礦物資源工程專業(yè)采礦方向課程試驗指導書-西安建筑科技大學

1、礦物資源工程專業(yè)（采礦方向）專業(yè)課程實驗指導書西安建筑科技大學材料與礦資學院礦物資源工程實驗室目 錄地質學實驗1實驗一：礦物的物理性質1實驗二：巖石分類及形成條件2實驗三：地質構造認識4實驗四：地形地質圖讀圖與剖面的制作5實驗五： MAPGIS的應用7金屬礦床地下開采實驗10實驗一 地下開采開拓系統(tǒng)物理模型10實驗二 放礦橢球體實驗12實驗三 覆巖下放礦實驗13金屬礦床露天開采實驗15實驗一 露天開采開拓系統(tǒng)物理模型15礦山巖石力學實驗16實驗一 石物理性質實驗16實驗二 巖石單軸抗壓強度實驗18實驗三 巖石變角剪切實驗21實驗四 巖石抗拉強度實驗24實驗五 巖石聲波檢測實驗27實驗六 巖石點

2、荷載強度實驗30實驗七 巖石的三軸壓縮實驗33爆破工程實驗37實驗一 爆破網絡設計及連接37實驗二 沖擊震動測試39礦井通風實驗41實驗一 礦井大氣主要參數測定41實驗二 通風管道中風流點壓力測定42實驗三 礦井通風裝置綜合檢測46I地質學實驗實驗一：礦物的物理性質一、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)特征及物理性質特征，并據此鑒別礦物。（三）為鑒定巖石打下基礎。二、實驗內容鑒定下列礦物：1、單質自然銅、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、實驗方法（一）肉眼觀察礦物的形態(tài)和物理性質（如顏色、光澤、透明度、條痕、解理、斷口等），對礦物進行鑒定。（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，對礦物進行鑒定。（三）對照教材中“常見礦物肉眼鑒定特征表”對礦物進行鑒定，達到認識礦物的目的。四、實驗報告重點描述下列礦物的主要鑒定特征，并填寫報告書。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實驗二：巖石分類及形成條件一、實驗目的要求：（一）學習肉眼鑒定

4、巖石的步驟和方法。（二）觀察和掌握巖石的結構、構造及其主要特點。（三）通過對巖石標本的詳細觀察和描述，了解巖石的簡單分類及掌握常見巖石的基本特征。二、實驗內容：（一）巖石的主要結構構造1、巖漿巖的主要結構構造（1）巖漿巖的結構等粒結構、斑狀結構、偉晶結構、隱晶質結構、玻璃質結構。（2）巖漿巖的構造塊狀構造、流紋狀構造、 氣孔狀構造和杏仁狀構造。2、沉積巖的主要結構構造（1）沉積巖的結構角礫狀結構、礫狀結構、砂狀結構、泥質結構、隱晶質結構、鮞狀結構、竹葉狀結構。（2）沉積巖的構造層狀構造、頁片狀構造、塊狀構造。3、變質巖的主要結構構造（1）變質巖的結構變余結構、變晶結構、壓碎結構。（2）變質巖的

5、構造片理構造（包括板狀、千枚狀、片狀及片麻狀等構造）、塊狀構造、條帶狀構造、斑點狀構造。（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）化學巖及生物化學巖類石灰?guī)r、白云巖、硅質巖。3、變質巖的主要類型（1）區(qū)域變質巖板巖、片麻巖、大理巖、石英巖；（2）接觸變質巖矽卡巖；（3）動力變質巖構造角礫巖。三、實驗方法：（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、結構、構造特征。四、實驗報告：描述常見巖漿巖、沉積巖及變質巖標本兩種以上，填寫報告書。3實驗三：地質構造認識一、目的要求（一）學習和觀察褶皺。（二）學習和觀察節(jié)理、斷層。二、實驗內容（一）褶皺的形態(tài)和產狀。（二）節(jié)理的形態(tài)和特征；（三）斷層的形態(tài)和特征；三、實驗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、實驗報告了解構造的概念，并描述一個構造現象，說明其特征。4實驗四：地形地質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圖的方法和步驟。（二）掌握褶曲形態(tài)和斷層性質的分析、描述方法。二、實驗內容（一）分析暮云嶺地區(qū)及金牛鎮(zhèn)地區(qū)的褶

