井巷工程課件

第1章巖石的性質(zhì)及其工程分級(jí)井巷工程1巖石性質(zhì)與工程分級(jí)引子井巷施工最基本的工作

——破巖與井巷維護(hù)為什么要了解巖石與巖體的物理力學(xué)性質(zhì)?

如何在開(kāi)挖和支護(hù)中利用巖石的強(qiáng)度？為什么要對(duì)巖石進(jìn)行工程分級(jí)?第1章巖石的性質(zhì)及其工程分級(jí)1.1

概述1.2

巖石的物理性質(zhì)1.3

巖石的力學(xué)性質(zhì)1.4

巖石的工程分級(jí)

習(xí)題1.1概述（1）巖石——組成地殼的基本物質(zhì)，由礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律而形成的自然地質(zhì)體，包括巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖?！皟上唷?、“三相”?！白顝?fù)雜的材料之一”巖石的性質(zhì)：與其礦物組成有關(guān)，與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造有關(guān)。（2）巖體

——地下工程周圍較大范圍內(nèi)的自然地質(zhì)體。

特點(diǎn)：非均質(zhì)、各向異性、不連續(xù)、賦存地質(zhì)因子。（3）巖塊

——從地殼中切取出來(lái)的小塊體，不包含軟弱面（巖體中的地質(zhì)遺跡、層理、節(jié)理、斷層、裂隙面），近似認(rèn)為各向同性的連續(xù)介質(zhì)1.1概述（4）弱面：

——層理、節(jié)理、斷面及裂隙面與所研究巖體的巖塊比較,具有強(qiáng)度低、易變形的特點(diǎn),稱為弱面。巖體與巖塊的差異：巖體的強(qiáng)度小，巖塊的強(qiáng)度大；巖塊的各向同性與巖體的各向異性。巖石是不分巖塊和巖體的泛稱。（5）圍巖

——井巷附近受到擾動(dòng)的巖體。巖塊：巖體（6）表土：

——覆蓋在地殼上部的第三紀(jì)、第四紀(jì)沉積物,如黃土、粘土、流砂、淤泥、礫石的統(tǒng)稱。（7）基巖：

——表土以下的固結(jié)性巖石統(tǒng)稱為基巖。（8）煤系地層：

——煤層周圍一定范圍內(nèi)的地層。多為沉積巖，如砂巖、灰?guī)r、頁(yè)巖、泥巖等。1.1概述表土和基巖1.2.1巖石的相對(duì)密度和密度1.2.2巖石的孔隙性1.2.3巖石的水理性質(zhì)1.2.4巖石的碎脹性

1.2巖石的物理性質(zhì)

1）相對(duì)密度(曾稱比重)

巖石的相對(duì)密度是指巖石固體實(shí)體積(不包括孔隙體積)的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量的比值。計(jì)算公式為：式中：

d—巖石的相對(duì)密度(無(wú)量綱量);G—絕對(duì)干燥時(shí)體積為VC的巖石質(zhì)量，g；

VC—巖石固體實(shí)體積(不包括孔隙體積)，cm3；

ρW—水的密度，g／cm3。1.2.1巖石的相對(duì)密度和密度

2）密度ρ巖石單位體積〈包括巖石內(nèi)孔隙體積在內(nèi)〉的質(zhì)量，又稱質(zhì)量密度ρ，具有干密度與濕密度之分。a

干密度：是單位體積巖石絕對(duì)干燥后的質(zhì)量。b

濕密度：是天然含水或飽和水狀態(tài)下的密度。3）重度（容重）γ

：指單位體積巖石所受的重力，又稱重力密度。γ=ρg

1.2.1巖石的相對(duì)密度和密度1.2.2巖石的孔隙性巖石的孔隙性

——是指巖石的孔隙和裂隙的發(fā)育程度，常用孔隙度（率）n和孔隙比e來(lái)表示。

1）孔隙度n

巖石試件內(nèi)各種孔隙、裂隙的體積之和與試件總體積之比。

2）孔隙比e

巖石試件內(nèi)各種孔隙、裂隙的體積總和與試件內(nèi)固體礦物體積之比。1.2.2巖石的孔隙性3）孔隙度n和孔隙比e的關(guān)系4）孔隙性的作用

——對(duì)巖石其它性質(zhì)有顯著影響，如：密度和強(qiáng)度；風(fēng)化程度，透水性，力學(xué)強(qiáng)度等。

吸水、透水、軟化、溶蝕、膨脹、崩解。1）巖石的吸水率w：

—巖石試件在大氣壓力下吸入水的質(zhì)量g與試件烘干質(zhì)量G之比。*表1-1列出一些巖石的比重、密度、孔隙比和吸水率等指標(biāo)1.2.3巖石的水理性質(zhì)1.2.3巖石的水理性質(zhì)2）巖石的軟化性：巖石浸水飽和后強(qiáng)度降低的性質(zhì)，稱為軟化性，用軟化系數(shù)k表示。k定義為水飽和巖石試件的單向抗壓強(qiáng)度(Rb)與干燥試件的單向抗壓強(qiáng)度(Rc)的比值，即表1.2（7頁(yè)）1.2.4巖石的碎脹性（1）碎脹性：巖石破碎后因孔隙或裂隙增多而總體積增大的性質(zhì)。（2）碎脹系數(shù)K：巖石破碎后的總體積V1與原巖破碎前整體狀態(tài)下的體積V之比。（3）影響碎脹系數(shù)大小的因素巖石的物理性質(zhì)、破碎后的塊度大小及其排列狀態(tài)。（4）殘余碎脹系數(shù)K'—巖石破碎后經(jīng)過(guò)壓實(shí)的總體積V1

'與原巖破碎前整體狀態(tài)下的體積V之比。（5）碎脹系數(shù)的意義選擇裝巖、運(yùn)輸、提升設(shè)備；爆破空間大??；直接頂垮落后的高度。1.2.4巖石的碎脹性1.2.4巖石的碎脹性（6）巖石的碎脹應(yīng)變（體積應(yīng)變）幾種巖石的體積應(yīng)變數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1.4（第8頁(yè)）1.3巖石的力學(xué)性質(zhì)

外載作用下：“變形”、“破壞”、“運(yùn)動(dòng)”。1.3.1巖石的變形特征1.3.2巖石的強(qiáng)度特征1.3.3巖石的硬度1.3.4巖石的可鉆性與可爆性1.3.1巖石的變形特征*荷載（力）與應(yīng)力：*變形與應(yīng)變：*應(yīng)力與應(yīng)變：*剛度：或力學(xué)性能的幾個(gè)關(guān)系：1.3.1巖石的變形特征1）巖石的彈性和塑性巖石是兼有彈性和塑性的材料。巖石受力后既可能出現(xiàn)彈性變形，也可能出現(xiàn)塑性變形，而且彈性變形和塑性變形往往同時(shí)出現(xiàn)。巖石的彈性是指在力的作用下，巖石改變形狀和體積，而卸載后能完全恢復(fù)其原始狀態(tài)的性質(zhì)。如煤化程度較高的煤、砂巖、礫巖、石灰?guī)r都具有較好的彈性。塑性是指在力的作用下，巖石改變形狀和體積，而卸載后仍保留殘余變形的性質(zhì)。如頁(yè)巖、粘土巖塑性比較強(qiáng)。巖石的變形特性用巖石的彈性模量E、變形模量EB以及泊松比μ等參數(shù)來(lái)表示。表1-3幾種巖石的彈性模量和泊松比1.3.1巖石的變形特征2）巖石的脆性和流變性巖石的脆性是指巖石在破裂前幾乎沒(méi)有或僅有很短的塑性階段。如煤化程度較高的煤、砂巖、石灰?guī)r都具有脆性。流變：通常把隨時(shí)間因素而變化的應(yīng)力應(yīng)變現(xiàn)象統(tǒng)稱為流變。許多巖石有流變性，而不同巖石的流變性差異很大。流變性表現(xiàn)在蠕變和松弛兩個(gè)方面。蠕變是在應(yīng)力一定的條件下，變形隨時(shí)間的持續(xù)而逐漸增長(zhǎng)；松弛是在變形量一定的條件下，應(yīng)力隨時(shí)間的持續(xù)而逐漸減少。㈠靜載荷下巖石的變形特征（單向壓縮）1.3.1巖石的變形特征⑴應(yīng)力應(yīng)變曲線⑵體積應(yīng)變⑶三種破壞形式⑴應(yīng)力應(yīng)變曲線I—OA階段裂隙壓密閉合階段

Ⅱ—AB階段線彈性階段

Ⅲ—BC段破裂發(fā)展階段或稱變形屈服階段

Ⅳ一CD段軟化階段

靜荷載下巖石變形特征*一般巖石在室溫和大氣壓條件下的單向壓縮試驗(yàn)曲線（P9圖1-1）

a、Ⅰ—OA段：σ～ε曲線斜率逐漸增大；稱為“裂隙壓密閉合階段”（變彈模）。

b、Ⅱ—AB段：σ～ε曲線近似直線；稱為“線彈性階段”。

c、Ⅲ—BC段：σ～ε曲線的斜率逐漸縮?。环Q為“破裂發(fā)展階段”，達(dá)到極限C。

d、Ⅳ—CD段：剛性試驗(yàn)機(jī)時(shí)可見(jiàn)σ～ε曲線上應(yīng)力隨應(yīng)變而下降直至D，這說(shuō)明了什么？*CD曲線的存在——說(shuō)明巖石在達(dá)到極限強(qiáng)度后，仍然具有相當(dāng)?shù)某休d能力。

