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煤岩地层岩石的力学特性分析摘要：煤岩地层岩石的力学特性包括变形特征和强度特征。
本文对煤岩的力学特性进行了系统的分析，探讨了岩石试件在各种载荷作用下的变形规律和开始破坏时的最大应力（强度极限）以及应力与破坏之间的关系，为煤矿的开采和煤层气的开发提供理论依据。
关键词：煤岩力学特性变形特征强度特征1、煤岩的结构构造特征岩石的组成成分、结构构造特征造成了岩石物质成分的非均质性、物理力学性质的各向异性和结构构造的不连续性。
这是区别于其他力学材料的最突出特征，而煤岩层的这些特征尤为显著。
煤岩的非均质性和各向异性突出表现在其组成成分在同一煤层中纵向（垂直层理）和横向不同方向和深度上的差异，以及在其生成过程中所形成的明显层状构造和孔隙结构所体现出的差异。
通常煤岩中存在有两组近于垂直的割理，主要裂隙组面割理发育较完善延伸可至数百米，而端割理发育在面理之间，沟通了面割理。
两组割理与层理面近于垂交或陡角相交。
由于煤岩层状构造发育，空隙结构特殊，构造作用对后期的改造或产生裂隙，都充分体现出了煤岩结构构造的不连续性。
2、煤岩地层岩石的强度特征2．1单轴压缩条件下煤岩的强度特征对鲍店矿3煤31个煤样和新河矿3煤48个煤样在MTS815.03岩石伺服试验机上采用s15-⨯的轴向应变加载速度进行10mm/单轴压缩试验(加载方向均垂直于煤层层面),得出的详细力学参数见论文第3章表.33和.34,结果汇总在表4.1中。
煤岩强度较低且离散性大的原因除与试验条件、取样制样技术等外在因素有关外,第2章的研究结果表明,主要与其微组分、微孔隙裂隙、微结构等内在因素有关。
对煤岩单轴抗压强度的试验结果表明,煤岩强度与其容重、空隙率、含水率、煤体结构以及煤岩变质程度等有关。
具体来讲,煤块的单轴抗压强度随其容重的增加而增加;随其孔隙率的增加而减小;煤体节理裂隙越发育,其强度越低;受火成岩影响,煤的变质程度越高,其强度越高。
2．2三轴压缩条件下煤样的强度特征岩石在三轴压缩条件下的最大承载能力称三轴极限强度或三轴压缩强度氏,恒定围压下岩样破坏后,应力应变曲线中不随压缩变形增大而变化的轴向应力称残余强度氏。
中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案矿山机械(专科)一、填空题：1.煤岩的物理性质主要包括、、、等。
2.截齿按齿头几何形状不同分为、两种。
3.机械化采煤工作面分为、两类。
4.采煤机螺旋滚筒主要由、、、等部件组成。
5.刨煤机的截深一般为。
6.刨煤机刨头有、之分。
7.连续采煤机是用于采煤法的采煤机。
8.煤壁与铲煤板间应留间隙一般为。
9.采煤工作面的推移液压缸的形成应较截深大。
10.煤岩的力学性质主要包括、、、、等。
11.刨煤机按刨削速度和刮板速度之间的关系分为、。
12.采煤机的基本作业参数包括、、、、、等。
13.液压凿岩机按操作方式不同分为、两种。
14.目前我国矿山使用最为广泛的提升机为、两种。
15.液压支架按支护方式和结构特点分为、、三种。
16.截齿按安装方式不同分为、两种。
17.滚筒式采煤机根据工作机构型式不同分为、、三类。
18.刨链的牵引力主要包括、、等。
19.静力刨煤机按刨头的导向方式分为、、三种。
20.采煤机工作面的“三机”是指、、。
21.桥式转载机机身由、、三部分组成。
22.掘进机按所掘断面的形状分为、两类。
23.采掘机械按作用不同分为、、。
24.采煤机械主要实现、的机械化。
25.大型掘进机械可分为、两类。
26.装载机械常见的类型、。
27.耙斗装载机适用于角度倾斜巷道。
28.液压支架是以为动力。
29.液压支架能实现对顶板的、、、等工序的机械化。
30.多绳摩擦式提升机又分为、。
31.第一代采煤机为。
32.煤岩的密度一般在范围内变化。
33.采煤机向遥控及自动控制发展，逐步过渡到等34.综采可采用使采煤机滚筒进入煤壁。
35.液压凿岩机钻孔直径通常为。
36.悬臂式掘进机按掘进对象分为、、三种。
37.导轨式凿岩机按重量又可分为、、三种。