7、皺構造和斷裂構造的類型、特點及產狀。（二）確定褶皺和斷層的時代。三、實驗方法讀褶皺地區(qū)或斷裂地區(qū)的地質圖時， 首先必須分清新老地層層序及其在區(qū)內的分布，然后再作進一步的分析和描述。（一）分析描述褶曲的方法和步驟：1、區(qū)分背斜和向斜根據核部地層和兩側巖層分布情況來區(qū)分。如核部為新地層，兩側依次對稱排列著老地層者為向斜。2、確定兩翼產狀如果地質圖上已標有產狀符號，則可直接讀出兩翼產狀；否則可根據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。同時要考慮兩翼產狀是否發(fā)生倒轉。3、推測軸面產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）的認識：（1）樞紐產狀的認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、確定褶皺的形成時代可根據地層間的角度不整合關系來確定。即褶5皺形成于不整合面之上最老地層時代與不整合面下最新地層時代之間。6、分析完褶曲之后， 應按如下順序進行描述： 褶曲名稱（地名加褶曲性質）、褶曲軸的延伸方向、

9、組成核部的地層、兩翼的地層及產狀、軸面傾向、樞紐傾伏方向及褶曲形成時代等。（二）分析描述斷層的方法及步驟：1、斷層性質的分析：（1）斷層產狀的確定如果地質圖上已標有斷層產狀符號，可直接讀出斷層產狀要素； 否則，在地質圖上間接判斷斷層面產狀要素的方法與求傾斜巖層產狀要素的方法相同。（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， 當斷層走向與巖層走向垂直或斜交時，正、逆斷層亦可出現平移斷層的假象。2、斷層時代的分析：（1）根據斷層切割的最新地層，以及斷層面與不

10、整合面的交截關系來判定斷層的形成時代。（2）根據不同斷層的相互切割關系，判斷兩者的相對時代，被切割的斷層時代較切割的斷層時代老。3、斷層的描述內容：對斷層作上述分析之后，應加以描述，其內容是：斷層名稱（地名加斷層類型或編號） 、延伸方向和長度、產狀要素、兩盤出露地層產狀及相對位移方向、斷層的形成時代等。四、實驗報告任選一幅地質圖，做出一條圖切剖面。6實驗五： Mapgis 的應用一、目的要求（一）了解 Mapgis 的應用領域（二）了解 Mapgis 的操作步驟和作圖方法二、實驗內容（一）通過觀看 MAPGIS 軟件平臺演示課件了解其基本功能；（二）練習 MAPGIS 工作環(huán)境的配置方法和步驟

11、。（三）利用 Mapgis 打開地質圖件，進行一些簡單的處理三、實驗方法1.觀看 MAPGIS 軟件平臺演示課件打開實習CAI 光盤中或教師指定的局域網計算機上的MAPGIS 演示文檔 ,了解 MAPGIS 的基本功能和應用領域。2.MAPGIS 軟件的安裝打開實習CAI 光盤中或教師指定的局域網計算機上的MAPGIS軟件中setup.exe安裝程序 ,根據窗口提示進行安裝。3. MAPGIS 軟件的啟動方法 1：桌面圖標法用鼠標左鍵雙擊桌面上的 MAPGIS 圖標，啟動 MAPGIS 程序主菜單窗口（圖1-01）。方法 2：開始程序菜單法用鼠標左鍵點擊“開始”菜單的程序組選擇MAPGIS 程

12、序組下的MAPGIS主菜單項目，啟動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、圖象處理和實用服務等子系統(tǒng)組成（圖1-2）。圖 1-2 MAPGIS 程序主菜單下拉菜單4.MAPGIS運行環(huán)境配置主界面配置法鼠標左鍵單擊系統(tǒng)主菜單窗口上 系統(tǒng)配置 按鈕進入MAPGIS 工作環(huán)境配置窗口進行設置。工作目錄設置：用戶工作目錄（通過WINDOWS 資源管理器創(chuàng)建）。字庫設置：用戶工作目錄下字庫或系統(tǒng)默認目錄下的字庫。系統(tǒng)庫 (符號庫 )設置：用戶工作目錄系統(tǒng)庫(符號庫 ) 或系統(tǒng)默認目錄下的系8統(tǒng)庫 (符號庫