⑵體積應(yīng)變

—巖石的體積改變量ΔV與原體積V的比值,也稱體積改變率。一般巖石具有在彈性階段體積變小和塑性階段體積增大的特點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)在附近。巖石在塑性階段體積增大的性質(zhì)稱為擴(kuò)容現(xiàn)象,對(duì)于研究巷道變形和圍巖對(duì)支護(hù)造成的壓力等問(wèn)題有重要意義。圖1.1（9頁(yè)）⑶三種破壞形式脆性破壞：永久變形或全變形小于3%者為脆性破壞。具有這種特性的巖石稱為脆性巖石；塑性破壞：永久變形或全變形大于5%者塑性破壞。具有這種特性的巖石稱為塑性巖石；過(guò)度狀態(tài)：永久變形或全變形在3%到5%之間。(4)有圍壓作用時(shí)的巖石變形特性圖1.2（10頁(yè)）破壞前的應(yīng)變?cè)黾?；脆?/p>

塑性，出現(xiàn)硬化現(xiàn)象；變形模量和泊松比有一定程度提高。（二）動(dòng)載荷下巖石變形特征*動(dòng)荷載

—外荷載不是常數(shù)，而是時(shí)間的函數(shù)。如沖擊鑿巖和爆破落巖等，如圖1－2所示為鑿巖機(jī)活塞沖擊釬尾時(shí)，作用力隨時(shí)間變化的實(shí)測(cè)曲線。從圖可見(jiàn)，作用力在幾十微秒內(nèi)零驟增到數(shù)萬(wàn)牛頓，再經(jīng)數(shù)百微秒重新下降到零。ΔL—質(zhì)點(diǎn)擾動(dòng)位移，CP—質(zhì)點(diǎn)擾動(dòng)的傳播速度（波速），Δt—波的傳播時(shí)間，CPΔt—在Δt時(shí)間內(nèi)的變形范圍。

F⑵巖石在動(dòng)荷載作用下的變形特征

ΔL*動(dòng)荷載下巖石變形特征：

a在動(dòng)荷載作用下，巖石變形不是整體的均勻變形；

b質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度也不是整體一致的?！白冃魏退俣取倍加幸粋€(gè)傳播的過(guò)程。*表1－3列出了幾種材料的密度、縱波波速及波阻抗值。表面波(勒夫波)：沿介質(zhì)邊界傳播c；體積波：在介質(zhì)內(nèi)部傳播，分為橫波和縱波橫波：介質(zhì)振動(dòng)方向和波的傳播方向垂直，產(chǎn)生剪切變形b；縱波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和波的傳播方向一致，產(chǎn)生壓縮、拉伸變形a；瑞利波：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓的波，為地震波的主要形式

d⑶波的反射和透射

波阻抗ρcp

—介質(zhì)密度與縱波速度的乘積，它表示介質(zhì)對(duì)應(yīng)力波傳播的阻尼作用。*表1－3列出了幾種材料的密度、縱波波速及波阻抗值。巖石強(qiáng)度：

—在外荷載作用下巖石抵抗破壞的能力（靜、動(dòng)荷載作用）。*瞬時(shí)強(qiáng)度—巖石在動(dòng)荷載作用下的強(qiáng)度，又叫動(dòng)荷載強(qiáng)度*長(zhǎng)時(shí)強(qiáng)度—巖石在靜荷載作用下的強(qiáng)度的強(qiáng)度，又叫做靜荷載強(qiáng)度

表1－5列出了幾種巖石的動(dòng)靜荷載強(qiáng)度值1.3.2巖石的強(qiáng)度特征（一）靜荷載下巖石的強(qiáng)度特征

（1）靜荷載下巖石大多表現(xiàn)為脆性破壞。（2）同一種巖石的強(qiáng)度并非常數(shù)。（3）不同受力狀態(tài)下巖石的各種強(qiáng)度極限相差懸殊。

a、從荷載性質(zhì)來(lái)看：?jiǎn)蜗蚩箟簭?qiáng)度>單向抗剪強(qiáng)度>單向抗彎強(qiáng)度>單向抗拉強(qiáng)度；

b、從應(yīng)力狀態(tài)來(lái)看：三向抗壓強(qiáng)度>雙向抗壓強(qiáng)度>單向抗壓強(qiáng)度；*部分巖石強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果列于表1－4單向抗壓強(qiáng)度RC、單向抗剪強(qiáng)度τ、單向抗拉強(qiáng)度Rt之間有下列關(guān)系：（一）靜荷載下巖石的強(qiáng)度特征（二）動(dòng)荷載下巖石的強(qiáng)度特征

動(dòng)載：隨著時(shí)間變化。（1）外部動(dòng)荷載解除，質(zhì)點(diǎn)由運(yùn)動(dòng)恢復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)需要一個(gè)持續(xù)過(guò)程，而非立即恢復(fù)到位。（2）巖石的動(dòng)荷載強(qiáng)度（瞬時(shí)強(qiáng)度）大于靜荷載強(qiáng)度（長(zhǎng)時(shí)強(qiáng)度）。（3）分析圍巖穩(wěn)定性時(shí)，靜載強(qiáng)度；分析開(kāi)挖問(wèn)題時(shí)，動(dòng)載強(qiáng)度。（三）強(qiáng)度理論強(qiáng)度理論（強(qiáng)度準(zhǔn)則）1）莫爾-庫(kù)倫強(qiáng)度準(zhǔn)則思想：在不同正應(yīng)力和剪應(yīng)力的組合下發(fā)生破壞圖1.4~1.5（13頁(yè)）不足；破壞機(jī)理；中間主應(yīng)力。2）格里菲斯強(qiáng)度準(zhǔn)則思想：破裂原因；裂紋擴(kuò)展方向；裂紋擴(kuò)展所需能量。*硬度

—抵抗其它較硬物體侵入的能力。根據(jù)試驗(yàn)方式可分為：

（1）靜壓入硬度：采用底面積為1～5mm2的圓柱形平底壓模壓入巖石試件，該巖石產(chǎn)生脆性破壞或屈服時(shí)的強(qiáng)度，作為巖石的硬度指標(biāo)。（2）回彈硬度：以重物落于巖石表面后回彈高度來(lái)表示，常用回彈儀即施米特錘。1.3.3巖石的硬度*巖石的可鉆性

—表示巖石鉆眼難易程度，是巖石的物理力學(xué)性質(zhì)在鉆眼條件下的綜合反映。*巖石的可爆性

—表示巖石爆破難易程度，是巖石的物理力學(xué)性質(zhì)在爆破條件下的綜合反映。*巖石的可鉆性和可爆性度量

——常用工藝性指標(biāo)來(lái)表示。1.3.4巖石的可鉆性與可爆性巖石的可鉆性：鉆速；鉆每米炮眼所需時(shí)間；鉆頭在變鈍之前的進(jìn)尺；鉆每米炮眼磨鈍的釬頭數(shù)等。巖石的可爆性：爆破單位體積巖石所消耗的炸藥；爆破單位體積巖石所需的炮眼長(zhǎng)度；單位重量的炸藥的爆破量；每米炮眼的爆破量等。1.4.1巖石工程分級(jí)概述巖石—“最復(fù)雜的材料”。巖塊、結(jié)構(gòu)面、地質(zhì)環(huán)境等。分級(jí)的目的：給出具有代表性的、單一的性質(zhì)參數(shù)，以便能正確地進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，合理地選用施工方法、施工設(shè)備、機(jī)具與器材，準(zhǔn)確的制定生產(chǎn)定額和材料消耗定額等。1.4巖石的工程分級(jí)1）普氏分級(jí)法

2）中國(guó)煤炭部門圍巖分類法

3）巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD）分類

4）Q分類

5）圍巖松動(dòng)圈分類1.4.2工程分級(jí)方法

1）普氏分級(jí)法

普羅托奇雅克諾夫1926年提出用“堅(jiān)固性”作為巖石工程分級(jí)的依據(jù)，即用一個(gè)綜合性指標(biāo)“堅(jiān)固性系數(shù)f”來(lái)表示巖石破壞的相對(duì)難易程度。

f=Rc/10

據(jù)f值，分為十級(jí)十五種（如表1-6所示）。*Ⅰ級(jí)巖石···（最堅(jiān)固，如石英、玄武巖）···普氏系數(shù)f＝20*Ⅴ級(jí)巖石···（中等堅(jiān)固，如頁(yè)巖）········普氏系數(shù)f＝3～4*Ⅵ級(jí)巖石···（如無(wú)煙煤）···················普氏系數(shù)f＝2

*Ⅵa級(jí)巖石···（如堅(jiān)固煙煤）···············普氏系數(shù)f＝1.5*Ⅶ級(jí)巖石···（如軟的煙煤）················普氏系數(shù)f＝1.0

*Ⅸ級(jí)巖石···（如采下的煤）················普氏系數(shù)f＝0.5普氏巖石分級(jí)法的不足：1）只反映了巖石（塊）的特征而沒(méi)有反映出巖體（含有弱面）的特征。2）井巷圍巖穩(wěn)定性主要取決于巖體的結(jié)構(gòu)和巖石的強(qiáng)度，而不只是巖石試件的強(qiáng)度，因此，國(guó)內(nèi)外提出了各種“巖石工程分類（級(jí)）方法”，如我國(guó)煤炭系統(tǒng)的五級(jí)分類、西方的RQD分類及圍巖松動(dòng)圈分類等。根據(jù)井巷錨噴支護(hù)設(shè)計(jì)與施工需要，按照煤礦巖層的特點(diǎn)，分為五類，如表1-7所示。Ⅰ類穩(wěn)定巖層：完整、堅(jiān)硬，層間膠結(jié)好，Rb（飽和抗壓強(qiáng)度）>60Mpa；

