礦物資源工程專業(yè)采礦方向課程試驗(yàn)指導(dǎo)書-西安建筑科技大學(xué)

1、礦物資源工程專業(yè)（采礦方向）專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書西安建筑科技大學(xué)材料與礦資學(xué)院礦物資源工程實(shí)驗(yàn)室目 錄地質(zhì)學(xué)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)一：礦物的物理性質(zhì)1實(shí)驗(yàn)二：巖石分類及形成條件2實(shí)驗(yàn)三：地質(zhì)構(gòu)造認(rèn)識4實(shí)驗(yàn)四：地形地質(zhì)圖讀圖與剖面的制作5實(shí)驗(yàn)五： MAPGIS的應(yīng)用7金屬礦床地下開采實(shí)驗(yàn)10實(shí)驗(yàn)一 地下開采開拓系統(tǒng)物理模型10實(shí)驗(yàn)二 放礦橢球體實(shí)驗(yàn)12實(shí)驗(yàn)三 覆巖下放礦實(shí)驗(yàn)13金屬礦床露天開采實(shí)驗(yàn)15實(shí)驗(yàn)一 露天開采開拓系統(tǒng)物理模型15礦山巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)16實(shí)驗(yàn)一 石物理性質(zhì)實(shí)驗(yàn)16實(shí)驗(yàn)二 巖石單軸抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)18實(shí)驗(yàn)三 巖石變角剪切實(shí)驗(yàn)21實(shí)驗(yàn)四 巖石抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)24實(shí)驗(yàn)五 巖石聲波檢測實(shí)驗(yàn)27實(shí)驗(yàn)六 巖石點(diǎn)

2、荷載強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)30實(shí)驗(yàn)七 巖石的三軸壓縮實(shí)驗(yàn)33爆破工程實(shí)驗(yàn)37實(shí)驗(yàn)一 爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及連接37實(shí)驗(yàn)二 沖擊震動(dòng)測試39礦井通風(fēng)實(shí)驗(yàn)41實(shí)驗(yàn)一 礦井大氣主要參數(shù)測定41實(shí)驗(yàn)二 通風(fēng)管道中風(fēng)流點(diǎn)壓力測定42實(shí)驗(yàn)三 礦井通風(fēng)裝置綜合檢測46I地質(zhì)學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一：礦物的物理性質(zhì)一、目的要求（一）熟悉與掌握用肉眼鑒定礦物的方法。（二）熟練掌握常見礦物的形態(tài)特征及物理性質(zhì)特征，并據(jù)此鑒別礦物。（三）為鑒定巖石打下基礎(chǔ)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容鑒定下列礦物：1、單質(zhì)自然銅、石墨、自然金；2、氧化物石英、赤鐵礦、磁鐵礦；3、碳酸鹽方解石、白云石、孔雀石；4、硫化物方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦、黃銅礦；5、鹵化物螢石；6、硅酸鹽鉀長

3、石、斜長石、黑云母、橄欖石、石榴石、普通輝石、普通角閃石；7、硫酸鹽石膏、重晶石；8、磷酸鹽磷灰石。三、實(shí)驗(yàn)方法（一）肉眼觀察礦物的形態(tài)和物理性質(zhì)（如顏色、光澤、透明度、條痕、解理、斷口等），對礦物進(jìn)行鑒定。（二）憑簡單的工具（小刀、鋼針、放大鏡等），簡易藥品（鹽酸、鉬酸銨等）來分辯礦物，對礦物進(jìn)行鑒定。（三）對照教材中“常見礦物肉眼鑒定特征表”對礦物進(jìn)行鑒定，達(dá)到認(rèn)識礦物的目的。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告重點(diǎn)描述下列礦物的主要鑒定特征，并填寫報(bào)告書。橄欖石、普通輝石、方解石、石英、磁鐵礦、黃銅礦、黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、螢石、黑云母、角閃石。1實(shí)驗(yàn)二：巖石分類及形成條件一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅海ㄒ唬W(xué)習(xí)肉眼鑒定

4、巖石的步驟和方法。（二）觀察和掌握巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及其主要特點(diǎn)。（三）通過對巖石標(biāo)本的詳細(xì)觀察和描述，了解巖石的簡單分類及掌握常見巖石的基本特征。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：（一）巖石的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)造1、巖漿巖的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)造（1）巖漿巖的結(jié)構(gòu)等粒結(jié)構(gòu)、斑狀結(jié)構(gòu)、偉晶結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)。（2）巖漿巖的構(gòu)造塊狀構(gòu)造、流紋狀構(gòu)造、 氣孔狀構(gòu)造和杏仁狀構(gòu)造。2、沉積巖的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)造（1）沉積巖的結(jié)構(gòu)角礫狀結(jié)構(gòu)、礫狀結(jié)構(gòu)、砂狀結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、鮞狀結(jié)構(gòu)、竹葉狀結(jié)構(gòu)。（2）沉積巖的構(gòu)造層狀構(gòu)造、頁片狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造。3、變質(zhì)巖的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)造（1）變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)變余結(jié)構(gòu)、變晶結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)。（2）變質(zhì)巖的

