：指岩石工程周围较大范围内的自然地质体岩体＝岩块（岩石材料）＋弱面（层理、节理、断层）Rock mass = Rock material + Rock discontinuities♣岩石：不分岩块与岩体时的泛称。
岩块（Rock）性质：强度：抗压强度、抗拉强度、剪切强度等；变形：弹性模量、泊松比；矿物：矿物成分、颗粒大小、结构等；物理性质：密度、水理性、孔隙性等。
弱面(Discontinuities)性质弱面包括层理、节理、断层等。
性质包括：剪切强度、方位、距离、硬度、张开度、充填性、风化性、粗糙性等岩石材料的性质对岩体性质影响很小，而弱面控制着岩体的性质例如：岩体压缩时，破坏是沿着已存在的弱面发生的；在拉伸时，由于弱面的存在，强度很小。
第一章岩石的性质及其工程分级
（3）岩块
——从地壳中切取出来的小块体，不包含软弱面（岩体中的地质 遗迹、层理、节理、断层、裂隙面），近似认为各向同性的连续介 质。
第四页，共75页
1.1概述
（4）弱面 ——层理、节理、断面及裂隙面与所研究岩体的岩块比较,具有 强度低、易变形的特点,称为弱面。
岩体与岩块的差异： 岩体的强度小，岩块的强度大； 岩块的各向同性与岩体的各向异性。
• 1.3.2 岩石强度理论 • 1.3.3 岩石的硬度 • 1.3.4 岩石的可钻性与可爆性
第二十二页，共75页
第二十三页，共75页
1.3.1 岩石的变形特征
• 1）岩石的弹性和塑性
•
岩石受力后既可能出现弹性变形，也可能出现塑性变形，
而且弹性变形和塑性变形往往同时出现。
•
岩石的弹性是指在力的作用下，岩石改变形状和体积，
第十一页，共75页
1.2.1 岩石的相对密度和密度
1）相对密度(曾称比重)
岩石的相对密度是指岩石固体实体积(不包括孔隙体积)的质量与同体积 水的质量的比值。
计算公式为：
式中：
G d
VcW
d —岩石的相对密度(无量纲量);
G—绝对干燥时体积为VC的岩石质量，g； VC—岩石固体实体积(不包括孔隙体积) ，cm3； ρW—水的密度，g／cm3。
岩石名称 胀碎系数K
表 1—2 几种岩石的碎胀系数
砂、砾石 1.05~1.2
砂质粘土 1.2~1.25
中硬岩石 1.3~1.5
坚硬岩石 1.5~2.5
第十九页，共75页
1.2.4 岩石的碎胀性
（3）影响碎胀系数大小的因素
岩石的物理性质、破碎后的块度大小及其排列状态。
（4）残余碎胀系数K' —岩石破碎后经过压实的总体积V1 '与原岩破碎前整体状态
——从地壳中切取出来的小块体，不包含软弱面（岩体中的地质 遗迹、层理、节理、断层、裂隙面），近似认为各向同性的连续介 质。
第四页，共75页
1.1概述
（4）弱面 ——层理、节理、断面及裂隙面与所研究岩体的岩块比较,具有 强度低、易变形的特点,称为弱面。
岩体与岩块的差异： 岩体的强度小，岩块的强度大； 岩块的各向同性与岩体的各向异性。
• 1.3.2 岩石强度理论 • 1.3.3 岩石的硬度 • 1.3.4 岩石的可钻性与可爆性
第二十二页，共75页
第二十三页，共75页
1.3.1 岩石的变形特征
• 1）岩石的弹性和塑性
•
岩石受力后既可能出现弹性变形，也可能出现塑性变形，
而且弹性变形和塑性变形往往同时出现。
•
岩石的弹性是指在力的作用下，岩石改变形状和体积，
第十一页，共75页
1.2.1 岩石的相对密度和密度
1）相对密度(曾称比重)
岩石的相对密度是指岩石固体实体积(不包括孔隙体积)的质量与同体积 水的质量的比值。
计算公式为：
式中：
G d
VcW
d —岩石的相对密度(无量纲量);
G—绝对干燥时体积为VC的岩石质量，g； VC—岩石固体实体积(不包括孔隙体积) ，cm3； ρW—水的密度，g／cm3。
岩石名称 胀碎系数K