Ⅱ類較穩(wěn)定~：完整、比較堅(jiān)硬，層間膠結(jié)較好，Rb＝40～60Mpa；

Ⅲ類中等穩(wěn)定~：完整、中硬，夾有軟弱夾層Rb＝20~40Mpa；

Ⅳ類穩(wěn)定性較差~：較軟的完整巖層Rb<20Mpa；

Ⅴ類不穩(wěn)定~：易風(fēng)化潮解剝落的軟巖和各類破碎巖層。2）中國(guó)煤炭部門圍巖分類法表1.7煤炭行業(yè)巖石分類表五級(jí)分類時(shí)的巖層描述：*巖體結(jié)構(gòu)描述—

完整的；層狀的；塊狀的；破碎的。

完整的—層理和裂隙的間距大于1.5m；層狀的—層間距小于1.5m；塊狀的—節(jié)理裂隙間距小于1.5m，大于0.3m；破碎的—節(jié)理裂隙間距小于0.3m。*巖層強(qiáng)度描述：

Rb—單軸飽和抗壓強(qiáng)度，Mpa

(較軟)20；

(中硬)40；

(較硬)60；

(堅(jiān)硬)80*層間膠結(jié)描述：

膠結(jié)好；

較好；

少數(shù)軟巖夾層；

軟巖。*當(dāng)?shù)叵滤绊憞鷰r穩(wěn)定性時(shí)，考慮適當(dāng)降級(jí)。五級(jí)分類時(shí)各類圍巖（巷道開(kāi)挖后）的穩(wěn)定狀態(tài)描述（跨度3-5m）I類：圍巖穩(wěn)定，長(zhǎng)期不掉塊；II類：圍巖較穩(wěn)定，較長(zhǎng)時(shí)間不支護(hù)會(huì)有掉小塊；III類：一個(gè)月以上穩(wěn)定，局部掉塊；IV類：暫時(shí)穩(wěn)定，幾天后冒落；V類：瞬時(shí)穩(wěn)定，易產(chǎn)生冒頂片幫，隨挖隨冒。

RQD：鉆探時(shí)將鉆孔中直接獲取的長(zhǎng)度大于10cm的堅(jiān)硬完整巖芯的累計(jì)長(zhǎng)度，與鉆孔總進(jìn)尺之比，即：具體分為5類，其相應(yīng)的指標(biāo)如下：優(yōu)質(zhì)的·······RQD＝90~100

良好的······RQD＝75~90

好的·········RQD＝50～75

差的·········RQD＝25～50

很差的·······RQD＝0～253）巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD）分類(Deere提出)

挪威NickBarton1974年提出的。

Q分類考慮的因素：

RQD、

節(jié)理組數(shù)評(píng)分Jn、

節(jié)理面粗糙度評(píng)分Jr、

節(jié)理面蝕變程度評(píng)分Ja、

裂隙水折減系數(shù)Jw，⑥地應(yīng)力折減系數(shù)SRF。

Q分類為7類：如P18圖1.8所示A~G（1000~0.001）4）Q分類5）圍巖松動(dòng)圈分類（1）圍巖松動(dòng)圈的形成：開(kāi)挖后

①應(yīng)力集中（升高、降低）；

②三向應(yīng)力變?yōu)閮上驊?yīng)力圍巖強(qiáng)度降低；

集中應(yīng)力超過(guò)淺部圍巖強(qiáng)度淺部圍巖松動(dòng)破壞深部處于三向應(yīng)力平衡狀態(tài)。（2）特點(diǎn)：變形和強(qiáng)度松動(dòng)圈內(nèi)的巖石處于軟化和殘余強(qiáng)度范圍。（3）測(cè)量：用超聲波或地質(zhì)雷達(dá)測(cè)量。圍巖類別松動(dòng)圈支護(hù)方法備注小I穩(wěn)定<40cm噴砼圍巖整體性好中II較穩(wěn)定40~100錨，噴III一般100~150錨，噴剛性支護(hù)局部破壞大IV一般不穩(wěn)定150~200錨，噴，網(wǎng)剛性支護(hù)大面積破壞V不穩(wěn)定200~300錨，噴，網(wǎng)圍巖變形有穩(wěn)定期VI極不穩(wěn)定>300二次支護(hù)無(wú)穩(wěn)定期（4）圍巖松動(dòng)圈分類（I~VI

類）5）圍巖松動(dòng)圈分類（5）圍巖松動(dòng)圈分類的特點(diǎn)：①松動(dòng)圈厚度是一個(gè)綜合指標(biāo)；②松動(dòng)圈厚度直觀，且容易測(cè)量；③分類與支護(hù)方式直接聯(lián)系，應(yīng)用方便。復(fù)習(xí)思考題巖石與巖塊的特點(diǎn)及其力學(xué)性質(zhì)差異？巖體、基巖、表土？相對(duì)密度、密度、孔隙性、吸水率、軟化性？巖石的碎脹性及其表示？在井巷工程實(shí)踐中有何意義？巖石靜載荷作用下變形特征？用單向壓縮實(shí)驗(yàn)曲線說(shuō)明這個(gè)階段意義？動(dòng)荷載下巖石的變形特征？巖石在動(dòng)荷載下的強(qiáng)度特征？巖石的可鉆性與可爆性？如何表示？巖石工程分級(jí)的目的與意義？巖石工程分級(jí)方法有幾種？什么是普氏系數(shù)？普氏系數(shù)分級(jí)法及其的優(yōu)缺點(diǎn)？65

第2章巷道斷面設(shè)計(jì)2.1巷道斷面形狀2.2巷道斷面尺寸2.3巷道斷面內(nèi)水溝設(shè)計(jì)和管線布置2.4巷道斷面設(shè)計(jì)示例

習(xí)題662.0引子

巷道凈斷面應(yīng)該滿足哪些要求？?jī)魯嗝?、掘進(jìn)斷面（設(shè)計(jì)和計(jì)算）的區(qū)別？斷面設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟？672巷道斷面設(shè)計(jì)巷道斷面設(shè)計(jì)原則：在滿足安全、生產(chǎn)和施工要求的條件下，力求提高斷面利用率，取得最佳的經(jīng)濟(jì)效果。

巷道斷面設(shè)計(jì)內(nèi)容：選擇斷面形狀和確定斷面尺寸。68

2巷道斷面設(shè)計(jì)巷道斷面設(shè)計(jì)的步驟㈠

選擇巷道斷面形狀、確定巷道凈斷面尺寸，并進(jìn)行風(fēng)速驗(yàn)算；㈡根據(jù)支架參數(shù)和道床參數(shù)計(jì)算出巷道的設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面尺寸，并按允許的超挖值求算出巷道的計(jì)算掘進(jìn)斷面尺寸；㈢布置水溝和管纜；

㈣繪制巷道斷面施工圖，巷道特征表、每米工程量及材料消耗量表。692.1巷道斷面形狀一、常用斷面形狀二、選擇巷道斷面形狀一般考慮的因素三、

巷道斷面選用原則70

一、巷道斷面形狀

分類：（一）折線型：矩形、梯形、不規(guī)則形；（二）曲線型：直墻拱形(如三心拱形、半圓拱形、圓弧拱形)以及封閉拱形、橢圓形、圓形等。2.1巷道斷面形狀71巷道斷面形狀72二、影響巷道斷面形狀選擇的因素㈠作用在巷道上的地壓大小和方向（在選擇巷道斷面形狀時(shí)起主要作用）；㈡巷道用途和服務(wù)年限（也是選擇巷道斷面形狀不可缺少的重要因素）；㈢礦區(qū)富有的支架材料和習(xí)慣使用的支護(hù)方式（也直接影響巷道斷面形狀的選擇）；㈣掘進(jìn)方法和設(shè)備（對(duì)于巷道斷面形狀的選擇也有一定影響）；㈤需風(fēng)量大的礦井，選擇通風(fēng)阻力小的斷面形狀和支護(hù)方式，有利于安全和具有經(jīng)濟(jì)效益。2.1巷道斷面形狀73巷道地壓大小和方向與斷面形狀的選擇74礦井巷道用途和服務(wù)年限與斷面形狀的選擇752.1巷道斷面形狀三、

巷道斷面選用原則①巷道安全穩(wěn)定性好；②滿足生產(chǎn)和施工技術(shù)要求；③斷面利用率高；④巷道施工速度快、造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)效果好。762.2巷道斷面尺寸巷道斷面尺寸及巷道斷面設(shè)計(jì)方法與步驟（1）決定巷道凈斷面尺寸的因素：運(yùn)輸；行人；通風(fēng)；安全設(shè)施及設(shè)備的安裝、檢修和施工等。（2）巷道斷面設(shè)計(jì)方法與步驟：①首先根據(jù)運(yùn)輸、通風(fēng)、行人、安裝檢修、施工和《煤礦安全規(guī)程》、《煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范》等的規(guī)定，確定巷道的“凈斷面的尺寸”；②進(jìn)行風(fēng)速校驗(yàn)；③根據(jù)支護(hù)參數(shù)和道床參數(shù)，計(jì)算出巷道的“設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面尺寸”；④再按允許超挖值，計(jì)算出巷道的“計(jì)算掘進(jìn)斷面尺寸”；⑤最后按比例繪制包括墻角和水溝在內(nèi)的巷道斷面圖，編制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表。

77一、巷道凈寬度B的確定二、巷道的凈高度H三、巷道的凈斷面面積S四、巷道風(fēng)速v驗(yàn)算五、巷道的設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面積和計(jì)算掘進(jìn)斷面積2.2巷道斷面尺寸78