13、 )。系統(tǒng)臨時目錄設置：用戶工作目錄或系統(tǒng)默認目錄下的臨時目錄。子系統(tǒng)配置法啟動子系統(tǒng)后通過修改工作目錄環(huán)境配置。圖 1-3 MAPGIS 環(huán)境設置窗口四、實驗要求1在客戶端計算機的D 盤上創(chuàng)建工作文件夾， 文件夾名稱為： GIS+& 姓名；2將 MAPGIS 軟件包復制到客戶端計算機的D 盤上創(chuàng)建工作文件夾GIS+&姓名下；3練習 MAPGIS 的安裝；4配置 MAPGIS 環(huán)境參數：工作目錄： .DGIS+& 姓名字庫： .MAPGISCLIB系統(tǒng)庫（符號庫） : .MAPGISSLIB臨時工作目錄： .MAPGISTEMP.9金屬礦床地下開采實驗實驗一地下開采開拓

14、系統(tǒng)物理模型一、要求掌握的主要內容（1）床開拓方法。掌握豎井、斜井、平硐豎井聯合開拓的特點、適用條件及井巷布置情況。（2）礦井通風系統(tǒng)。了解抽出式通風方式的特點及通風線路。（3）礦井提升運輸系統(tǒng)。主、副提升井巷布置情況，主、副井筒位置關系。礦石提升運輸方式和特點。人員、材料、設備及廢石提升運輸方式和系統(tǒng)。（礦石提升運輸系統(tǒng)為：礦石借自重放入電耙巷道耙入溜井在下盤脈外運輸巷道裝車用電機車拉至井底車場經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； 車場線路與階段運輸水平線路連接方式；環(huán)形

15、車場的特點和適用條件。（5）階段運輸巷道布置形式。環(huán)形井底車場布置的特點及適用條件。（6）生產階段回采順序與各種工作礦塊的布置。生產階段所采取的回采順序；采準、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系。了解開拓、采準、切割及回采工作之間的超前問題。（8）采礦方法類型、結構及生產工藝過程（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構及生產工藝）。二、實驗設備金屬礦床地下開采開拓模型。三、實驗課內容（1）介紹豎井開拓、斜井開拓、平硐豎井聯合開拓（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，介紹底部結構布置形式。（5）豎井中的通風線路、運礦線路、避災線路、排水線路。（6）地面工業(yè)場地介紹。（7）風井布置介紹。四、思考題（ 1）風井布置要求。（ 2）模型豎井中的避災線路。（ 3）對模型的一種采礦方法回采工藝進行總結敘述。11實驗二放礦橢球體實驗一、要求掌握的主要內容（1）無底柱分段崩落法主要的采場參數結構（2）單漏斗放礦實驗。（3）繪制放礦放出體二、實驗設備單漏斗放礦模型、天平、磅秤、木塊、磁鐵礦石、無磁性礦石、篩礦機。三、實驗課內容（1）介紹無底柱分段崩落法主要的采場參數結構，放礦步距、進路間距、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、準備標記木塊2）逐層裝入礦石和木塊至需要的高度。3）開始放礦。當放礦至出現某一高度標記木塊出現，記錄所放出的所有標記木塊，并將放出的該礦石單獨稱量記錄保存。4）放礦結束后，根據記錄的標記木塊，繪制標記木塊分布圖。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）根據放礦橢球體如何確定進路間距、分段高度、崩礦步距等參數？12實驗三覆巖下放礦實驗一、要求掌握的主要內容（1）覆巖下放礦實驗（2）放礦效果評價。如何計算貧化率、損失率（3）采場參數優(yōu)化二、實驗設備綜合放礦模型、天平、磅秤、木塊、磁鐵礦石、無

18、磁性礦石、篩礦機。三、實驗課內容（1）介紹無底柱分段崩落法主要的采場參數結構，放礦步距、進路間距、分段高度。（2）介紹覆巖下放礦實驗目的、意義、過程和數據處理。覆巖下放礦主要是根據單漏斗放礦實驗的放出體形態(tài)，選取采場初步結構參數，進行模擬生產放礦，進行放礦經濟評價，優(yōu)化采場結構參數和放礦管理。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。到達放礦截止品位，停止漏斗口放礦。放礦管理模式如下：（1）一個放礦口單獨放礦；（2）兩個放礦口同時放礦，即一個放礦口放完1/2 時，第二個放礦口開始放礦；（3）三個放礦口同時放礦，即一個放礦