表 1—2 几种岩石的碎胀系数
砂、砾石 1.05~1.2
砂质粘土 1.2~1.25
中硬岩石 1.3~1.5
坚硬岩石 1.5~2.5
第十九页，共75页
1.2.4 岩石的碎胀性
（3）影响碎胀系数大小的因素
岩石的物理性质、破碎后的块度大小及其排列状态。
（4）残余碎胀系数K' —岩石破碎后经过压实的总体积V1 '与原岩破碎前整体状态
第01章岩石的性质与分级
表1—3 煤矿中常见岩石的碎胀系数和残余碎胀系数
岩石名称
碎胀系数
残余碎胀系数
砂
1.06~1.15
1.01~1.03
粘土
＜1．20
1.03~1.07
碎煤
＜1．20
1.05
泥质页岩
1.40
1.10
砂质页岩
1.60~1.80
1.10~1.15
硬砂岩
1.50~1.80
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§1.1 岩石的物理性质
Rg——岩石试件在干燥状态下的单向抗压强度，MPa。
岩石浸水后的软化程度，与岩石中亲水性矿物和易溶性矿物的含量、空隙发育情况、水的化学成分以及岩石浸水时
间的长短等因素有关，亲水矿物和易溶矿物含量越多，开口空隙越发育，岩石浸水时间越长，则岩石浸水后强度降
低程度越大。
研究岩石的软化系数对用高压注水软化方法控制坚硬难冒顶板有着重要意义。煤矿中常见岩石的软化系数见表1—4。
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11
§1.1 岩石的物理性质
二、岩石的密度和表观密度
岩石的密度是指在绝对密实状态下，单位体
积内岩石的质量。岩石的密度按下式计算：
ρ＝m/V
(1—1)
ρ——岩石的密度，g/m3； m——岩石在干燥状态下的质量，g； V——岩石在绝对密实状态下的体积，指不包 含岩石内部孔隙的实体积，cm3。
岩石的软化性是指岩石浸水后的强度明显降低的特征，用软化系数来表示。即用吸水饱和状态下岩石试件的单向抗
压强度与干燥岩石试件单向抗压强度的比值来表示水分对岩石强度的影响程度。岩石的软化系数按下式计算：
KR＝Rb/Rg
(1—5)
式中 KR——岩石的软化系数；
工程爆破中的岩石力学性质与分级
石英斑岩 极致密硅质砂岩 致密花岗岩、坚固铁矿石 致密砂岩和石灰岩
砂岩 砂质页岩 不坚固的砂岩和石灰岩 页岩、致密泥质岩
软页岩 无烟煤 致密粘土、软质煤岩 浮石、凝灰岩
—
2.2.3 爆破漏斗等综合分级
东北大学在上世纪80年代提出的岩石爆破性分级的判据，是在考虑 爆破材料、参数、工艺等一定的条件下进行现场爆破漏斗试验和声波测 定所获得的，通过计算出岩石爆破性指数，综合评价岩石的爆破性，并 进行岩石爆破性分级。
第2章 岩石力学性质与分级
2.1 影响岩石凿岩爆破性的因素 2.2 岩石凿岩爆破性的判据和分级 2.3 岩石的可钻性 2.4 可钻性与磨蚀性的关系
本章内容提要
岩石和矿岩是工程爆破的工作对象。要有效地开展工程爆 破工作，必须先了解岩石的基本性质，主要是与工程爆破有关 的物理性质和力学性质，同时 要掌握工程爆破中岩石性质的 表达方式—岩石的分级。
（1）测定方法
①爆破漏斗与块度的测定
②声测法
（2)岩石爆破性指数
根据爆破漏斗体积、大块率、小块率、平均合格率和岩体波 阻抗的大量数据，运用数理统计的多元回归分析，通过计算机运 算，最终求得岩石爆破性指数 N
N
ln
e67.22.K17.42 (1.01)(C)2.03
e K K 38.44V 1.89 4.75
表2-1 几种典型岩石的物理力学特性
2.1.1岩石的结构构造
矿物是构成岩石的主要成分，矿物颗粒愈细、密度愈大，愈坚固，则 愈难于爆破破碎。