5、構(gòu)造片理構(gòu)造（包括板狀、千枚狀、片狀及片麻狀等構(gòu)造）、塊狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、斑點(diǎn)狀構(gòu)造。（二）巖石的主要類型1、巖漿巖的主要類型（1）超基性巖橄欖巖；（2）基性巖輝長巖、輝綠巖、玄武巖；（3）中性巖閃長巖、閃長玢巖、安山巖；（4）酸性巖花崗巖、花崗斑巖、流紋巖。2、沉積巖的主要類型（1）碎屑巖類礫巖、砂巖、火山角礫巖、凝灰?guī)r；2（2）粘土巖類頁巖；（3）化學(xué)巖及生物化學(xué)巖類石灰?guī)r、白云巖、硅質(zhì)巖。3、變質(zhì)巖的主要類型（1）區(qū)域變質(zhì)巖板巖、片麻巖、大理巖、石英巖；（2）接觸變質(zhì)巖矽卡巖；（3）動(dòng)力變質(zhì)巖構(gòu)造角礫巖。三、實(shí)驗(yàn)方法：（一）觀察巖石的顏色。（二）描述鑒定巖石的礦物成分。（三）觀察巖石的

6、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告：描述常見巖漿巖、沉積巖及變質(zhì)巖標(biāo)本兩種以上，填寫報(bào)告書。3實(shí)驗(yàn)三：地質(zhì)構(gòu)造認(rèn)識一、目的要求（一）學(xué)習(xí)和觀察褶皺。（二）學(xué)習(xí)和觀察節(jié)理、斷層。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）褶皺的形態(tài)和產(chǎn)狀。（二）節(jié)理的形態(tài)和特征；（三）斷層的形態(tài)和特征；三、實(shí)驗(yàn)方法主要是觀察褶皺、節(jié)理、斷層的形態(tài)和特征，并區(qū)分背斜、向斜、張節(jié)理、剪節(jié)理、正斷層、逆斷層。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告了解構(gòu)造的概念，并描述一個(gè)構(gòu)造現(xiàn)象，說明其特征。4實(shí)驗(yàn)四：地形地質(zhì)圖讀圖與剖面的制作一、目的要求（一）初步掌握閱讀地形地質(zhì)圖的方法和步驟。（二）掌握褶曲形態(tài)和斷層性質(zhì)的分析、描述方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）分析暮云嶺地區(qū)及金牛鎮(zhèn)地區(qū)的褶

7、皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造的類型、特點(diǎn)及產(chǎn)狀。（二）確定褶皺和斷層的時(shí)代。三、實(shí)驗(yàn)方法讀褶皺地區(qū)或斷裂地區(qū)的地質(zhì)圖時(shí)， 首先必須分清新老地層層序及其在區(qū)內(nèi)的分布，然后再作進(jìn)一步的分析和描述。（一）分析描述褶曲的方法和步驟：1、區(qū)分背斜和向斜根據(jù)核部地層和兩側(cè)巖層分布情況來區(qū)分。如核部為新地層，兩側(cè)依次對稱排列著老地層者為向斜。2、確定兩翼產(chǎn)狀如果地質(zhì)圖上已標(biāo)有產(chǎn)狀符號，則可直接讀出兩翼產(chǎn)狀；否則可根據(jù)同一巖層出露寬度的差異，定性地確定兩翼傾角的相對大小。同時(shí)要考慮兩翼產(chǎn)狀是否發(fā)生倒轉(zhuǎn)。3、推測軸面產(chǎn)狀如果兩翼傾向相反（相背或相向）且傾角大致相等，則表明軸面直立；除此以外，軸面都是傾斜的。無論背斜或向斜，

8、其軸面均與緩翼傾向一致。4、樞紐及褶曲軸（軸線）的認(rèn)識：（1）樞紐產(chǎn)狀的認(rèn)識如果兩翼同一巖層沿走向互相平行，則樞紐水平。如果褶曲兩翼同一巖層沿走向相交“V ”字形，則表明樞紐是傾伏的，背斜“V”字形尖端指向傾伏方向，向斜則反之。（2）褶曲軸（軸線）的認(rèn)識在地形平坦的情況下，通過褶曲傾伏端或平分褶曲核部地層各點(diǎn)連線求得。此線所示方向即代表褶曲延伸方向，軸線的長短說明褶曲延伸的長短。5、確定褶皺的形成時(shí)代可根據(jù)地層間的角度不整合關(guān)系來確定。即褶5皺形成于不整合面之上最老地層時(shí)代與不整合面下最新地層時(shí)代之間。6、分析完褶曲之后， 應(yīng)按如下順序進(jìn)行描述： 褶曲名稱（地名加褶曲性質(zhì)）、褶曲軸的延伸方向、

9、組成核部的地層、兩翼的地層及產(chǎn)狀、軸面傾向、樞紐傾伏方向及褶曲形成時(shí)代等。（二）分析描述斷層的方法及步驟：1、斷層性質(zhì)的分析：（1）斷層產(chǎn)狀的確定如果地質(zhì)圖上已標(biāo)有斷層產(chǎn)狀符號，可直接讀出斷層產(chǎn)狀要素； 否則，在地質(zhì)圖上間接判斷斷層面產(chǎn)狀要素的方法與求傾斜巖層產(chǎn)狀要素的方法相同。（2）兩盤相對位移的判定如斷層走向大致與巖層走向垂直，在背斜核部較老巖層出露界線寬的一盤為相對上升盤。 在向斜核部較新巖層出露界線窄的一盤為相對上升盤。 必須注意， 在僅有傾斜巖層地段， 當(dāng)斷層走向與巖層走向垂直或斜交時(shí)，正、逆斷層亦可出現(xiàn)平移斷層的假象。2、斷層時(shí)代的分析：（1）根據(jù)斷層切割的最新地層，以及斷層面與不