38.单体液压支柱工作循环包括、、、 4个过程。
39.通风系统按通风机和巷道布置方式不同分为、、三种。
40.煤岩是、、的脆性物质。
41.切削破碎过程对应的作用力包括、、。
第一节宏观煤岩组成和煤的物理性质一、腐植煤的宏观煤岩成分和宏观煤岩类型（一）宏观煤岩成分宏观煤岩成分是用肉眼可以区分的煤的基本组成单位，包括：镜煤、亮煤、暗媒和丝炭。
其中镜煤和丝炭是简单的煤岩成分，亮煤和暗煤是复杂的煤岩成分。
1．丝炭外观象木炭，颜色灰黑，具有明显的纤维状结构和丝绢光泽。
丝炭疏松多孔，性脆易碎，能染指。
丝炭的空腔常被矿物质所充填。
矿化丝炭坚硬致密，比重大。
在煤层中，一般丝炭的数量不多，常呈扁平透镜体沿煤的层面分布，大多厚1～2毫米至几毫米，有时也能形成不连续的薄层。
显微镜下观察，丝炭是具有明显的植物细胞结构的丝炭化组织(图版Ⅱ一3，Ⅱ-4)，有时还能看到年轮结构，组成单一，是一种简单的煤岩成分。
丝炭含氢量低，含碳量高，没有粘结性；由于孔隙度大，吸氧性强，丝炭容易发生氧化和自燃。
2．镜煤镜煤呈黑色，光泽强，质均匀而脆，具有贝壳状断口。
内生裂隙特别发育，内生裂隙面常呈眼球状，有时充填有方解石、黄铁矿等薄膜。
镜煤容易破碎成棱角状小块。
在煤层中镜煤常呈透镜状或条带状，大多厚几毫米到1～2厘米，有时呈线理状夹在亮煤或暗煤中。
显微镜下观察，镜煤的轮廓清楚，质地纯净，主要是由木质纤维组织经过凝胶化作用变成的，它也是一种简单的煤岩成分（图版Ⅱ一1）。
在四种煤岩成分中，镜煤的挥发分和含氢量高，粘结性强。
3．亮煤亮煤是最常见的煤岩成分。
不少煤层以亮煤为主组成较厚的分层，甚至整个煤层。
亮煤的光泽仅次子镜煤，性较脆，内生裂隙发育，比重较小，有时也有贝壳状断口。
亮煤的均一程度不如镜煤，表面隐约可见微细纹理，亮度和内生裂隙发育程度逊于镜煤。
显微镜下观察，亮煤的组成比较复杂，它以凝胶化组分为主。
亮煤中还含有不同数量的丝炭化组分及稳定组分。
4．暗煤暗煤的特点是光泽暗淡，一般呈灰黑色，致密，比重大，内生裂隙不发育，坚硬而具韧性。
在煤层中，可以由暗煤为主形成较厚的分层，甚至单独成层。
显微镜下观察，暗煤的组成相当复杂，一般凝胶化组分比较少，矿物质含量较高。
1.采掘机械的工作对象是煤和岩石，工作机构破碎煤岩矿体是采掘机械最主要的功能。
3.煤岩的物理性质：密度、湿度、松散性、稳定性4.煤岩的机械性质：强度、硬度、弹性、塑性与脆性、坚固性、截割阻抗、磨砺性、破碎性能指标5.截割阻抗：单位截割深度作用于刀具上的截割阻力第二章1.掘进设备按掘进工艺分为钻眼爆破法掘进设备和综合机械化掘进设备。
2.完成钻爆法掘进工序所需设备：钻(凿)孔机械、装载机械、转载机械及巷道支护及修整机械等。
3.设备配套机械化作业线主要形式有：①耙斗装载机为主的机械化作业线：②凿岩台车为主的机械化作业线：③钻装机为主的机械化作业线：4.凿岩机冲击破碎原理：工作时活塞作高频往复运动，不断地冲击钎尾。
在冲击力的作用下，呈尖楔状的钎头将岩石压碎并凿入一定的深度，形成一道凹痕。
活塞退回后，钎杆转过一定角度，活塞向前运动，再次冲击钎尾，又形成一道新的凹痕。
两凹痕之间的扇形岩块被由钎头上产生的水平分力剪碎。
活塞不断地冲击钎尾，并从钎杆的中心孔连续输入压缩空气或压力水，将岩砟排出孔外，即可形成一定深度的圆形钻孔。
5.钻孔机械按动力不同可分为气动、液压、电动和内燃凿岩机四类。
6.气动凿岩机按操作方式不同分手持式、支腿式和导轨式；按频率分低频凿岩机和高频凿岩机；按转钎机构分内回转式凿岩机和外回转式凿岩机。
7.气动凿岩机组成：冲击配气机构、转钎机构、排屑机构和润滑机构等8.液压凿岩机组成：冲击机构、转钎机构、蓄能机构、排屑机构等。
9.转钎机构其液压马达有齿轮马达、叶片马达和摆线马达三种。
10.凿岩台车组成：凿岩机、钻臂(包括推进器)、行走机构、控制系统、操作台和动力源(泵站)等。
11.为完成平巷掘进，凿岩台车应实现下列运动：①行走运动，以便台车进入和退出工作面；②推进器变位和钻臂变幅运动，以实现在断面任意位置和任意角度钻眼；③推进运动，使凿岩机沿钻孔轴线前进和后退。