（1）直墻拱形巷道的凈寬度指巷道兩側(cè)內(nèi)壁或錨桿露出長(zhǎng)度終端之間的水平間距。（2）矩形巷道的凈寬度巷道兩側(cè)內(nèi)壁或錨桿露出長(zhǎng)度終端之間的水平間距。

（3）梯形巷道的凈寬度1）當(dāng)其內(nèi)通行礦車、電機(jī)車時(shí)，凈寬系指車輛頂面水平的巷道寬度；2）當(dāng)其內(nèi)不通行運(yùn)輸設(shè)備時(shí)，凈寬系指自底板起1.6m高水平的巷道寬度。一、巷道凈寬度B的確定79B＝a十2A1十c十t（2.1）A1—運(yùn)輸設(shè)備的最大寬度(表2.2)，m；a—非人行道側(cè)寬度；c—人行道的寬度；t—運(yùn)輸設(shè)備最突出部分之間的間距。（具體數(shù)值見(jiàn)《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定）一、巷道凈寬度B的確定

（以直墻拱形巷道為例）：

80《煤礦安全規(guī)程》（2005）第二十二條運(yùn)輸巷兩側(cè)（包括管、線、電纜）與運(yùn)輸設(shè)備最突出部分之間的距離，應(yīng)符合下列要求：(表2.142頁(yè))

（一）新建礦井、生產(chǎn)礦井新掘運(yùn)輸巷的一側(cè)，從巷道道碴面起1.6m的高度內(nèi)，必須留有寬0.8m（綜合機(jī)械化采煤礦井為1m）以上的人行道，管道吊掛高度不得低于1.8m；巷道另一側(cè)的寬度不得小于0.3m（綜合機(jī)械化采煤礦井為0.5m）。（二）巷道內(nèi)安設(shè)輸送機(jī)時(shí)，輸送機(jī)與巷幫支護(hù)的距離不得小于0.5m；輸送機(jī)機(jī)頭和機(jī)尾處與巷幫支護(hù)的距離應(yīng)滿足設(shè)備檢查和維修的需要，并不得小于0.7m。（三）巷道內(nèi)移動(dòng)變電站或平板車上綜采設(shè)備的最突出部分，與巷幫支護(hù)的距離不得小于0.3m。

（四）在人車停車地點(diǎn)的巷道上下人側(cè)，從巷道道碴面起1.6m的高度內(nèi)，必須留有寬1m以上的人行道，管道吊掛高度不得低于1.8m。81《煤礦安全規(guī)程》（2005）第二十三條：在雙軌運(yùn)輸巷中，2列列車最突出部分之間的距離，對(duì)開(kāi)時(shí)不得小于0.2m，采區(qū)裝載點(diǎn)不得小于0.7m，礦車摘掛鉤地點(diǎn)不得小于1m。車輛最突出部分與巷道兩側(cè)距離，必須符合本規(guī)程第二十二條的要求。82參見(jiàn)教材44頁(yè)表2.2所示83在確定曲線段巷道凈寬度時(shí)，按公式計(jì)算巷道的凈寬，要考慮礦車在彎道上運(yùn)行，由于車體的中心線和線路的中心線不相吻合，發(fā)生礦車外邊角外伸和礦車內(nèi)側(cè)車幫內(nèi)移現(xiàn)象，內(nèi)側(cè)和外側(cè)均要加寬0.2m。曲線段巷道加寬范圍：除曲線段外，用礦車運(yùn)輸時(shí)與曲線段兩端相聯(lián)的各長(zhǎng)2m的直線段也要加寬；電機(jī)車運(yùn)輸時(shí)曲線兩端直線段加寬長(zhǎng)度為3m。巷道曲線段加寬84雙軌巷道線路中心距加寬

雙軌巷道對(duì)開(kāi)列車車輛之間應(yīng)有足夠的安全間隙，兩條平行軌道的中線距可按表1-2或表2.3選?。槐?.345頁(yè)85巷道凈寬度的總體規(guī)定1）拱形斷面：

(1)主要運(yùn)輸巷道：綜采：≥3.0m；其它：≥2.2m。

(2)其它巷道：≥2.0m2)矩形斷面：≥2.0m3)梯形巷道：頂部一般要求≥1.8m，具體可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)頂梁尺寸和柱腿斜角來(lái)推算規(guī)定處的凈寬度。此外還應(yīng)滿足如下規(guī)定：巷道的凈寬度必須滿足自道渣面起1.6m范圍內(nèi)，人行道寬度≥

0.8m。按公式（2.1）計(jì)算的B值按照“只進(jìn)不舍”的原則，以0.1m進(jìn)級(jí)。86無(wú)軌運(yùn)輸巷道的凈寬度主要根據(jù)通風(fēng)、行人選取。1）主要運(yùn)輸巷道：(1)人行道：≥1.2m；另外一側(cè)：≥0.5m。(2)列車對(duì)開(kāi)：≥0.5m2)其它巷道：人行道：0.8-1.0m；另外一側(cè)：0.3-0.5m。3)轉(zhuǎn)彎和交叉處，根據(jù)列車轉(zhuǎn)彎半徑、運(yùn)輸間距確定。87

二、巷道的凈高度

1）矩形、梯形巷道：自渣面或底板到頂梁或頂部噴層面、錨桿露出長(zhǎng)度終端的高度。表2.42）拱形巷道凈高：自渣面至拱頂內(nèi)沿或錨桿露出長(zhǎng)度終端的高度。主要是確定凈拱高和自底板起的墻高。

H=h0+h3-hbH—拱形巷道凈高；

h0—拱形巷道拱高；

h3—拱形巷道墻高；

hb—巷道內(nèi)道碴高度。88《煤礦安全規(guī)程》第二十一條巷道凈斷面必須滿足行人、運(yùn)輸、通風(fēng)和安全設(shè)施及設(shè)備安裝、檢修、施工的需要，并符合下列要求：（一）主要運(yùn)輸巷和主要風(fēng)巷的凈高，自軌面起不得低于2m。架線電機(jī)車運(yùn)輸巷的凈高必須符合本規(guī)程第三百五十六條和第三百五十七條的有關(guān)要求。（二）采區(qū)（包括盤區(qū)，以下各條同）內(nèi)的上山、下山和平巷的凈高不得低于2m，薄煤層內(nèi)的不得低于1.8m。

采煤工作面運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷及采區(qū)內(nèi)的溜煤眼等的凈斷面或凈高，由煤礦企業(yè)統(tǒng)一規(guī)定。巷道凈斷面的設(shè)計(jì)，必須按支護(hù)最大允許變形后的斷面計(jì)算。892）拱形巷道凈高（1）拱高h(yuǎn)0

常與巷道凈寬的比來(lái)表示（高跨比）：半圓拱：h０=R=B/2；圓弧拱：h０=B/3、0.4B。（2）墻高h(yuǎn)3

自巷道底板至拱基線的距離。90(2)拱形巷道壁高設(shè)計(jì)要求：(1)架線電機(jī)車導(dǎo)電弓子頂端兩切線交點(diǎn)處與巷道拱壁間最小安全間隙n；(2)

管道的裝設(shè)m；(3)

人行高度要求j；(4)1.6m高度人行道寬度C；(5)

設(shè)備上緣至拱壁間最小安全間隙C'

。計(jì)算壁高h(yuǎn)3，然后取大值。“只進(jìn)不舍，0.1m進(jìn)級(jí)”91(2)拱形巷道壁高h(yuǎn)3

半圓拱形巷道的壁高h(yuǎn)3(見(jiàn)圖2-3)。(1)按“架線電機(jī)車導(dǎo)電弓子高度”要求計(jì)算：式中，h4—電機(jī)車導(dǎo)電弓子高度；2.0m（行人），1.9m（不行人），井底車場(chǎng)2.2m。（356條）

hc—道床總高度；R—半圓拱半徑；

n—導(dǎo)電弓子外緣與拱壁之間的安全間隙(一般取300)；

K—導(dǎo)電弓子寬度之半；

b1—軌道中心線與巷道中心線間隙。92(2)拱形巷道壁高h(yuǎn)3（2）按“管道的裝設(shè)高度”要求雙軌巷道：?jiǎn)诬壪锏溃菏街校琺-導(dǎo)電弓子與管子之間的安全間隙(一般取400~500)；

h5-管子吊掛的下緣高度，h5≥1800mm。（3）按“人行高度”要求計(jì)算：式中，j大于100，一般取200mm93(2)拱形巷道壁高h(yuǎn)3（4）按“1.6m高度人行寬度”要求

雙軌巷道：?jiǎn)诬壪锏溃菏街?，C'-運(yùn)輸設(shè)備上緣和拱璧間距(一般大于等于700mm)；（5）按“設(shè)備上緣距拱璧的最小安全間隙”要求計(jì)算：雙軌：?jiǎn)诬墸悍侨诵袀?cè)：941、按架線電機(jī)車2、按管道安裝3、按人行高度4、按高1.6m處人行寬度5、按設(shè)備上緣安全間隙圖2.451頁(yè)95單軌巷道壁高9697

關(guān)于巷道的凈高度：

（1）一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于架線電機(jī)車運(yùn)輸?shù)南锏?，按其中架線電機(jī)車導(dǎo)電弓子和管道裝設(shè)要求計(jì)算即能滿足要求；

（2）其它如礦車運(yùn)輸、僅鋪設(shè)輸送機(jī)或無(wú)運(yùn)輸設(shè)備的巷道一般只按行人高度要求即能滿足要求，但在人行道范圍1.8m以下，不得架設(shè)管線和電纜。（3）以上計(jì)算的墻高h(yuǎn)3值，必須按只進(jìn)不舍的原則，以0.1m進(jìn)級(jí)。