10、整合面的交截關(guān)系來判定斷層的形成時(shí)代。（2）根據(jù)不同斷層的相互切割關(guān)系，判斷兩者的相對時(shí)代，被切割的斷層時(shí)代較切割的斷層時(shí)代老。3、斷層的描述內(nèi)容：對斷層作上述分析之后，應(yīng)加以描述，其內(nèi)容是：斷層名稱（地名加斷層類型或編號） 、延伸方向和長度、產(chǎn)狀要素、兩盤出露地層產(chǎn)狀及相對位移方向、斷層的形成時(shí)代等。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告任選一幅地質(zhì)圖，做出一條圖切剖面。6實(shí)驗(yàn)五： Mapgis 的應(yīng)用一、目的要求（一）了解 Mapgis 的應(yīng)用領(lǐng)域（二）了解 Mapgis 的操作步驟和作圖方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）通過觀看 MAPGIS 軟件平臺演示課件了解其基本功能；（二）練習(xí) MAPGIS 工作環(huán)境的配置方法和步驟

11、。（三）利用 Mapgis 打開地質(zhì)圖件，進(jìn)行一些簡單的處理三、實(shí)驗(yàn)方法1.觀看 MAPGIS 軟件平臺演示課件打開實(shí)習(xí)CAI 光盤中或教師指定的局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)上的MAPGIS 演示文檔 ,了解 MAPGIS 的基本功能和應(yīng)用領(lǐng)域。2.MAPGIS 軟件的安裝打開實(shí)習(xí)CAI 光盤中或教師指定的局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)上的MAPGIS軟件中setup.exe安裝程序 ,根據(jù)窗口提示進(jìn)行安裝。3. MAPGIS 軟件的啟動(dòng)方法 1：桌面圖標(biāo)法用鼠標(biāo)左鍵雙擊桌面上的 MAPGIS 圖標(biāo)，啟動(dòng) MAPGIS 程序主菜單窗口（圖1-01）。方法 2：開始程序菜單法用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊“開始”菜單的程序組選擇MAPGIS 程

12、序組下的MAPGIS主菜單項(xiàng)目，啟動(dòng)MAPGIS 程序主菜單窗口（圖1-1）。7圖 1-1 MAPGIS 程序主菜單窗口MAPGIS 主菜單由圖形處理、 庫管理、空間分析、圖象處理和實(shí)用服務(wù)等子系統(tǒng)組成（圖1-2）。圖 1-2 MAPGIS 程序主菜單下拉菜單4.MAPGIS運(yùn)行環(huán)境配置主界面配置法鼠標(biāo)左鍵單擊系統(tǒng)主菜單窗口上 系統(tǒng)配置 按鈕進(jìn)入MAPGIS 工作環(huán)境配置窗口進(jìn)行設(shè)置。工作目錄設(shè)置：用戶工作目錄（通過WINDOWS 資源管理器創(chuàng)建）。字庫設(shè)置：用戶工作目錄下字庫或系統(tǒng)默認(rèn)目錄下的字庫。系統(tǒng)庫 (符號庫 )設(shè)置：用戶工作目錄系統(tǒng)庫(符號庫 ) 或系統(tǒng)默認(rèn)目錄下的系8統(tǒng)庫 (符號庫

13、 )。系統(tǒng)臨時(shí)目錄設(shè)置：用戶工作目錄或系統(tǒng)默認(rèn)目錄下的臨時(shí)目錄。子系統(tǒng)配置法啟動(dòng)子系統(tǒng)后通過修改工作目錄環(huán)境配置。圖 1-3 MAPGIS 環(huán)境設(shè)置窗口四、實(shí)驗(yàn)要求1在客戶端計(jì)算機(jī)的D 盤上創(chuàng)建工作文件夾， 文件夾名稱為： GIS+& 姓名；2將 MAPGIS 軟件包復(fù)制到客戶端計(jì)算機(jī)的D 盤上創(chuàng)建工作文件夾GIS+&姓名下；3練習(xí) MAPGIS 的安裝；4配置 MAPGIS 環(huán)境參數(shù)：工作目錄： .DGIS+& 姓名字庫： .MAPGISCLIB系統(tǒng)庫（符號庫） : .MAPGISSLIB臨時(shí)工作目錄： .MAPGISTEMP.9金屬礦床地下開采實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一地下開采開拓

14、系統(tǒng)物理模型一、要求掌握的主要內(nèi)容（1）床開拓方法。掌握豎井、斜井、平硐豎井聯(lián)合開拓的特點(diǎn)、適用條件及井巷布置情況。（2）礦井通風(fēng)系統(tǒng)。了解抽出式通風(fēng)方式的特點(diǎn)及通風(fēng)線路。（3）礦井提升運(yùn)輸系統(tǒng)。主、副提升井巷布置情況，主、副井筒位置關(guān)系。礦石提升運(yùn)輸方式和特點(diǎn)。人員、材料、設(shè)備及廢石提升運(yùn)輸方式和系統(tǒng)。（礦石提升運(yùn)輸系統(tǒng)為：礦石借自重放入電耙巷道耙入溜井在下盤脈外運(yùn)輸巷道裝車用電機(jī)車?yán)辆总噲鼋?jīng)箕斗提升將礦石倒入礦倉 將礦倉中的礦石皮帶傳送至選礦廠（4）礦井井底車場。了解豎井井底車場布置形式及車場線路組成、車場硐室布置情況；井筒與車場線路連接方式； 車場線路與階段運(yùn)輸水平線路連接方式；環(huán)形