岩石中矿物的结晶程度，晶粒大小，晶体形状及其之间的组合关系， 结构决定了岩石内部的连接情况，直接影响岩石的物理力学性质。
一般矿物晶粒愈细，愈致密，强度越大，凿爆越难，沉积岩还与胶结 成分有关；硅质，泥质不同，硅质页岩与炭质页岩不同。变质岩的组分和 结构与变质程度有关，一般变质程度高、致密的变质岩比较坚固，较难爆 破，反之则易爆破。
砂岩 砂质页岩 不坚固的砂岩和石灰岩 页岩、致密泥质岩
软页岩 无烟煤 致密粘土、软质煤岩 浮石、凝灰岩
—
2.2.3 爆破漏斗等综合分级
东北大学在上世纪80年代提出的岩石爆破性分级的判据，是在考虑 爆破材料、参数、工艺等一定的条件下进行现场爆破漏斗试验和声波测 定所获得的，通过计算出岩石爆破性指数，综合评价岩石的爆破性，并 进行岩石爆破性分级。
第2章 岩石力学性质与分级
2.1 影响岩石凿岩爆破性的因素 2.2 岩石凿岩爆破性的判据和分级 2.3 岩石的可钻性 2.4 可钻性与磨蚀性的关系
本章内容提要
岩石和矿岩是工程爆破的工作对象。要有效地开展工程爆 破工作，必须先了解岩石的基本性质，主要是与工程爆破有关 的物理性质和力学性质，同时 要掌握工程爆破中岩石性质的 表达方式—岩石的分级。
（1）测定方法
①爆破漏斗与块度的测定
②声测法
（2)岩石爆破性指数
根据爆破漏斗体积、大块率、小块率、平均合格率和岩体波 阻抗的大量数据，运用数理统计的多元回归分析，通过计算机运 算，最终求得岩石爆破性指数 N
N
ln
e67.22.K17.42 (1.01)(C)2.03
e K K 38.44V 1.89 4.75
表2-1 几种典型岩石的物理力学特性
2.1.1岩石的结构构造
矿物是构成岩石的主要成分，矿物颗粒愈细、密度愈大，愈坚固，则 愈难于爆破破碎。
岩石中矿物的结晶程度，晶粒大小，晶体形状及其之间的组合关系， 结构决定了岩石内部的连接情况，直接影响岩石的物理力学性质。
一般矿物晶粒愈细，愈致密，强度越大，凿爆越难，沉积岩还与胶结 成分有关；硅质，泥质不同，硅质页岩与炭质页岩不同。变质岩的组分和 结构与变质程度有关，一般变质程度高、致密的变质岩比较坚固，较难爆 破，反之则易爆破。
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土类矿物意义重大。取决于矿物成分、孔隙度和含水量。
与埋深也有关。
二、岩石的孔隙性
指岩石的裂隙和孔隙发育的程度，用孔隙度n和孔隙比e来表示。
n V Vc 100% V
V Vc e 100% Vc
随着岩石孔隙度增大，一方面消弱了岩石的整体稳定性， 使其密度和强度降低，透水性增大；另一方面会增加风
4.岩石的硬度：岩石抵抗其他较硬物体侵入的能力。 5.岩石的可钻性与可爆性
第四节 岩体工程分类
为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供
必要的基本依据。
便于施工方法的总结、交流、推广。
便于行业内技术改革和管理。
分类指标：
岩石强度：单轴抗压强度为岩体稳定性评价的重要指标。 结构面内物质成分等。 水对岩体的影响：水对岩体稳定性有着重要的影响。岩体 遇水后可以发生泥化、崩解、碎裂，致使岩体膨胀并大大 降低强度。
围岩类别 小松 动圈 I
分类名称 稳定围岩
围岩松动圈 /cm 0～40
支护机理及方法 喷混凝土支护
备注 围岩整体性好，不 易风化的可不支护
Ⅱ
中松 动圈 Ⅲ Ⅳ 大松 动圈
较稳定围岩
一般围岩
40～100
100～150 150～200
锚杆悬吊理论，喷层局部支护
锚杆悬吊理论，喷层局部支护
局部锚杆支护
刚性支护有局部破 坏，采用可缩性支护
O
衍 射角 度 (单位 : 度)
第二节 岩石物理性质