二、巷道的凈高度(續(xù))

981）矩形巷道凈斷面積：S＝BHB—巷道凈寬；H—巷道凈高。

2）梯形巷道凈斷面積：S＝(B1+B2)H/2；

B1、B2—巷道頂梁、底板處凈寬；H—巷道凈高。

3）半圓拱巷道凈斷面積：S＝B(0.39B+h2)h2—渣面起的巷道壁高。

4）圓弧拱巷道凈斷面積：S＝B(0.24B+h2)h2—渣面起的巷道壁高。三、巷道的凈斷面面積99

矩形巷道100梯形巷道101半圓拱形巷道102圓弧（三心）拱形巷道103四、巷道風(fēng)速驗(yàn)算

生產(chǎn)礦井的巷道通常兼作通風(fēng)用，因此還要進(jìn)行最優(yōu)的風(fēng)速驗(yàn)算：

V——通過(guò)巷道的風(fēng)速，

Q——通過(guò)巷道的風(fēng)量，

Vmax——巷道允許通風(fēng)的最高風(fēng)速，m／s。

104四、巷道風(fēng)速驗(yàn)算

《煤礦工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：礦井主要進(jìn)風(fēng)巷的風(fēng)速一般不大于6m/s；輸送機(jī)巷道采區(qū)風(fēng)巷一般不大于4m/s?！睹旱V安全規(guī)程》

105五、巷道設(shè)計(jì)和計(jì)算掘進(jìn)斷面積

1．支護(hù)參數(shù)的選擇2．道床參數(shù)的選擇3．巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面積4．巷道計(jì)算掘進(jìn)斷面積

106（一）支護(hù)參數(shù)的選擇支護(hù)是影響煤礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和安全生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。支護(hù)形式過(guò)去，棚式支架和磚石、混凝土砌碹是支護(hù)的主要形式。近來(lái)，錨噴支護(hù)和金屬支架尤其錨噴支護(hù)已成為主要支護(hù)形式。支架參數(shù)

~是各種支架的規(guī)格尺寸，錨噴支護(hù)的錨桿類型、長(zhǎng)度直徑、間距、排距、噴層厚度及標(biāo)號(hào)等。如坑木的直徑、金屬和鋼筋混凝土構(gòu)件的斷面高度以及背板厚度、噴層的厚度或錨桿直徑、長(zhǎng)度和外露的長(zhǎng)度等。107（二）道床參數(shù)的選擇道床參數(shù)：鋼軌型號(hào)、軌枕規(guī)格和道碴厚度。①鋼軌型號(hào)簡(jiǎn)稱軌型，是根據(jù)巷道類型、運(yùn)輸方式及礦車容積和軌距來(lái)選取。軌型是以每米長(zhǎng)度的質(zhì)量來(lái)表示，如15、22、30、38kg/m等。②軌枕：軌枕的類型和規(guī)格應(yīng)與選用的鋼軌型號(hào)相適應(yīng)。③道床：一般采用堅(jiān)硬的碎石或不易自燃的矸石或卵石做道碴，顆粒度以20~30mm為宜。

108（二）道床參數(shù)的選擇109鋼軌型號(hào)表2.958頁(yè)110軌枕規(guī)格表2.1058頁(yè)111常用道床參數(shù)表2.1159頁(yè)112（三）巷道的設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面積

巷道的凈斷面尺寸加上支架參數(shù)和道床參數(shù)便可得到巷道的設(shè)計(jì)掘進(jìn)尺寸，從而求得巷道的設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面積。半圓拱巷道的設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面積：S1=B1（0.39B1+h3）；

B1—拱形巷道掘進(jìn)寬度；h3—墻高；圓弧拱巷道的設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面積：S1=0.24B2+1.27BT+1.57T2+B1h3；

B—巷道凈寬；T—墻厚；梯形巷道的設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面積：S1=（B3+B4）H1/2；

B3、B4—頂梁、底梁設(shè)計(jì)掘進(jìn)寬度；H1—設(shè)計(jì)掘進(jìn)高度。113（四）巷道的計(jì)算掘進(jìn)斷面積

考慮到巷道在施工內(nèi)出現(xiàn)超挖觀象，因此，設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面尺寸應(yīng)加上允許超挖值δ，作為計(jì)算掘進(jìn)斷面尺寸。并以此計(jì)算出巷道的掘進(jìn)工程量和支爐材料消耗量。114（四）巷道的計(jì)算掘進(jìn)斷面積

1152.2巷道斷面尺寸五、巷道斷面尺寸計(jì)算公式梯形巷道斷面尺寸和工程量、材料消耗計(jì)算公式，如表2.4所示。（47頁(yè)）半圓拱巷道斷面尺寸和工程量、材料消耗計(jì)算公式，如表2.6所示。（52頁(yè)）

圓弧拱巷道斷面尺寸和工程量、材料消耗量計(jì)算公式，如表2.7所示。（54頁(yè)）1162.3巷道斷面內(nèi)水溝和管纜布置一、排水溝布置設(shè)計(jì)1)排水溝斷面系根據(jù)礦井生產(chǎn)時(shí)通過(guò)該巷道的排水量設(shè)計(jì)。2)排水溝一般布置在人行道一側(cè)，并盡量少穿越運(yùn)輸線路。3)平巷排水溝的坡度一般取3‰~5‰(或與巷道坡度相同)。4)常用的水溝斷面及尺寸如圖2-6、2-7和2-13所示。二、巷道管纜布置(設(shè)計(jì))1)巷道內(nèi)管線布置的原則—“保證安全，便于安裝、檢修”。2)電力電纜與管道應(yīng)布置在巷道的不同側(cè)。3)電話和信號(hào)電纜應(yīng)布置在電力電纜的另一側(cè)。117一、水溝設(shè)計(jì)（一）水溝位置（1）對(duì)于傾角<16°的巷道一般布置在人行道一側(cè)，少穿越運(yùn)輸線路。（2）對(duì)于傾角>16°的巷道與人行臺(tái)階一側(cè)；與人行臺(tái)階分設(shè)。（3）布置在巷道中間；（4）巷道橫向水溝。118一、水溝設(shè)計(jì)（二）施工要求（1）平巷水溝坡度真可取3‰~5‰，或與巷道的坡度相同，但一般不小于3‰，以利于水流通暢。（2）運(yùn)輸大巷的水溝可用混凝土澆筑，也可用鋼筋混凝土預(yù)制成構(gòu)件，然后送到井下鋪設(shè)，服務(wù)年限短，排水量小的巷道其水溝可不用支護(hù)。（3）棚式支架巷道水溝一側(cè)的邊緣距棚腿距不小于300mm，圖2-7。（4）為了行人方便，主要運(yùn)輸大巷和傾角小于15°斜巷的水溝，應(yīng)鋪放鋼筋混凝上預(yù)制蓋板，蓋扳頂面要與巷道渣面齊平。119一、水溝設(shè)計(jì)(續(xù))120一、水溝設(shè)計(jì)（三）水溝斷面常用的水溝斷面形狀有對(duì)稱倒梯形、半倒梯形和矩形。各種水溝斷面尺寸應(yīng)根據(jù)水溝流量，坡度，支護(hù)材料和斷面形狀等因素決定，常用的水溝斷面和尺寸見(jiàn)圖2-6和表2-13。為了使巷道內(nèi)不積水，巷道橫向水溝的一側(cè)也應(yīng)有2‰的坡度，并在水溝的側(cè)面壁上每隔一定距離開(kāi)設(shè)φ50㎜的瀉水孔。

121122一、水溝設(shè)計(jì)(續(xù))123二、管纜布置

（一）管道布置（1）管道通常應(yīng)布置在人行道一側(cè)，也可布置在非人行道一側(cè)。管道架設(shè)可采用管墩架設(shè)、托架固定或錨桿懸掛等方式。若架設(shè)在人行道上方，管道下部與道渣面或水溝蓋板面保持1.8m以上的距離，若架設(shè)在水溝上，應(yīng)以不妨礙清理水溝為原則。（2）在架線式電機(jī)車運(yùn)輸巷道內(nèi)，不要將管道直接置于巷道底板上（用管墩架設(shè)），以免電流腐蝕管道。（3）管道與運(yùn)輸設(shè)備之間必須留有不小于0.2m的安全距離。

124二、管纜布置

（二）電纜布置（1）通信電纜和電力電纜不宜設(shè)在同一側(cè)。（2）高壓電纜和低壓電纜在巷道同側(cè)布置時(shí)，相互之間距離應(yīng)大于0.1m以上；同時(shí)高壓電纜之間、低壓電纜之間的距離不得小于50mm，以便摘掛方便。（3）電纜與管道在同一側(cè)敷設(shè)時(shí)，電纜要懸掛在管道上方并保持0.3m以上的距離。（4）電纜懸掛高度應(yīng)保證當(dāng)?shù)V車掉道時(shí)不會(huì)撞擊電纜，或者電纜發(fā)生墜落時(shí)，不會(huì)落在軌道上或運(yùn)輸設(shè)備上。（5）人行道一側(cè)最好不要敷設(shè)動(dòng)力電纜。125126三、繪制巷道斷面施工圖、編制兩表按1:50的比例繪制巷道斷面施工圖；巷道特征表；每米巷道工程量及材料消耗量表。（如64-65頁(yè)圖2.9，表2.13、2.14所示。）1272.4巷道斷面設(shè)計(jì)示例