19、口放完1/3 時，第二個放礦口，開始放礦，當第二個放礦口放完1/3 時，第三個放礦口開始放礦；同理，進行了四個和五個放礦口同時放礦的過程。4）放礦結束后。分離礦石和廢石，進行稱量。進行放礦經濟效益評價。改進采場結構參數和放礦管理模式。（5）采場結構參數優(yōu)化。四、思考題13（ 1）進路間距如何確定。（ 2）無底柱分段崩落法中放礦產生貧化損失的機理。14金屬礦床露天開采實驗實驗一露天開采開拓系統(tǒng)物理模型一、模型課應掌握的主要內容（）露天開采的優(yōu)越性；（）露天開采工藝；（）礦床開拓運輸方式；二、實驗設備露天開采綜合模型三、實驗課內容（）介紹凹陷露天礦、山坡露天礦境界的特點。（）介紹露天礦境界臺階結構

20、參數，及其生產應用。（）介紹露天礦汽車運輸開拓、 鐵路運輸開拓和膠帶運輸開拓系統(tǒng)如何布置，有什么特點。（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。（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）介紹各露天礦山設備使用和運行情況。四、思考題（）汽車運輸開拓、鐵路運輸開拓和膠帶運輸開拓的優(yōu)缺點15礦山巖石力學實驗實驗一巖石物理性質實驗一、試驗目的（1）了解巖石基本物理性質的基本物理量及其含義（2）了解巖石物理性質的試驗測定方法（3）掌握巖石塊密度及莫氏硬度的試驗方法二、試驗儀器設備和材料（

21、1）儀器設備巖石切割機，磨石機，鉆孔取樣機，拋光機，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、試驗方法和要求1、巖石莫氏硬度試驗（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）估計試樣的莫氏硬度，尋找合適的參比材料與待測巖樣進行相互的劃痕比較。（3）根據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（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斷面，測量器互相垂直的兩個直徑或邊長，計算平均值。（3）測量均勻分布于周邊和中間點的5 個高度，計算平均值。（

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，冷卻至室溫后稱重，精確到 0.01g。（5）用量積法測定試樣密度，按下式計算：d式中：mdAH16d 巖石烘干密度（ g/cm3）；md 試樣烘干質量（ g）；A平均面積（ cm2 ）；H平均高度（ cm）。17實驗二巖石單軸抗壓強度實驗一、工程背景抗壓強度是巖石的主要物理力學參數，與巖石的強度、結構等有密切關系。采礦工程中往往需要測試巖石的抗壓強度。二、實驗儀器設備和材料（1）儀器設備數顯液壓式壓力試驗機。（2）材料試樣。三、實驗方法（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。（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）對于非均質的粗粒結構巖石，或取樣尺寸小于標準尺寸者，允許使用非標準試樣，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 )兩個方向制樣。（5）試樣個數視所要求的受力方向或含水狀態(tài)而定，同一含水狀態(tài)下每組試樣數量不少于3 個。（6）試樣制備精度。整個厚度上，直徑最大誤差不應超過0.1 mm。兩端不平行度不宜超過 0.1 mm。端面應垂直于試樣軸線，最大偏差不應超過0.25 度。（7）將試樣置于實驗機承壓板中心。為了消除試樣受載

24、時的端部效應，試樣兩端與實驗機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）使剛性墊塊與實驗機上、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）實驗結束后，描述試樣的破壞形態(tài)。a四、實驗成果整理（1）試樣描述巖石名稱、顏色、礦物成分、風化程度。18試樣層理、裂隙及其與加載方向的關系。試樣在制備過程中出現的問題。試樣尺寸和加工精度。含水狀態(tài)。破壞形態(tài)。（2）巖石單軸抗壓強度計算巖石單軸抗壓強度由下式計算：P（1-1 ）RA式中： R- 巖石單軸抗壓強度， (MPa)，計算取三位有效值；

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

26、20實驗三巖石變角剪切實驗一、實驗儀器設備和材料（1）儀器設備數顯液壓式壓力試驗機。抗剪夾具（ 20 、 30 、 45 三個）。卡尺及其它輔助設備。（2）材料試樣。二、實驗方法（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）用游標卡尺量測試樣的高、寬、長的尺寸，精確到0.05 mm，并計算剪切面的面積。（3）把試樣和抗剪夾具一起放在壓力試驗機的承壓板上，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，記錄下破壞時的載荷，格式見表1。（5）按 20、30、45不同夾具，分別逐個進行試