一、岩石的ห้องสมุดไป่ตู้重与容重
相对密度（比重）：取决于组 成岩石的矿物的相对密度。
绝对干燥时体积为Vc的岩石质量G 比重＝ 岩石固体实体积Vc 水的密度 w
容重（kN/m3）。分为干
容重和湿容重。
c
W V
W1 V
说明：岩石由固体、空气和水组成；干湿容重的区分对粘
软岩： f ＝2～3
中硬岩： f ＝4～6 硬岩： f ＝8～10 坚硬岩石： f ＝12～14 最坚硬岩石： f ＝15～20
2.岩芯质量指标
Rock Quality Designation Index
美国伊利诺斯大学狄勒（ Deere ）在 1964 年形成该标准，但 直到1967年才以出版的形式首次提出该概念。
2、透水性：岩石能被水透过的性能。与地下水水头、岩体
应力、孔隙度、孔隙大小及其连通程度有关。
岩石样品渗透性的确定对实际问题的意义，例如：将水、 油或气泵入多孔的岩层中，或从其中抽出来；在多孔岩层
中处理卤水废物；为了能量转换而在地下洞穴中贮存液体；
评价水库的不透水性；排除深处洞室的海水，或预估流入 隧洞的水量等。
巷道维护状况 围岩平均变形速度， mm/d 围岩变形量，mm
容易 中等 困难 极难
＜1 1~2 2~4 ＞4
＜200 200~500 500~1000 ＞1000
中国煤炭科学研究院建井所段振西教授提出以围岩的 变形量大小分类围岩的理论及方法
5. 按施工需要分类
1988 年 ， 煤
炭工业部根
3、溶蚀性：由于水化学作用而把岩石中某些物质带走的现象。
4、膨胀性和崩解性：前者是指岩石浸水后体积增大和压力增大 的性能；后者是指浸水后发生解体的现象。 5、软化性
水饱和岩石试件的单向 抗压强度 Rcw 软化系数 c 1 干燥岩石试件的单向抗 压强度Rc
四、岩石的碎胀性
岩石破碎膨胀后的体积V1 岩石的碎胀系数K＝ 岩石处于完整状态时的体积V
面发生的；在拉伸时，由于弱面的存在，强度很小。 表土：指覆盖在地壳上部的第四纪沉积物如黄土、粘土、 流砂、淤泥、砾石等。
基岩：表土以下固结性岩石的统称。
煤系地层中最常遇到的是各种沉积岩，如砂岩，泥岩、 石灰岩、页岩等。
1000 900
Q
K: 高 岭石（ 多） Q: 石英 （ 多） I: 伊 利石 I/M: 伊 蒙 混 层 S: 菱铁矿（ 少） P: 黄 铁 矿（ 少） O: 其 它（ 少）
据 全 国 58 条 试验巷道的 地质特征、 井巷开拓后 围岩的稳定 状态，共为 五类：
本章思考题
岩石、岩块、岩体的区别与联系。
表示岩石物理性质的主要指标有哪些？各对岩体力学性质
的有什么影响？ 什么是岩石的全应力－应变曲线？简述岩石在单轴压缩条 件下的变形特征？ 如何得到岩石的坚固性系数f ？什么是RQD分级法？ 根据围岩松动圈的大小，围岩可划分为几类？这种分级法 有何优点？
化速度。进一步降低力学强度和增大透水性。
三、岩石的水理性质（吸水率、透水性、溶蚀性、软化性、膨胀性和崩解性）
1、吸水率
岩石试件在大气压力下 吸入水的质量 g 试件烘干质量 G
吸水率 ＝
岩石吸水率大小取决于岩石中的孔隙、裂隙数量和大小、开 裂程度及其分布情况，并且与试验条件有关。时间和尺寸均
有影响。
一般不稳定围 岩(软岩)
不稳定围岩 (较软围岩) 极不稳定围岩 (极软围岩)
锚杆组合拱理论，喷层、 金属网局部支护
锚杆组合拱理论，喷层、 金属网局部支护 组合拱理论 联合支护
刚性支护大面积破 坏，采用可缩性支护 围岩变形有稳定期
围岩变形在一般支 护下无稳定期
Ⅴ
200～300
Ⅵ
>300
围岩松动圈分类有三个突出优点：（1）绕过了地应力、围
研究岩石的力学性质主要研究岩石的变形、破
坏和强度等性质。
1. 岩石的单轴压缩全应力—应变曲线
裂隙闭合阶段、线弹性阶段、塑性阶段、软化阶段、扩容。