15、車場的特點(diǎn)和適用條件。（5）階段運(yùn)輸巷道布置形式。環(huán)形井底車場布置的特點(diǎn)及適用條件。（6）生產(chǎn)階段回采順序與各種工作礦塊的布置。生產(chǎn)階段所采取的回采順序；采準(zhǔn)、切割、回采礦房及回采礦柱在礦塊中的配置順序。（7）礦床開采各步驟之間的關(guān)系。了解開拓、采準(zhǔn)、切割及回采工作之間的超前問題。（8）采礦方法類型、結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝過程（即了解垂直深孔階段礦房采礦法、留礦法、上向分層充填采礦法的結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝）。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備金屬礦床地下開采開拓模型。三、實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容（1）介紹豎井開拓、斜井開拓、平硐豎井聯(lián)合開拓（2）介紹豎井井底車場組成和硐室（3）介紹留礦法、全面法、房柱法、階段礦房采礦法、上向分層充填采礦10法

16、、無底柱分段崩落采礦法、有底柱分段崩落采礦法。（4）以留礦法為例，介紹底部結(jié)構(gòu)布置形式。（5）豎井中的通風(fēng)線路、運(yùn)礦線路、避災(zāi)線路、排水線路。（6）地面工業(yè)場地介紹。（7）風(fēng)井布置介紹。四、思考題（ 1）風(fēng)井布置要求。（ 2）模型豎井中的避災(zāi)線路。（ 3）對模型的一種采礦方法回采工藝進(jìn)行總結(jié)敘述。11實(shí)驗(yàn)二放礦橢球體實(shí)驗(yàn)一、要求掌握的主要內(nèi)容（1）無底柱分段崩落法主要的采場參數(shù)結(jié)構(gòu)（2）單漏斗放礦實(shí)驗(yàn)。（3）繪制放礦放出體二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備單漏斗放礦模型、天平、磅秤、木塊、磁鐵礦石、無磁性礦石、篩礦機(jī)。三、實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容（1）介紹無底柱分段崩落法主要的采場參數(shù)結(jié)構(gòu)，放礦步距、進(jìn)路間距、分段高度。（2）介

17、紹放礦放出體理論。（3）單漏斗放礦主要研究放礦橢球體形態(tài)。1）稱量礦石、準(zhǔn)備標(biāo)記木塊2）逐層裝入礦石和木塊至需要的高度。3）開始放礦。當(dāng)放礦至出現(xiàn)某一高度標(biāo)記木塊出現(xiàn)，記錄所放出的所有標(biāo)記木塊，并將放出的該礦石單獨(dú)稱量記錄保存。4）放礦結(jié)束后，根據(jù)記錄的標(biāo)記木塊，繪制標(biāo)記木塊分布圖。用平滑的曲線繪制放出體形態(tài)。四、思考題（ 1）放礦放出體的特征意義。（ 2）根據(jù)放礦橢球體如何確定進(jìn)路間距、分段高度、崩礦步距等參數(shù)？12實(shí)驗(yàn)三覆巖下放礦實(shí)驗(yàn)一、要求掌握的主要內(nèi)容（1）覆巖下放礦實(shí)驗(yàn)（2）放礦效果評價(jià)。如何計(jì)算貧化率、損失率（3）采場參數(shù)優(yōu)化二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備綜合放礦模型、天平、磅秤、木塊、磁鐵礦石、無

18、磁性礦石、篩礦機(jī)。三、實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容（1）介紹無底柱分段崩落法主要的采場參數(shù)結(jié)構(gòu)，放礦步距、進(jìn)路間距、分段高度。（2）介紹覆巖下放礦實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、意義、過程和數(shù)據(jù)處理。覆巖下放礦主要是根據(jù)單漏斗放礦實(shí)驗(yàn)的放出體形態(tài)，選取采場初步結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)行模擬生產(chǎn)放礦，進(jìn)行放礦經(jīng)濟(jì)評價(jià)，優(yōu)化采場結(jié)構(gòu)參數(shù)和放礦管理。1）稱量礦石、廢石。2）逐層裝入礦石至需要的高度，最后裝入一定高度的廢石。3）開始放礦。按照確定的放礦管理模式放礦。到達(dá)放礦截止品位，停止漏斗口放礦。放礦管理模式如下：（1）一個(gè)放礦口單獨(dú)放礦；（2）兩個(gè)放礦口同時(shí)放礦，即一個(gè)放礦口放完1/2 時(shí)，第二個(gè)放礦口開始放礦；（3）三個(gè)放礦口同時(shí)放礦，即一個(gè)放礦

19、口放完1/3 時(shí)，第二個(gè)放礦口，開始放礦，當(dāng)?shù)诙€(gè)放礦口放完1/3 時(shí)，第三個(gè)放礦口開始放礦；同理，進(jìn)行了四個(gè)和五個(gè)放礦口同時(shí)放礦的過程。4）放礦結(jié)束后。分離礦石和廢石，進(jìn)行稱量。進(jìn)行放礦經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)。改進(jìn)采場結(jié)構(gòu)參數(shù)和放礦管理模式。（5）采場結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。四、思考題13（ 1）進(jìn)路間距如何確定。（ 2）無底柱分段崩落法中放礦產(chǎn)生貧化損失的機(jī)理。14金屬礦床露天開采實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一露天開采開拓系統(tǒng)物理模型一、模型課應(yīng)掌握的主要內(nèi)容（）露天開采的優(yōu)越性；（）露天開采工藝；（）礦床開拓運(yùn)輸方式；二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備露天開采綜合模型三、實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容（）介紹凹陷露天礦、山坡露天礦境界的特點(diǎn)。（）介紹露天礦境界臺階結(jié)構(gòu)