已知條件：某煤礦，年設(shè)計(jì)能力為90萬(wàn)t，低瓦斯礦井，中央分列式通風(fēng)，井下最大涌水量為320m3/h。通過(guò)該礦第一水平東翼運(yùn)輸大巷的流水量為160m3/h，采用ZK10-6/250架線式電機(jī)車牽引1.5噸礦車運(yùn)輸.該大巷穿過(guò)中等穩(wěn)定的巖層，巖石堅(jiān)固性系數(shù)f=4～6，需通過(guò)的風(fēng)量為48m3/s。巷道內(nèi)敷設(shè)一道直徑為200mm的壓風(fēng)管和一趟直徑為l00mm的水管。試設(shè)計(jì)運(yùn)輸大巷直線段的斷面。1282.4巷道斷面設(shè)計(jì)示例

一、選擇巷道斷面形狀年產(chǎn)90萬(wàn)t礦井的第一水平運(yùn)輸大巷，一水平服務(wù)年限在20年以上，采用600mm軌距雙軌運(yùn)輸?shù)拇笙?，其凈寬?m以上，又穿過(guò)中等穩(wěn)定的巖層。故選用螺紋鋼樹(shù)脂錨稈與噴射混凝土支護(hù)，半圓拱形斷面。錨桿支護(hù)參數(shù)表（）。129

二、確定巷道斷面尺寸㈠確定巷道凈寬度B

查表2-2（45頁(yè)）知ZK10-6/250電機(jī)車寬A1=1060㎜，高h(yuǎn)=1550㎜；1.5噸礦車寬1050㎜，高1150㎜。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，取巷道人行道寬C=840㎜，非人行道一側(cè)寬a=400㎜。又查表2-3知本巷雙軌中心線b=1300㎜，兩電機(jī)車之間的距離為：1300-（1060/2+1060/2）=240㎜

故巷道凈寬度B=a1+b+c1=a+2A1+C+t=400+2×1060+240+840=3600㎜。㈡確定巷道拱高h(yuǎn)0

半圓拱巷道拱高h(yuǎn)0=B/2=3600/2=1800㎜；半圓拱半徑R=h0=3600/2=1800㎜。2.4巷道斷面設(shè)計(jì)示例1302.4巷道斷面設(shè)計(jì)示例

二、確定巷道斷面尺寸㈠確定巷道凈寬度B=3600㎜。㈡確定巷道拱高h(yuǎn)0=B/2=3600/2=1800㎜㈢確定巷道壁高h(yuǎn)31）按架線電機(jī)車導(dǎo)電弓子要求確定h3由表2.5中半圓拱巷道壁高公式得1312）按管道裝設(shè)要求確定h3

2.4巷道斷面設(shè)計(jì)示例

3）按人行高度要求確定h3綜上計(jì)算，并考慮一定的余量，確定本巷道壁高為h3=1820㎜。則巷道高度H=h3-hb+h0=1820-220+1800=3400㎜。132㈣確定巷道凈斷面面積S和凈周長(zhǎng)P

由表2.6得凈斷面面積

S=B（0.39B+h2）式中：

h2為道碴面以上巷道壁高，h2=h3-hb=1820-220=1600㎜。故，S=3600×（0.39×3600+1600）=10.8m2；凈周長(zhǎng)P=2.57B+2h2=2.57×3600+2×1600=12.5m。2.4巷道斷面設(shè)計(jì)示例(續(xù))

133㈤用風(fēng)速校核巷道凈斷面面積查表2.8，知Vmax=8m/s，已知通過(guò)大巷風(fēng)量Q=48m3/s，計(jì)算得：2.4巷道斷面設(shè)計(jì)示例(續(xù))

設(shè)計(jì)的大巷斷面面積、風(fēng)速?zèng)]超過(guò)規(guī)定，可以使用。134㈥選擇支護(hù)參數(shù)（180頁(yè)，表6.6）本巷道采用錨噴支護(hù)，根據(jù)巷道凈寬3.6m、穿過(guò)中等穩(wěn)定巖層即屬Ⅲ類圍巖、服務(wù)時(shí)間大于l0年等條件，得：錨噴支護(hù)參數(shù)；錨桿長(zhǎng)2.0m，間距a=0.8m，排距a'=0.8m，錨桿直徑φ18；噴射混凝土層厚T1=l00mm，而錨桿露出長(zhǎng)度T2=50mm故支護(hù)厚度T=T1=100㎜。2.4巷道斷面設(shè)計(jì)示例(續(xù))135㈦選擇道床參數(shù)根據(jù)本巷道通過(guò)的運(yùn)輸設(shè)備，選用30kg/m的鋼軌，其道床參數(shù)hc、hb分別為410㎜和220㎜，道渣至軌面高度ha=hc-hb=410-220=190㎜。采用鋼筋混凝土軌枕。2.4巷道斷面設(shè)計(jì)示例(續(xù))136㈧確定巷道掘進(jìn)斷面面積巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)寬度B1=B+2T=3600+2×100=3800㎜。巷道計(jì)算掘進(jìn)寬度B2=B1+2δ=3800+2×75=3950㎜。巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)高度H1=H+hb+T=3400+220+100=3720㎜。巷道計(jì)算掘進(jìn)高度H2=H1+δ=3720+75=3795㎜。巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面面積S1=B1×（0.39B1+h3）=3800×（0.39×3800+1820）=12547600㎜2，取S1=12.55㎡。巷道計(jì)算掘進(jìn)斷面面積S2=B2（0.39B2+h3）=3950×（0.39×3950+1820）=13273975㎜2，取S2=13.27㎡。2.4巷道斷面設(shè)計(jì)示例(續(xù))137三、布置巷道內(nèi)水溝和管線（一）水溝已知通過(guò)本巷道的水量為160m3/h，采用水溝坡度為0.3%，查表2.12（62頁(yè)）得：水溝深400㎜、水溝寬400㎜，水溝凈斷面面積0.16㎡；水溝掘進(jìn)斷面面積0.203㎡，每米水溝蓋板用鋼筋1.633kg、混凝土0.0276m3，水溝用混凝土0.133m3。（二）管纜管子懸吊在人行道一側(cè)，電力電纜掛在非人行道一側(cè)，通信電纜掛在管子上方，如圖2-10（69頁(yè)）所示。2.4巷道斷面設(shè)計(jì)示例(續(xù))138四、計(jì)算巷道掘進(jìn)工程量和材料消耗量每米巷道拱與墻計(jì)算掘進(jìn)體積：V1=S2×1=13.27×1=13.27m3；每米巷道墻腳計(jì)算掘進(jìn)體積：

V3=0.2×(T+δ)×1=0.2×(0.1+0.075)×1=0.04m3；每米巷道拱與墻噴射材料消耗：V2=[1.57(B2-T1)T1+2h3T1]×1=[1.57(3.95-0.10)0.10+2×1.82×0.10]×1=0.968m3；每米巷道墻腳噴射材料消耗：V4=0.2T1×1=0.2×0.1×1=0.02m3；每米巷道噴射材料消耗（不包括損耗）：

V=V2+V4=0.968+0.02=0.988m3；2.4巷道斷面設(shè)計(jì)示例(續(xù))1392.4巷道斷面設(shè)計(jì)示例(續(xù))四、計(jì)算巷道掘進(jìn)工程量和材料消耗量每米巷道錨桿消耗折合質(zhì)量式中，P1為計(jì)算錨桿消耗周長(zhǎng)，P1=1.57B2+2h3=1.57×3.95+2×1.82=9.84m；

M、M'為錨桿間距、排距，M=M'=0.8m。故，1402.4巷道斷面設(shè)計(jì)示例(續(xù))四、計(jì)算巷道掘進(jìn)工程量和材料消耗量每米巷道錨桿消耗每排錨桿數(shù)：N×0.8=14.75×0.8=11.8=12根每米巷道粉刷面積：Sn=1.57B3+2h2式中，B3—計(jì)算凈寬，B3=B2-2T=3.95-2×0.10=3.75m所以，Sn=1.57×3.75+2×1.60=9.1m2。1412.4巷道斷面設(shè)計(jì)示例(續(xù))五、繪制巷道斷面施工圖，編制巷道特征表和每米巷道掘進(jìn)工程量和材料消耗量表。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，按1：50比例繪制出巷道斷面圖（圖2.10），并附上工程量及材料消耗量表，如表2.15及表2.16。這些施工圖表發(fā)至施工單位，作為指導(dǎo)施工的依據(jù)。1421432.4巷道斷面設(shè)計(jì)示例(續(xù))144巷道斷面設(shè)計(jì)習(xí)題

某煤礦年設(shè)計(jì)能力為150萬(wàn)t，低瓦斯礦井，兩翼對(duì)角式通風(fēng)，井下最大涌水量為370m3/h，綜采礦井。通過(guò)該礦第一水平東翼運(yùn)輸大巷的流水量為180m3/h，采用ZK14-9/550架線式電機(jī)車牽引5噸底卸式礦車運(yùn)輸.該大巷穿過(guò)穩(wěn)定性較好的巖層，巖石堅(jiān)固性系數(shù)f=6～8，需通過(guò)的風(fēng)量為68m3/s。巷道內(nèi)敷設(shè)一道直徑為200mm的壓風(fēng)管和一趟直徑為l00mm的水管。試設(shè)計(jì)運(yùn)輸大巷彎曲段的斷面。145復(fù)習(xí)思考題(1)煤礦常用巷道斷面形狀及其承載性能特點(diǎn)？