27、驗，每個角度做3件。三、實驗成果整理（1）計算正應力和剪應力試樣受力狀態(tài)如圖 1-9 和 1-10 所示，根據下式計算試樣所受的正應力和剪應力：P s i nP cos（ 1-1）AA式中：、-分別為抗剪斷面上的平均正應力和平均剪應力，（ MPa），計算值取三位有效數； 破壞面與水平面的夾角， （ 0）； P 試樣破壞時的載荷， （ 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）繪制巖石抗剪強度曲線圖通過改變夾具的剪切角剪切試樣， 對于每一個角度可以確定試樣的一對剪應力 、正應力 值，把這些值標在 坐標圖中，連接求得的各點， 即可得到如圖3

28、 所示的巖石抗剪強度曲線。圖 3巖石抗剪強度部分曲線圖四、實驗記錄巖石剪切強度實驗記錄包括工程名稱、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、正應力、剪應22力、實驗人員、實驗日期等。巖石剪切實驗記錄如表1 所示。表 1巖石抗剪強度試驗記錄表試樣 尺 寸破壞巖 石試 樣巖 石夾具剪應力正應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者計算者23實驗四巖石抗拉強度實驗一、工程背景巖石的抗拉強度就是巖石試樣在單向拉力作用下抵抗破壞的極限能力， 或稱極限強度。極限能力正

29、數值上等于破壞時的最大拉應力。由于巖石是一種具有許多微裂隙和微孔隙的脆性介質， 在進行抗拉強度測定時，其試樣的加工及對實驗條件的要求十分嚴格， 因此巖石力學工作者對其實驗方法進行了大量的研究， 提出了許多實驗方法。 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行抗拉強度的實驗比較困難， 目前大多進行各種各樣的間接實驗， 采用理論公式計算出抗拉強度。 巖石抗拉強度間接實驗較常用的是劈裂法和彎曲梁法，我國國家標準工程巖體試驗方法標準(GBT5026699)以及行業(yè)標準水利水電工程巖石試驗規(guī)程 (SL2642001)等均采用劈裂法作為巖石抗拉強度實驗方法， 本節(jié)重點介紹巖石抗拉強度實驗

30、的劈裂法。劈裂法也稱做徑向壓裂法， 是由巴西學者 Hondros 提出的實驗方法， 因此習慣上也稱做巴西法。 該實驗方法是用一個實心圓柱試樣， 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 Boursinesq 半無限體上作用集中力的解析解，求得試樣破壞時作用在試樣中心的最大拉應力，即為巖石的抗拉強度。圖 1-6 劈裂法實驗示意圖二、實驗儀器設備和材料24（1）儀器設備數顯液壓式壓力試驗機、劈裂實驗夾具（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。（2）采用圓柱體作為標準試樣，直徑50 mm，高徑比 0.51.0，且試樣高度應大于巖石

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）對于非均質的粗粒結構巖石，或取樣尺寸小于標準尺寸者，允許使用非標準試樣，但高徑比必須保持在0.51.0，且試樣高度應大于巖石最大顆粒粒徑的 10 倍。（4）試樣個數視所要求的受力方向或含水狀態(tài)而定，同一含水狀態(tài)下每組試樣數為 6 個。（5）試樣制備精度。整個厚度上，直徑最大誤差不應超過0.1 mm。兩端不平行度不宜超過 0.1 mm。端面應垂直于試樣軸線，最大偏差不應超過0.25 度。三、實驗方法（1）根據所要求的試樣狀態(tài)準備試樣。（2）實驗前，通過試樣直徑的兩端，在試樣的側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、 對于堅硬和較堅硬的巖石， 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）將試樣置于實驗機承壓板的中心，調整球形座，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）試樣最終破壞應通過兩墊條決定的平面，否則應視為無效的實驗。（6）記錄實驗破壞荷載和實驗過程中出現的現象，并對破壞后的試樣進行描述。四、實驗成果整理1、試樣描述（1）巖石名稱、顏色、礦物成分、風化程度。（2）試樣層理、裂隙及其與加載方向的關系。25（3）試樣在