20、參數(shù)，及其生產(chǎn)應(yīng)用。（）介紹露天礦汽車運(yùn)輸開拓、 鐵路運(yùn)輸開拓和膠帶運(yùn)輸開拓系統(tǒng)如何布置，有什么特點(diǎn)。（4）介紹出入溝的如何布置。（5）介紹開段溝如何布置，工作面如何推進(jìn)。（6）介紹工作線布置，最小底寬和工作線長度如何確定。（7）介紹露天礦開采的鑿巖、爆破、鏟裝、運(yùn)輸、排土等工藝及各環(huán)節(jié)組織管理。（8）介紹各露天礦山設(shè)備使用和運(yùn)行情況。四、思考題（）汽車運(yùn)輸開拓、鐵路運(yùn)輸開拓和膠帶運(yùn)輸開拓的優(yōu)缺點(diǎn)15礦山巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一巖石物理性質(zhì)實(shí)驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康模?）了解巖石基本物理性質(zhì)的基本物理量及其含義（2）了解巖石物理性質(zhì)的試驗(yàn)測定方法（3）掌握巖石塊密度及莫氏硬度的試驗(yàn)方法二、試驗(yàn)儀器設(shè)備和材料（

21、1）儀器設(shè)備巖石切割機(jī)，磨石機(jī)，鉆孔取樣機(jī)，拋光機(jī)，測量平臺、角尺、千分卡尺、放大鏡，烘箱、稱量大于500g 的天平、莫氏硬度參比材料一套（10 種）等。（2）材料巖石三、試驗(yàn)方法和要求1、巖石莫氏硬度試驗(yàn)（1）清洗掉巖石試樣表面的巖粉等雜物，用干凈的毛巾或衛(wèi)生紙擦干。（2）估計(jì)試樣的莫氏硬度，尋找合適的參比材料與待測巖樣進(jìn)行相互的劃痕比較。（3）根據(jù)劃痕情況確定待測巖樣的莫氏硬度等級。2、量積法測定巖石密度試驗(yàn)（1）試樣制備，可制作成圓柱體、立方體或方柱體。（2）試樣兩端和中間的三個(gè)斷面，測量器互相垂直的兩個(gè)直徑或邊長，計(jì)算平均值。（3）測量均勻分布于周邊和中間點(diǎn)的5 個(gè)高度，計(jì)算平均值。（

22、4）將試樣置于烘箱中，在 105110°C 的溫度下烘 24h，取出后，放入干燥器內(nèi)，冷卻至室溫后稱重，精確到 0.01g。（5）用量積法測定試樣密度，按下式計(jì)算：d式中：mdAH16d 巖石烘干密度（ g/cm3）；md 試樣烘干質(zhì)量（ g）；A平均面積（ cm2 ）；H平均高度（ cm）。17實(shí)驗(yàn)二巖石單軸抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)一、工程背景抗壓強(qiáng)度是巖石的主要物理力學(xué)參數(shù)，與巖石的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)等有密切關(guān)系。采礦工程中往往需要測試巖石的抗壓強(qiáng)度。二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和材料（1）儀器設(shè)備數(shù)顯液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)。（2）材料試樣。三、實(shí)驗(yàn)方法（1）試樣可用鉆孔巖芯或巖塊，在取樣和試樣制備過程中，不允許人為

23、裂隙出現(xiàn)。（2）采用圓柱體試樣直徑50 mm，高徑比 22.5。正方體試樣邊長200mm。試樣尺寸的允許變化范圍不宜超過5%。（3）對于非均質(zhì)的粗粒結(jié)構(gòu)巖石，或取樣尺寸小于標(biāo)準(zhǔn)尺寸者，允許使用非標(biāo)準(zhǔn)試樣，但高徑比必須保持在22.5。（4）對于層 (片 )狀巖石，一般按垂直于和平行于層 (片 )兩個(gè)方向制樣。（5）試樣個(gè)數(shù)視所要求的受力方向或含水狀態(tài)而定，同一含水狀態(tài)下每組試樣數(shù)量不少于3 個(gè)。（6）試樣制備精度。整個(gè)厚度上，直徑最大誤差不應(yīng)超過0.1 mm。兩端不平行度不宜超過 0.1 mm。端面應(yīng)垂直于試樣軸線，最大偏差不應(yīng)超過0.25 度。（7）將試樣置于實(shí)驗(yàn)機(jī)承壓板中心。為了消除試樣受載

24、時(shí)的端部效應(yīng)，試樣兩端與實(shí)驗(yàn)機(jī)承壓板之間安放剛性墊塊， 墊塊直徑等于或略大于試樣直徑， 其高度與試樣直徑之比不小于 0.5；（8）使剛性墊塊與實(shí)驗(yàn)機(jī)上、下承壓板均勻接觸，使試樣均勻受力；（9）以每秒 0.51.0 MPa 的速率加載直至試樣破壞；（10）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，描述試樣的破壞形態(tài)。a四、實(shí)驗(yàn)成果整理（1）試樣描述巖石名稱、顏色、礦物成分、風(fēng)化程度。18試樣層理、裂隙及其與加載方向的關(guān)系。試樣在制備過程中出現(xiàn)的問題。試樣尺寸和加工精度。含水狀態(tài)。破壞形態(tài)。（2）巖石單軸抗壓強(qiáng)度計(jì)算巖石單軸抗壓強(qiáng)度由下式計(jì)算：P（1-1 ）RA式中： R- 巖石單軸抗壓強(qiáng)度， (MPa)，計(jì)算取三位有效值；

