岩石基本力學特性與工程分級
岩石基本力學特性與工程分級岩石是由一種或幾種礦物顆粒組成的集合體。大範圍的岩石稱為岩體。 岩石是井巷施工的主要對象，它的物理力學性質對鑿爆破及支護有很大影響。 一、構造 岩體的非均質性、岩石的層理性以及岩石的裂隙性是岩石最突出的結構特性。 均質性好的岩石強度高，透水性差，對掘進安全施工有利;均質性差的岩石則強度差，透水性好，對掘進施工安全利。 岩石的層理性是煤岩的重要構造特征。垂直層理麵方向的岩石抗壓強度大於平行層理麵方向的岩石抗壓強度，二者比值，岩石約為1.3，煤約為1.5。層理麵方向不同，巷道冒頂的開關也不同。 岩體的裂隙性對巷道施工安全影響最大，岩體內由於存在著大大小小的裂隙（原生裂隙與次生裂隙），在岩體中就形成了明顯的弱麵，所以在掘進過程中，經常會在沒有預兆的情況下，發生冒頂02manbetx.com 。同時，裂隙也是導水和泄出瓦斯的通道。 節理和裂隙發育的岩石，鑽眼時很容易夾釺子並會不同程度地降低爆破效果等。 二、岩石的辦學性質 岩石的辦學性質是指岩石在靜力或動力的作用下所產生的岩石的變形特征。包括：應力一應變一時間關係的全過程;岩石的強度特性，如抗拉強度、抗壓強度、抗剪強度;岩石的動力性質，如波在岩石中傳播的特征等所表現的一些性能。這些性能，不僅取決於的成分和結構等因素，還與岩石的受力條件有很大關係。 （一）岩石的變形特征 岩石的變形特征，反映岩石在載荷作用下改變自己的形狀或體積直至破壞的情況。岩石在載荷作用下，首先發生變形，當載荷增大或者超過某一數值（極限強度）時，就會導致岩石的破壞。就是說，變形階段包含著岩石破壞因素，而破壞則是不斷變形的結果。 根據受力情況不同，岩石的變形有以下幾種狀態： （1）彈性變形。岩石在載荷作用下，改變自己的形狀或體積，當去掉載荷以後，又能恢複其原來形狀或體積，這種變形稱作彈性變形。如井下石灰岩板受壓彎曲，在岩層折斷後，會出現彈性恢複。 （2）塑料變形。岩石在載荷作用下發生變形，當去掉載荷後變形不能恢複，這種變形稱作塑料變形。如在軟岩中掘進巷道時出現的底鼓，就是明顯的塑性變形。 （3）脆性破壞。岩石在載荷作用下，沒有明顯的塑性變形就突然破壞，這種破壞稱作脆性破壞，這種岩石稱作脆性岩石。煤礦井下大部分岩石均為脆性岩石。 （4）彈、塑性變形。岩石同時具有彈性變形和塑變形，這種變形稱作岩石的彈、塑性變形。煤礦巷道、硐室周圍的煤或岩體處於三向（或雙向）受力狀態，發生破壞後，雖然其結構發生了變化，但仍然保留一定的承載能力，其側向應力愈大，其殘餘強度也愈大。這個規律對於在井下控製煤柱和岩體的穩定性很有現實意義。 （5）流變。許多岩石的變形並非在一瞬間完成，它與時間有密切關係。通常把岩石在長期載荷作用下的應力應變隨時間而變化的性質稱為岩石的流變性。不同的岩石，其流變速率差異很大。如位於軟岩中的巷道，由於軟岩流變速率大，開掘後，巷道斷麵很快就會縮小到難以通行;而位於堅硬岩石（如石灰岩）中的巷道可以不支護，也能保證安全生產。 岩石的流變性質可分為蠕變、彈性後效和鬆弛幾類。 ① 蠕變，是指在恒定載荷持續作用下，應變隨時間增長而變化的現象。它又可分為穩定蠕變和不穩定蠕變兩類。穩定蠕定是指岩石在恒定載荷作用下，應變量增加，然後逐漸減緩，最後趨於穩定值;不穩定蠕定是指岩石在恒定載荷作用下，應變量隨時間增長而不斷增加，直到岩石破壞。如立井井筒在馬頭門上10m～15m處經常裂，多是蠕變的結果。 ②彈性後效，是指岩石加載後需要經過一琮時間後，彈性變形才能完全恢複的現象。 ③鬆弛，是指在變形量一定的條件下，應力隨時間的持續而逐漸減少的現象。 （二）岩石的強度特性 岩石的強度特性反映岩石抵抗破壞的能力。用單位麵積上所受的力的大小來表示，其單位為Pa(帕)。岩石強度的大小，一般按下列順序排列： 三向等壓>三向非等壓>雙向等壓>單向等壓>剪切>彎曲>單向拉伸 一般岩石的單向抗拉強度僅為單向抗壓強度的1/5～1/30，雙向抗壓強度為單向抗壓強度的1.5～2.0倍。 岩石的強度越高，其抵抗外力使其變形、破壞的能力越強，則巷道就越穩定。有的巷道處在強度較高的圍岩中，不支護（裸巷）就可維持巷道的穩定。 （三） 岩石的破壞特性 岩石的破壞方式主要是拉斷、剪斷、塑性變形等。在井巷掘進施工中，常見的破壞方式有：較軟岩體出現曲線形破裂麵，堅硬岩體沿結構麵滑動，脆性岩體出現突然岩塊工張拉破裂;堅固岩層內夾有軟岩層時，軟弱夾層呈現塑性擠出的破壞。 三、岩石的工程分級 為了能有效地破岩和合理地進行井巷維護，就必須在研究岩石與岩體的物理力學性質的基礎上製定出岩石的工程分類，並以此作為選擇破岩和井巷維護方法的科不這依據。 岩石工程分級方法較多。我國煤礦常用的是按岩石堅固性和圍岩穩定性對岩石進行分級、分類。 按岩石堅固性進行分級的方法，即普氏分級方法，至今仍然使用。普氏認為，岩石的堅固性對於各種破岩方法的表現是趨於一致的，因此普氏提出一個表示岩石堅固性的綜合指標“岩石的堅固係數ƒ”,並以此來表示岩石破壞的相對難易程度。