33、制備過程中出現的問題。（4）試樣尺寸和加工精度。（5）含水狀態(tài)。（6）破壞形態(tài)。2、巖石抗拉強度計算巖石抗拉強度的計算公式為：12P（1-4）DH式中：1 - 巖石抗拉強度， (MPa)，計算值取三位有效數； P-破壞荷載，(N)；D-試樣直徑， (mm) ；H-試樣高度， (mm)。五、實驗記錄巖石單軸抗拉強度實驗記錄包括工程名稱、 巖石名稱、取樣地點、試樣編號、試樣描述、試樣尺寸、破壞荷載、實驗人員、實驗日期等，記錄表樣如表 1 所示。表 1 抗拉強度試驗記錄表樣26實驗五巖石聲波檢測實驗一、實驗目的1. 掌握聲波巖石參數測定儀的正確操作方法。2. 學會測定巖石的聲波波速的方法。二、實驗儀

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. 游標卡尺一把；5. 黃油少許；三、實驗原理根據彈性波在彈性介質中的傳播規(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)射機發(fā)射電脈沖信號經發(fā)射換能器轉換成機械振動信號，機械振動信號可在介質中傳播，穿過被測介質后再由接收換能器把機械振動信號轉換成電信號送至接受機進行放大處理，通過測試系統(tǒng)精確測定聲波穿越介質所經過的時間，計算出聲波速度。其聲波速度與介質的物理學參數的關系為:E (1 ）Vp(1 ）(12)VsE2(1 ）27四、實驗步驟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)等問題進行描述。122451- 發(fā)射機； 2- 接收機； 3- 發(fā)射換能器；4- 耦合劑； 5- 接受換能器圖 1延遲時間測試系統(tǒng)1236451- 發(fā)射機； 2- 接收機； 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)程連接線聯好， 仔細檢查各開關、旋鈕的初時位置，開機預熱 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，測出聲波傳播時間 tp ，測試系統(tǒng)如圖 2 所示。284.每組試樣各測三個試件，測試的的結果填入表1。表 1聲波測試記錄表系統(tǒng)延遲時間： 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 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. 巖石那些力學特性對聲波波速有影響，哪個因素影響最大？29實驗六巖石點荷載強度實驗一、實驗目的：1. 掌握巖石試件點荷載強度測定方法。2. 了解巖石抗壓強度、抗拉強度與點荷載強度的折算關系。二、實驗設備、儀器1. 試件加工設備：鉆石機、鋸石機。2. 檢測工具：游標卡尺；3. 實驗設備：數顯式點荷載儀

37、。三、巖石試件的規(guī)格、加工精度、數量及含水狀態(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. 試件數量：每個參數實驗的試件數量一般 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、實驗步驟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)等問題進行描述。2. 用游標卡尺測量試件尺寸。3. 接通數數顯點荷載儀電源，調整加載間距。4. 選擇點荷載測量范圍，一般選 0-20KN。5. 將試件放入點荷載儀的加載錐頭之間，加載錐頭應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， 試件層理一般應與縱向加載方向平行，其他方向應加以說明，6. 關閉手動油泵的卸載閥，緩緩搖動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加載點，判斷測定結果無效。五、巖石點荷載強度測定結果計算1.巖石試件的點荷載指數I S:30I Sp10d 2式中： IS試件點荷載指數 ,MPa；-P-試件破壞載荷， KN；d加載雙點間距， cm。2. 每組試件的點荷載指數的算術平均值I SiI SPn式中： I SP- 試件平均點荷載指數 , MPa ；Isi 第i 個試件點荷載指數 , MPa ；n每組試件個數。3. 每組試件的點荷載指數的偏離度mVI sp式中： v偏離度；m- 點荷載指數的標準差，MPa( I siIsp ) 2m1n六、抗壓強度、抗拉強度的換算1. 點荷載指數與單軸抗壓強度的換算：a 加載方向平行層理時：煤和巖石徑向點荷載強度換算巖石： RCP24I spsp2MPaRCP66I spsp<2MPa式中：I SP 平均點荷載指數,MPa ；-RCP-平均單軸抗壓強度，MPa 。b 加載方向垂直層理時：煤和巖石的點荷載強度與抗壓強度的換算巖石：RCP11.5I sp31式中：I SP-平均點荷載指數 , MPa ；RCP-平均單軸抗壓強度，MPa 。2. 加載方向垂直層