(2)選擇巷道斷面形狀應(yīng)考慮那些因素？

(3)簡(jiǎn)述巷道斷面設(shè)計(jì)的步驟？

(4)凈寬、凈高、拱形巷道墻高？

(5)梯形錨網(wǎng)支護(hù)巷道斷面的凈寬度和凈高度如何確定？

(6)巷道斷面內(nèi)水溝和管線的布置有那些要求？146147148149150151152153154155156破巖方法（一）爆破破巖：鉆眼+爆破鉆機(jī)+炸藥操作簡(jiǎn)單、靈活、適用性強(qiáng)、便宜；機(jī)械化程度低、工序多、勞動(dòng)強(qiáng)度大。（二）機(jī)械破巖：機(jī)械化、自動(dòng)化，掘進(jìn)速度快；適用性差、投資大。157第三章巷道破巖第一節(jié)鉆眼機(jī)具第二節(jié)炸藥和爆炸概論第三節(jié)工業(yè)炸藥第四節(jié)起爆材料第五節(jié)電雷管起爆法第六節(jié)破巖原理和爆破技術(shù)第七節(jié)鉆眼爆破工作第八節(jié)掘進(jìn)機(jī)破巖158第一節(jié)鉆眼機(jī)具一、風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)

二、液壓鑿巖機(jī)

三、電鉆

四、鑿巖機(jī)釬子

五、電鉆鉆具159一、風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)概念：以壓縮空氣為動(dòng)力的鑿巖鉆孔機(jī)具。按支架形式分為：手持式、氣腿式、向上式、導(dǎo)軌式。按沖擊頻率分為：低頻：2000次/min以下；中頻：2000～2500次/min；高頻：超過(guò)2500次/min。應(yīng)用廣泛的是氣腿鑿巖機(jī)，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖氣腿鑿巖機(jī)結(jié)構(gòu)。160鑿巖機(jī)破巖原理沖擊力F

侵入巖石，形成深為h的溝槽；扭矩M，轉(zhuǎn)動(dòng)；再次沖擊，形成第二條溝槽；剪切槽間巖石；同時(shí)，及時(shí)排除巖粉；軸向推力P

接觸巖石。161風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)162163YT23（7655）型氣腿鑿巖機(jī)的工作系統(tǒng)㈠沖擊機(jī)構(gòu)：由氣缸、活塞和配氣系統(tǒng)組成，借助配氣系統(tǒng)自動(dòng)變換壓氣進(jìn)入氣缸的方向，使活塞完成往復(fù)運(yùn)動(dòng)，沖程和回程(沖擊作用原理)。

㈡轉(zhuǎn)釬機(jī)構(gòu):

YT23（7655）型采用棘輪、螺旋棒、并利用活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)套筒等運(yùn)動(dòng)來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)釬子（見(jiàn)轉(zhuǎn)釬機(jī)構(gòu)及炮眼形成過(guò)程）。㈢排粉機(jī)構(gòu):

濕式排粉，利用軸向供水系統(tǒng)，水經(jīng)過(guò)柄體上的給水接頭和水道進(jìn)入水針，水針插入釬子中心內(nèi)，水經(jīng)由釬子中心孔進(jìn)入鉆眼的眼底。注水與巖粉形成漿液后從釬桿與鉆眼壁之間的間隙流出孔外，見(jiàn)排粉系統(tǒng)。㈣潤(rùn)滑系統(tǒng):

鑿巖機(jī)正常工作減少機(jī)件磨損、延長(zhǎng)機(jī)件壽命?，F(xiàn)代鑿巖機(jī)均采用獨(dú)立的自動(dòng)注油器實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑，懸掛式注油器見(jiàn)圖。164165轉(zhuǎn)釬機(jī)構(gòu)及沖擊式鑿巖炮孔形成過(guò)程

166167壓氣與油霧168風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)參數(shù)鑿巖機(jī)性能參數(shù)，表3.15（101頁(yè)）169鑿巖臺(tái)車鑿巖臺(tái)車：為了提高鉆眼機(jī)械化程度，出現(xiàn)了高效能的鑿巖臺(tái)車，組成：行走部分、鉆臂和鑿巖機(jī)的推進(jìn)機(jī)構(gòu)。結(jié)構(gòu)：推進(jìn)器、支臂（鉆臂）、車體、行走機(jī)構(gòu)、供風(fēng)供水及液壓操控系統(tǒng)。CTH10-2F型表3.16（105頁(yè)）170三臂鑿巖臺(tái)車171鑿巖臺(tái)車

172以液壓為動(dòng)力的新型鑿巖機(jī)械。壓力大（10MPa）、不可壓縮、油循環(huán)使用。二、液壓鑿巖機(jī)

㈠沖擊機(jī)構(gòu)。液壓鑿巖機(jī)借助配油閥使高壓油交替的進(jìn)入活塞的前后油腔形成壓力差，使活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

㈡轉(zhuǎn)釬機(jī)構(gòu)。采用獨(dú)立機(jī)構(gòu)，由液壓馬達(dá)帶動(dòng)一組齒輪再帶動(dòng)釬子轉(zhuǎn)動(dòng)。㈢排粉機(jī)構(gòu)。側(cè)向供水排除巖粉。液壓鑿巖機(jī)參數(shù)表3.17（106頁(yè)）173二、液壓鑿巖機(jī)優(yōu)點(diǎn)：鉆速高；噪音低；無(wú)油霧水汽。適用：深度大、直徑大的炮孔174175176液壓鉆車177三、電鉆破巖原理：切割型鉆頭在軸壓力P作用下，侵入h；然后，在回轉(zhuǎn)力Pc的作用下，克服巖石的抗切削強(qiáng)度，將巖石一層層的切割下來(lái)；鉆頭運(yùn)行軌跡是沿螺旋線前進(jìn)；破碎的巖屑被排至孔外。

178㈠煤電鉆：構(gòu)成：電動(dòng)機(jī)、減速器、散熱風(fēng)扇、開(kāi)關(guān)、手柄、鉆桿。179㈡巖石電鉆：適用在中等硬度（σc=40～80MPa）巖石上鉆眼、扭矩功率大于煤電鉆。

1-鉆頭；2-導(dǎo)軌；3-鉆桿；4-鏈條；5-供水裝置；6-手輪；7-導(dǎo)向鏈輪；8-離合器；9-滑架；10-巖石電鉆；11-電纜；180181電鉆參數(shù)表3.18（108頁(yè)）182四、鑿巖機(jī)釬子兩種：組合釬子和整體釬子

鉆眼工具是安裝在鉆眼機(jī)械上用以破碎巖石的工具，在鑿巖機(jī)上使用的叫釬子。(a)組合釬子1-釬頭；2-釬梢；3-釬身；4-釬肩；5-釬尾；6-中心水孔

(b)整體釬子1-釬頭；2-釬桿；3-釬肩；4-釬尾183㈠釬頭：釬頭形狀,一字型、十字型和球齒釬頭。184㈡釬頭結(jié)構(gòu)參數(shù)指標(biāo)刃角：釬頭兩個(gè)刃面夾角，一般90°～120°，多為110°；隙角：釬頭體兩側(cè)面夾角，3°，球齒釬頭7°；釬刃：端面為一字型做成曲率為18㎜的弧型，球齒釬頭周邊齒向外傾斜30°～35°；釬頭直徑：38～43㎜，保證藥卷裝入炮眼；排粉溝：布置在釬頭頂端和側(cè)面的排出底部巖漿的溝槽。

釬頭材料：除硬質(zhì)合金片外的釬頭部分稱為釬頭體，合金鋼。鑲嵌在釬頭上的硬質(zhì)合金為鎢鈷類合金。炭化鎢高硬度、高耐磨性、高抗壓強(qiáng)度，鈷韌性好。185186

㈡釬桿：承受活塞沖擊力和回轉(zhuǎn)力矩，傳遞到釬頭上去的細(xì)長(zhǎng)桿體。兩種：中空六角形和中空?qǐng)A形。材料：釬鋼。中空8鉻、中空55硅錳鋼、中空40硅鉬釩。

㈢釬尾：承受和傳遞能量的部位，釬尾規(guī)格和淬火硬度對(duì)鑿巖速度有很大的影響。

㈣釬肩：六角形釬桿用環(huán)行釬肩，圓形釬桿用耳形釬肩。187（a）環(huán)形釬肩的釬尾；（b）耳形釬肩的釬尾；（c）無(wú)釬肩的釬尾188五、電鉆鉆具㈠煤電鉆:鉆具由鉆頭和麻花鉆桿組成；麻花鉆桿用菱形斷面或矩形斷面T7、T8鋼加熱狀態(tài)扭制而成。㈡巖石電鉆：鉆桿由六角中空鋼制成。189第二節(jié)炸藥和爆炸概論一、炸藥爆炸的基本特征二、炸藥的分類三、炸藥的氧平衡和爆熱四、炸藥的爆轟五、炸藥的猛度和爆力六、炸藥的敏感度190一、炸藥爆炸的基本特征

爆炸：物質(zhì)發(fā)生快速的物理或化學(xué)變化，瞬間放出大量能量，借助于系統(tǒng)原有氣體或生成的氣體的膨脹，對(duì)周圍介質(zhì)做功，使之發(fā)生巨大的破壞效應(yīng)，同時(shí)可能伴隨有聲光熱效應(yīng)。爆炸現(xiàn)象可分為三類：物理爆炸：

化學(xué)爆炸：炸藥爆炸的基本特征

1．放出大量熱

2．生成大量氣體

3．反應(yīng)過(guò)程必須高速進(jìn)行核爆炸:191192二、炸藥的分類

炸藥：在一定條件，能夠發(fā)生快速的化學(xué)反應(yīng)，放出能量，生成氣體產(chǎn)物，顯示爆炸效應(yīng)的化合物或混合物，主要元素C、H、O、N，爆炸過(guò)程的實(shí)質(zhì)是H、C被氧化的過(guò)程，O是炸藥本身所含有，自帶氧。