25、P-試樣破壞時(shí)最大荷載，（N）； A- 垂直于加荷方向的試樣面積， （mm2）。對于非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的巖石試樣， 應(yīng)將強(qiáng)度值換算成高徑比為2 的標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度值 R，其計(jì)算公式為：8R（1-2 ）Re7 2D/H式中： Re - 高徑比為 2 的標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度值，（MPa）；D-試樣直徑或截面邊長，（mm）；H- 試樣高度，（mm）。（3）參數(shù)計(jì)算4523=02c cos1Rcsin113sin 22五、實(shí)驗(yàn)記錄巖石單軸抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)記錄包括工程名稱、巖石名稱、取樣位置、試樣編號、19試樣描述、試樣尺寸、實(shí)驗(yàn)方法、破壞荷載、 破壞形態(tài)、實(shí)驗(yàn)人員、實(shí)驗(yàn)日期等。如表 1 所示。表 1 單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)記錄表樣

26、20實(shí)驗(yàn)三巖石變角剪切實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和材料（1）儀器設(shè)備數(shù)顯液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)?？辜魥A具（ 20 、 30 、 45 三個(gè)）?？ǔ呒捌渌o助設(shè)備。（2）材料試樣。二、實(shí)驗(yàn)方法（1）描述試樣的顏色、顆粒、層理方向、加工精度等情況，在試樣上劃出剪切線。（2）用游標(biāo)卡尺量測試樣的高、寬、長的尺寸，精確到0.05 mm，并計(jì)算剪切面的面積。（3）把試樣和抗剪夾具一起放在壓力試驗(yàn)機(jī)的承壓板上，夾具與墊板之間放滾軸以消除摩擦力，試樣和抗剪夾具周圍放防護(hù)罩。（4）以每秒 0.51.0 MPa 的速度加載，直到試樣剪斷為止，記錄下破壞時(shí)的載荷，格式見表1。（5）按 20、30、45不同夾具，分別逐個(gè)進(jìn)行試

27、驗(yàn)，每個(gè)角度做3件。三、實(shí)驗(yàn)成果整理（1）計(jì)算正應(yīng)力和剪應(yīng)力試樣受力狀態(tài)如圖 1-9 和 1-10 所示，根據(jù)下式計(jì)算試樣所受的正應(yīng)力和剪應(yīng)力：P s i nP cos（ 1-1）AA式中：、-分別為抗剪斷面上的平均正應(yīng)力和平均剪應(yīng)力，（ MPa），計(jì)算值取三位有效數(shù)； 破壞面與水平面的夾角， （ 0）； P 試樣破壞時(shí)的載荷， （ N ）； A 剪斷面積，（ mm2）。21圖 1 巖石變角剪示意圖圖 2 巖石變角剪加載示意圖（2）繪制巖石抗剪強(qiáng)度曲線圖通過改變夾具的剪切角剪切試樣， 對于每一個(gè)角度可以確定試樣的一對剪應(yīng)力 、正應(yīng)力 值，把這些值標(biāo)在 坐標(biāo)圖中，連接求得的各點(diǎn)， 即可得到如圖3

28、 所示的巖石抗剪強(qiáng)度曲線。圖 3巖石抗剪強(qiáng)度部分曲線圖四、實(shí)驗(yàn)記錄巖石剪切強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)記錄包括工程名稱、巖石名稱、取樣位置、試樣編號、巖石特征、試樣描述、試樣尺寸、剪切面積、剪切角度、破壞載荷、正應(yīng)力、剪應(yīng)22力、實(shí)驗(yàn)人員、實(shí)驗(yàn)日期等。巖石剪切實(shí)驗(yàn)記錄如表1 所示。表 1巖石抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)記錄表試樣 尺 寸破壞巖 石試 樣巖 石夾具剪應(yīng)力正應(yīng)力長寬高面積載荷備注名 稱編 號特 征角度(MPa)(MPa)(mm)(mm)(mm)(mm2 )（N）試樣描述班級組別日期試驗(yàn)者計(jì)算者23實(shí)驗(yàn)四巖石抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)一、工程背景巖石的抗拉強(qiáng)度就是巖石試樣在單向拉力作用下抵抗破壞的極限能力， 或稱極限強(qiáng)度。極限能力正

29、數(shù)值上等于破壞時(shí)的最大拉應(yīng)力。由于巖石是一種具有許多微裂隙和微孔隙的脆性介質(zhì)， 在進(jìn)行抗拉強(qiáng)度測定時(shí)，其試樣的加工及對實(shí)驗(yàn)條件的要求十分嚴(yán)格， 因此巖石力學(xué)工作者對其實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了大量的研究， 提出了許多實(shí)驗(yàn)方法。 這些方法大體上可以分為直接法和間接法，一般來說對巖石直接進(jìn)行抗拉強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)比較困難， 目前大多進(jìn)行各種各樣的間接實(shí)驗(yàn)， 采用理論公式計(jì)算出抗拉強(qiáng)度。 巖石抗拉強(qiáng)度間接實(shí)驗(yàn)較常用的是劈裂法和彎曲梁法，我國國家標(biāo)準(zhǔn)工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GBT5026699)以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程 (SL2642001)等均采用劈裂法作為巖石抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)方法， 本節(jié)重點(diǎn)介紹巖石抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)