2.岩石在三轴压缩条件下的力学性质
3.岩石的强度：岩石抵抗外力破坏的能力。
单向抗压强度
单向抗拉强度 剪切强度 三轴压缩 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＞单向抗弯强度＞单向抗拉强度
第一章 岩石的性质及工程分类
井巷施工技术的最基本工作就是破岩与维护。因此， 在这一章主要讲述岩石的物理性质和力学性质，为
破岩与井巷维护准备基础知识；另外，围岩的工程
分级一直是工程设计的基本依据之一。 本章的重点是岩石的力学性质和围岩分级。
第一节
概述
岩石：是由一种或多种矿物组成的。每种矿物都有一定的内部
RQD 是一修正的岩芯取出率，仅考
虑长度大于100mm的完整岩芯。
RQD （%） 岩石质 量
﹤25
很差
25～50
差
50～75
一般
75～90
好
90～ 100 优秀
3. 围岩松动圈分类法
掘巷后：（1）巷道周边应力集中；（2）围岩强度降小（三
向应力状态→两向应力状态）（3）开挖扰动等
围岩应力与围岩强度的关系发生变化（超过则破坏，等于 为极限平衡，小于则稳定）；
红旗渠，引漳入林工程，被世人称之为“人工天河”，在国际上被誉
为“世界第八大奇迹”。1960年2月动工，至1969年7月支渠配套工程 全面完成，历时十年余。它以浊漳河为源，在山西省境内的平顺县石 城镇侯壁断下设坝截流，将漳河水引入林州。削平了1250座山头，架 设151座渡槽，开凿211个隧洞，修建各种建筑物12408座，挖砌土石达 2225万m3。如把这些土石垒筑成高2 m，宽3 m的墙，可纵贯祖国南北， 把广州与哈尔滨连接起来。 总干渠高4.3 m，宽8 m，长70.6 km。
结构面：结构面的研究应包括组数、密度、产状、延展性、
原岩应力状态：对岩体稳定性影响最大的是最大主应力。
在缺乏地应力资料时，可选用γH值。
1.普氏系数分类法
普罗托奇亚可夫于1926年提出： f 见表1-6。
c
10
共划分为10级15种，
我国煤炭系统按岩石坚固性将煤岩分类为：
软煤： f ＝1～1.5 硬煤： f ＝2～3
岩强度、结构面性质测定等困难问题，但又着重抓住了它 们的影响结果，即松动圈是一个综合指标；（2）松动圈系 实测所得，未在重要方面作任何假设；（3）松动圈大小很 容易用声测法获得，确定支护参数时直观简单，现场应用 十分方便。
煤巷围岩塑性区分布
4. 按围岩变形量分类
陆士良教授根据围岩变形量的大小和维护的难易程度，将回 采巷道围岩分为五类：
岩石名称 碎胀系数 k 砂、砾岩 1.05~1.2 砂质粘土 1.2~1.25 中硬岩石 1.3~1.5 坚硬岩石 1.5~2.5 煤 < 1.2
意义：采场管理、提升运输、充填效果、围岩压力等。
第三节 岩石力学性质
岩石力学性质：分为变形性质和强度性质。 变形性质体现尺寸效应；强度性质表现抵抗外 力破坏的能力。
结构和固定的化学成份，因而各具有一定的物理性质和形态。
岩块：从地壳岩层中切取出来
的小块体，通常是指岩石材料。
岩体：指岩石工程周围较大范 围内的自然地质体 。
岩体＝岩块（岩石材料）＋ 弱面（层理、节理、断层）
岩石材料的性质对岩体性质影响很小，而弱面控制着岩
体的性质。例如：岩体压缩时，破坏是沿着已存在的弱
衍 射强 度 (单位 : 每 秒脉冲 数 )
800 700 600 500 400 300 200 100 0 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45
K Q
K
K K K I Q K KK Q Q Q K Q K Q K K Q S K Q QK K K O P
50 55 60 65
I/M I