12. 凿岩台车的回转机构：齿条齿轮式、液压缸圆盘式、液压马达—蜗轮副。
煤岩地层岩石的力学特性分析摘要：煤岩地层岩石的力学特性包括变形特征和强度特征。
本文对煤岩的力学特性进行了系统的分析，探讨了岩石试件在各种载荷作用下的变形规律和开始破坏时的最大应力（强度极限）以及应力与破坏之间的关系，为煤矿的开采和煤层气的开发提供理论依据。
关键词：煤岩力学特性变形特征强度特征1、煤岩的结构构造特征岩石的组成成分、结构构造特征造成了岩石物质成分的非均质性、物理力学性质的各向异性和结构构造的不连续性。
这是区别于其他力学材料的最突出特征，而煤岩层的这些特征尤为显著。
煤岩的非均质性和各向异性突出表现在其组成成分在同一煤层中纵向（垂直层理）和横向不同方向和深度上的差异，以及在其生成过程中所形成的明显层状构造和孔隙结构所体现出的差异。
通常煤岩中存在有两组近于垂直的割理，主要裂隙组面割理发育较完善延伸可至数百米，而端割理发育在面理之间，沟通了面割理。
两组割理与层理面近于垂交或陡角相交。
由于煤岩层状构造发育，空隙结构特殊，构造作用对后期的改造或产生裂隙，都充分体现出了煤岩结构构造的不连续性。
2、煤岩地层岩石的强度特征2．1单轴压缩条件下煤岩的强度特征对鲍店矿3煤31个煤样和新河矿3煤48个煤样在MTS815.03岩石伺服试验机上采用s15-⨯的轴向应变加载速度进行10mm/单轴压缩试验(加载方向均垂直于煤层层面),得出的详细力学参数见论文第3章表.33和.34,结果汇总在表4.1中。
煤岩强度较低且离散性大的原因除与试验条件、取样制样技术等外在因素有关外,第2章的研究结果表明,主要与其微组分、微孔隙裂隙、微结构等内在因素有关。
对煤岩单轴抗压强度的试验结果表明,煤岩强度与其容重、空隙率、含水率、煤体结构以及煤岩变质程度等有关。
具体来讲,煤块的单轴抗压强度随其容重的增加而增加;随其孔隙率的增加而减小;煤体节理裂隙越发育,其强度越低;受火成岩影响,煤的变质程度越高,其强度越高。
2．2三轴压缩条件下煤样的强度特征岩石在三轴压缩条件下的最大承载能力称三轴极限强度或三轴压缩强度氏,恒定围压下岩样破坏后,应力应变曲线中不随压缩变形增大而变化的轴向应力称残余强度氏。
矿山机械复习重点煤岩的物理性质：1、密度：密度指单位体积煤岩在干燥状态下的质量； 2、湿度：煤岩的湿度用含水率表示； 3、松散性：松散性表示煤岩被破碎后其容积增大的性能； 4、稳定性：稳定性表示煤岩曝露出自由面以后，不致塌陷的性能。
煤岩的机械性质：1、强度：煤岩体在一定条件下受外力作用开始破坏时所具有的极限应力值称为煤岩的强度； 2、硬度：煤岩的硬度是指煤岩抵抗尖锐工具侵入的性能； 3、弹性、塑性与脆性：是反映煤岩受外力的作用时与其变形之间关系的性质； 4、坚固性：是煤岩破碎难易的综程度合指标； 5、截割阻抗：单位截割深度作用于刀具上的截割阻力称为截割阻抗，用A（KN/m）表示； 6、磨砺行； 7、破碎特性指数。
冲击破岩有砸碎、凿岩、劈裂等多种方式，凿岩是冲击破岩的重要应用。
比能耗Hw是切割单位质量的煤所消耗的能量，它与切割深度h（m）的关系近似双曲线。
Hw=2.87*10^-4ZLρ/G；（Z=Ah，L为切割长度（m), G为剥落煤量（Kg）ρ为煤岩实体密度（Kg/m^3) )掘进设备按掘进工艺分为钻眼爆破法掘进设备和综合机械化掘进设备两类。
凿岩机可分为：1、气动凿岩机：结构简单、工作可靠、使用安全，在煤矿应用中较早且较多。
2液压凿岩机：以高压液体为动力，与气动凿岩机相比有能量消耗少、凿岩速度快、效率高、噪音小、易于控制、钻具寿命长等优点。
3、凿岩台车：是支撑、推进和驱动一台或多台凿岩机实施钻孔作业，并具有整机行走的凿孔设备用于矿山巷道掘进及其他隧道施工。
装载机械：按作业过程的特点分为间歇动作式和连续动作式两大类。
间歇动作式是工作机构摄取物料时为间歇动作的装载机主要有耙斗装载机、后卸式铲斗装载机、侧卸式铲斗装载机等3种形式。
连续工作式主要有扒抓装载机、立抓装载机、扒抓立抓装载机、圆盘式装载机和振动式装载机等。
悬臂式掘进机按截割头的布置方式可分纵轴式与横轴式两种。
按掘进对象分为煤巷、煤岩巷和全岩巷悬臂式掘进机3种。