30、的劈裂法。劈裂法也稱做徑向壓裂法， 是由巴西學(xué)者 Hondros 提出的實(shí)驗(yàn)方法， 因此習(xí)慣上也稱做巴西法。 該實(shí)驗(yàn)方法是用一個(gè)實(shí)心圓柱試樣， 使其承受徑向壓縮線荷載直至破壞，如圖 1-6 所示，然后根據(jù) Boursinesq 半無限體上作用集中力的解析解，求得試樣破壞時(shí)作用在試樣中心的最大拉應(yīng)力，即為巖石的抗拉強(qiáng)度。圖 1-6 劈裂法實(shí)驗(yàn)示意圖二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和材料24（1）儀器設(shè)備數(shù)顯液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)、劈裂實(shí)驗(yàn)夾具（2）材料試樣。（1）試樣可用鉆孔巖芯或巖塊，在取樣和試樣制備過程中，不允許人為裂隙出現(xiàn)。（2）采用圓柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試樣，直徑50 mm，高徑比 0.51.0，且試樣高度應(yīng)大于巖石

31、最大顆粒粒徑的10 倍，試樣尺寸的允許變化范圍不宜超過5%。（3）對于非均質(zhì)的粗粒結(jié)構(gòu)巖石，或取樣尺寸小于標(biāo)準(zhǔn)尺寸者，允許使用非標(biāo)準(zhǔn)試樣，但高徑比必須保持在0.51.0，且試樣高度應(yīng)大于巖石最大顆粒粒徑的 10 倍。（4）試樣個(gè)數(shù)視所要求的受力方向或含水狀態(tài)而定，同一含水狀態(tài)下每組試樣數(shù)為 6 個(gè)。（5）試樣制備精度。整個(gè)厚度上，直徑最大誤差不應(yīng)超過0.1 mm。兩端不平行度不宜超過 0.1 mm。端面應(yīng)垂直于試樣軸線，最大偏差不應(yīng)超過0.25 度。三、實(shí)驗(yàn)方法（1）根據(jù)所要求的試樣狀態(tài)準(zhǔn)備試樣。（2）實(shí)驗(yàn)前，通過試樣直徑的兩端，在試樣的側(cè)面沿軸線方向畫兩條加載基線，將兩根墊條沿加載基線固定。

32、 對于堅(jiān)硬和較堅(jiān)硬的巖石， 墊條一般采用直徑 1 mm 鋼絲；對于軟弱和較軟弱的巖石，墊條一般采用硬紙板或膠木條，其寬度與試樣直徑之比為 0.080.1。（3）將試樣置于實(shí)驗(yàn)機(jī)承壓板的中心，調(diào)整球形座，使試樣均勻受力，作用力通過兩墊條確定的平面。（4）以每秒 0.10.5 MPa 的速率加載直至試樣破壞，其中軟巖試樣取較低的加載速率。（5）試樣最終破壞應(yīng)通過兩墊條決定的平面，否則應(yīng)視為無效的實(shí)驗(yàn)。（6）記錄實(shí)驗(yàn)破壞荷載和實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象，并對破壞后的試樣進(jìn)行描述。四、實(shí)驗(yàn)成果整理1、試樣描述（1）巖石名稱、顏色、礦物成分、風(fēng)化程度。（2）試樣層理、裂隙及其與加載方向的關(guān)系。25（3）試樣在

33、制備過程中出現(xiàn)的問題。（4）試樣尺寸和加工精度。（5）含水狀態(tài)。（6）破壞形態(tài)。2、巖石抗拉強(qiáng)度計(jì)算巖石抗拉強(qiáng)度的計(jì)算公式為：12P（1-4）DH式中：1 - 巖石抗拉強(qiáng)度， (MPa)，計(jì)算值取三位有效數(shù)； P-破壞荷載，(N)；D-試樣直徑， (mm) ；H-試樣高度， (mm)。五、實(shí)驗(yàn)記錄巖石單軸抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)記錄包括工程名稱、 巖石名稱、取樣地點(diǎn)、試樣編號、試樣描述、試樣尺寸、破壞荷載、實(shí)驗(yàn)人員、實(shí)驗(yàn)日期等，記錄表樣如表 1 所示。表 1 抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)記錄表樣26實(shí)驗(yàn)五巖石聲波檢測實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握聲波巖石參數(shù)測定儀的正確操作方法。2. 學(xué)會測定巖石的聲波波速的方法。二、實(shí)驗(yàn)儀

34、器、工具、材料1. 超聲波檢測分析儀一臺；2. 聲波壓電式換能器一套；3. 試件三塊；4. 游標(biāo)卡尺一把；5. 黃油少許；三、實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)彈性波在彈性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，超聲測試系統(tǒng)利用超聲波作為信息載體，而超聲波是由聲波儀的發(fā)射機(jī)發(fā)射電脈沖信號經(jīng)發(fā)射換能器轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)信號，機(jī)械振動(dòng)信號可在介質(zhì)中傳播，穿過被測介質(zhì)后再由接收換能器把機(jī)械振動(dòng)信號轉(zhuǎn)換成電信號送至接受機(jī)進(jìn)行放大處理，通過測試系統(tǒng)精確測定聲波穿越介質(zhì)所經(jīng)過的時(shí)間，計(jì)算出聲波速度。其聲波速度與介質(zhì)的物理學(xué)參數(shù)的關(guān)系為:E (1 ）Vp(1 ）(12)VsE2(1 ）27四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 測定前核對巖石名稱和試件編號，并對試件的顏色、顆