炸藥按其組成成分可分為：

1.單質(zhì)炸藥（單體炸藥）如硝化甘油，梯恩梯。

2.混合炸藥硝酸銨類炸藥、硝化甘油類炸藥。炸藥按其用途可分為：１.起爆藥雷汞（Hg(CNO)2）、疊氮化鉛Pb(N3)2、和二硝基重氮酚C6H2（NO2）2N2O等。

2.猛炸藥黑索金梯恩梯。

3.發(fā)射藥(火藥)如黑火藥。193三、炸藥的氧平衡和爆熱㈠炸藥的氧平衡（1）O平衡：

C+O2→CO2+395KJ/mol；

2H2+O2→2H2O+240.7KJ/mol；

N→N2

（2）O不足

CO、H2、C；（3）O剩余

NO、NO2

。

氧平衡：就是用來(lái)表示炸藥內(nèi)含氧量與充分氧化可燃元素所需氧量之間的比例關(guān)系，用每克炸藥不足或多余氧的克數(shù)來(lái)表示。單質(zhì)炸藥的分子式可寫成CaHbNcOd，a、b、c，d分別代表一個(gè)炸藥分子中碳、氫、氮、氧的原子個(gè)數(shù)，或一摩爾質(zhì)量炸藥中，碳，氫、氮、氧的克原子數(shù)。194適用混合炸藥

⑴Kb>0時(shí)正氧平衡,剩余的氧和N反應(yīng)生成NO和N2O5，等有害物質(zhì)，吸熱反應(yīng)，氮氧化物還對(duì)瓦斯爆炸起催化作用。⑵Kb<0時(shí)負(fù)氧平衡，生成CO、C、H2，CO有毒氣體。⑶Kb=0時(shí)，零氧平衡,充分氧化，生成大量熱。

g/g適用單質(zhì)炸藥CaHbNcOd

氧平衡計(jì)算公式195例題：①計(jì)算硝酸銨（NH4NO3）的氧平衡值②在銨油炸藥中，（硝酸銨和柴油混合物）加入4%的木粉做松散劑，按氧平衡配方。x=92.21克，y=3.79克，NH4NO3=92.2%，柴油=3.8%，木粉=4%。

設(shè)100g中，NH4NO3x克，柴油y克解：查表P31NH4NO3+0.2g/g，柴油-3.42g/g，木粉-1.37g/g。196（二）爆熱

爆熱：?jiǎn)误w質(zhì)量炸藥在定容條件下爆炸時(shí)放出的熱量，KJ/mol，KJ/kg，是評(píng)價(jià)炸藥威力的直接標(biāo)志。爆熱的計(jì)算理論：

蓋斯定律：化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)與反應(yīng)進(jìn)行的路徑無(wú)關(guān)，而只取決于反應(yīng)的初態(tài)和終態(tài)。

蓋斯三角形Q1=Q+Q2

爆熱

Q=Q1-Q2197

例題：計(jì)算太恩C（CH2ONO2）4的爆熱。C（CH2ONO2）4→3CO2+2CO+4H2O+2N2

查表得各物質(zhì)生成熱：CO2395KJ/mol；CO113.8KJ/mol；H2O240.7KJ/mol；太恩512.5KJ/molQ1=395×3+113.8×2+240.7×4=2375.4KJ/molQ2=512.5KJ/molQ=Q1-Q2=2375.4-512.5=1862.9KJ/mol，或Q=1862.9×1000/316=5895.3KJ/Kg198199四、炸藥的爆轟㈠炸藥的燃燒和爆轟㈡沖擊波㈢爆轟波㈣爆速及其影響因素㈤炸藥傳播的間隙效應(yīng)200㈠炸藥的燃燒和爆轟

炸藥有三種化學(xué)反應(yīng)形式：

⑴緩慢分解（熱分解）：緩慢進(jìn)行的化學(xué)變化過(guò)程，環(huán)境溫度升高，熱分解速度加快，有可能發(fā)生爆炸。

⑵燃燒：在熱源火焰作用下，引起溫度、壓力升高，極限情況可能發(fā)生爆炸。

⑶爆轟：炸藥瞬間反應(yīng)的一種形式，是爆轟波的傳播形式。201燃燒和爆轟的區(qū)別：

傳遞方式：

燃燒：通過(guò)熱傳導(dǎo)傳遞能量，激起化學(xué)反應(yīng)；爆轟：通過(guò)壓縮沖擊波的作用傳遞能量和激起化學(xué)放應(yīng)；受環(huán)境影響不同

燃燒：受環(huán)境影響大；爆轟：不受環(huán)境影響；反應(yīng)狀態(tài)不同燃燒：反應(yīng)速度慢，幾十米每秒，最大幾百米，反應(yīng)產(chǎn)物運(yùn)動(dòng)方向與傳播方向相反；爆轟：反應(yīng)速度快，2000～9000m/s，反應(yīng)產(chǎn)物運(yùn)動(dòng)方向與傳播方向相同。燃燒爆轟202㈡沖擊波1、壓縮波基本概念（1）實(shí)驗(yàn)

在無(wú)限長(zhǎng)氣筒活塞右側(cè)充滿壓力為P0的氣體，當(dāng)活塞在F力的作用下向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞右側(cè)氣體存在三個(gè)區(qū)域：壓力為P1的均勻區(qū)；壓力介于P1與P0之間的擾動(dòng)區(qū)；壓力仍為P0的未擾動(dòng)區(qū)。

F203

（2）壓縮波的定義擾動(dòng)傳播后，使介質(zhì)狀態(tài)參數(shù)(P、ρ、T)增加的波稱為壓縮波。在均勻區(qū)與未擾動(dòng)區(qū)之間，存在過(guò)渡的擾動(dòng)區(qū)。（3）壓縮波的特點(diǎn)

1）其介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向u與波的傳播方向c相同；

2）其壓力的增加是連續(xù)的。（4）波陣面介質(zhì)中已受擾動(dòng)區(qū)和未受擾動(dòng)區(qū)的界面。（5）波速擾動(dòng)波沿介質(zhì)傳播的速度，也就是波陣面的傳播速度。2042、沖擊波P0Rt0R0R=R0瞬間，管中的氣體未受擾動(dòng)。

在R=R1瞬間，活塞從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，前端的氣體受到壓縮，產(chǎn)生一道壓縮波，在未擾動(dòng)的介質(zhì)中傳播，波陣面在A1-A1,

傳播速為未擾動(dòng)氣體介質(zhì)的音速。

在R=R2

瞬間，活塞前端氣體產(chǎn)生了第二道壓縮波，波陣面為A2-A2，波速大于音速，與第一道壓縮波疊加。

在R=Rn

瞬間，第n道壓縮波會(huì)與n-1道壓縮波疊加，形成一個(gè)強(qiáng)壓縮波，波陣面An-An上的介質(zhì)參數(shù)突躍性變化，從而產(chǎn)生沖擊波。

A1t1PA1RR1PA2t2R2A2R·PRnAntnAnR（1）沖擊波的形成205（2）沖擊波定義沖擊波是炸藥爆炸后在介質(zhì)中產(chǎn)生的傳播速度高于介質(zhì)聲速的一種壓縮波，其波陣面有陡峭的前沿，介質(zhì)壓力在波陣面發(fā)生突躍上升。經(jīng)長(zhǎng)距離傳播后，壓力上升逐漸趨于平緩或下降，沖擊波最終將衰減成聲波。（3）性質(zhì)

1）其波速D大于介質(zhì)音速C；

2）其波陣面是完全陡峭的，在此面上介質(zhì)參數(shù)劇增；3）當(dāng)D<C時(shí)，其復(fù)原為壓縮波，擾動(dòng)區(qū)重新出現(xiàn)，過(guò)程復(fù)原。206㈢爆轟波

⑴定義：帶有化學(xué)反應(yīng)區(qū)的沖擊波稱為爆轟波。沖擊波頭與其后的化學(xué)反應(yīng)區(qū)以相同的速度向前傳播，稱為爆速。爆轟波在藥包中的傳播爆轟波模型

207⑵爆轟波波頭的理想模型：爆轟波是在炸藥中傳遞的帶有反應(yīng)能以補(bǔ)充能量穩(wěn)定的特殊沖擊波，是爆轟作用的激發(fā)源。由捷里道維奇、諾依曼和達(dá)爾林各自獨(dú)立提出的爆轟波結(jié)構(gòu)模型如圖所示，稱為Z-N-D模型：208㈣爆速及其影響因素：測(cè)定儀器，專用BS-1型爆速儀。

209爆速的影響因素：

1.藥卷直徑：

D—藥卷直徑d

時(shí)的爆速；

D1—理想爆速；

a—與炸藥性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。

2.裝藥密度單質(zhì)炸藥隨密度增加，爆速增大，D=a+bρ0，a、b隨炸藥品種變化的常數(shù)，ρ0—炸藥密度。混合炸藥在達(dá)到最佳密度前，隨炸藥密度增加，爆速增加，超過(guò)最佳密度，隨密度增加有壓死現(xiàn)象。D1210炸藥爆速—裝藥密度2113.裝藥外殼在極限直徑范圍內(nèi)，增加外殼，限制爆炸產(chǎn)物飛散。4.炸藥粒度一般，同一種炸藥粒度越細(xì)，會(huì)增加爆速，臨界直徑、極限直徑減小。但混合炸藥，敏感成分粒度越細(xì)，臨界直徑小，爆速高，鈍感成分粒度細(xì)，臨界直徑增大，爆速減小，但粒度小到一定程度，臨界直徑隨粒度減小，爆速增加。212㈤炸藥傳播的間隙效應(yīng)⑴定義連續(xù)多個(gè)混合炸藥藥卷在空氣中都能正常傳爆，但在