35、粒、層理、裂隙、分化程度、含水狀態(tài)等問題進(jìn)行描述。122451- 發(fā)射機(jī)； 2- 接收機(jī)； 3- 發(fā)射換能器；4- 耦合劑； 5- 接受換能器圖 1延遲時(shí)間測試系統(tǒng)1236451- 發(fā)射機(jī)； 2- 接收機(jī)； 3- 發(fā)射換能器；4- 試樣； 5- 接受換能器； 6- 耦合劑圖 2 聲波系統(tǒng)試樣測試系統(tǒng)2. 用游標(biāo)卡尺測量試件尺寸，測量精度至 0.02mm；3. 按照聲波儀的操作規(guī)程連接線聯(lián)好， 仔細(xì)檢查各開關(guān)、旋鈕的初時(shí)位置，開機(jī)預(yù)熱 35 分鐘，將聲波收，發(fā)射換能器輻射面對接，中間用黃油作為耦合劑，延遲時(shí)間測試系統(tǒng)如圖 1 所示。3. 聲波測試，在兩縱波換能器之間放入巖石試件，試件與換能器之間

36、涂上耦合劑，測出聲波傳播時(shí)間 tp ，測試系統(tǒng)如圖 2 所示。284.每組試樣各測三個(gè)試件，測試的的結(jié)果填入表1。表 1聲波測試記錄表系統(tǒng)延遲時(shí)間： t=s；t=s0p0s試件巖石縱波測試巖性描述試件尺寸編號名稱走時(shí) s單值 m/s均值 m/s五、問題思考1. 聲波測試在礦井中有哪幾方面的用途？2. 巖石那些力學(xué)特性對聲波波速有影響，哪個(gè)因素影響最大？29實(shí)驗(yàn)六巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 掌握巖石試件點(diǎn)荷載強(qiáng)度測定方法。2. 了解巖石抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度與點(diǎn)荷載強(qiáng)度的折算關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器1. 試件加工設(shè)備：鉆石機(jī)、鋸石機(jī)。2. 檢測工具：游標(biāo)卡尺；3. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：數(shù)顯式點(diǎn)荷載儀

37、。三、巖石試件的規(guī)格、加工精度、數(shù)量及含水狀態(tài)1. 試件規(guī)格： 試件采用圓柱體，垂直層理鉆取。直徑為 5mm，高徑比為 0.8 1.4 的圓柱體，對于兩端面無特殊要求。2. 試件數(shù)量：每個(gè)參數(shù)實(shí)驗(yàn)的試件數(shù)量一般 5 10 試件。3. 試件的含水狀態(tài)：一般采用自然含水狀態(tài)，其他含水狀態(tài)加以說明。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 測定前核對巖石名稱和試件編號，并對試件的顏色、顆粒、層理、裂隙、分化程度、含水狀態(tài)等問題進(jìn)行描述。2. 用游標(biāo)卡尺測量試件尺寸。3. 接通數(shù)數(shù)顯點(diǎn)荷載儀電源，調(diào)整加載間距。4. 選擇點(diǎn)荷載測量范圍，一般選 0-20KN。5. 將試件放入點(diǎn)荷載儀的加載錐頭之間，加載錐頭應(yīng)在直徑兩端與試件接

38、觸，并使接觸電與試件兩端頭的距離大致相等， 試件層理一般應(yīng)與縱向加載方向平行，其他方向應(yīng)加以說明，6. 關(guān)閉手動(dòng)油泵的卸載閥，緩緩搖動(dòng)油泵均勻加載至試件破壞，記錄破壞載荷7. 如果破裂面僅通過一個(gè)加載點(diǎn)，判斷測定結(jié)果無效。五、巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度測定結(jié)果計(jì)算1.巖石試件的點(diǎn)荷載指數(shù)I S:30I Sp10d 2式中： IS試件點(diǎn)荷載指數(shù) ,MPa；-P-試件破壞載荷， KN；d加載雙點(diǎn)間距， cm。2. 每組試件的點(diǎn)荷載指數(shù)的算術(shù)平均值I SiI SPn式中： I SP- 試件平均點(diǎn)荷載指數(shù) , MPa ；Isi 第i 個(gè)試件點(diǎn)荷載指數(shù) , MPa ；n每組試件個(gè)數(shù)。3. 每組試件的點(diǎn)荷載指數(shù)的偏離度mVI sp式中： v偏離度；m- 點(diǎn)荷載指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差，MPa( I siIsp ) 2m1n六、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度的換算1. 點(diǎn)荷載指數(shù)與單軸抗壓強(qiáng)度的換算：a 加載方向平行層理時(shí)：煤和巖石徑向點(diǎn)荷載強(qiáng)度換算巖石： RCP24I spsp2MPaRCP66I spsp<2MPa式中：I SP 平均點(diǎn)荷載指數(shù),MPa ；-RCP-平均單軸抗壓強(qiáng)度，MPa 。b 加載方向垂直層理時(shí)：煤和巖石的點(diǎn)荷載強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的換算巖石：RCP11.5I sp31式中：I SP-平均點(diǎn)荷載指數(shù) , MPa ；RCP-平均單軸抗壓強(qiáng)度，MPa 。2. 加載方向垂直層