矿物资源工程专业采矿方向专业课程.doc

矿物资源工程专业（采矿方向）专业课程矿物资源工程专业（采矿方向）专业课程 实验指导书实验指导书 西安建筑科技大学西安建筑科技大学 材料与矿资学院材料与矿资学院 矿物资源工程实验室矿物资源工程实验室 目 录 地质学地质学实验实验1 1 实验一：矿物的物理性质1 实验二：岩石分类及形成条件2 实验三：地质构造认识4 实验四：地形地质图读图与剖面的制作5 实验五：MAPGIS的应用.7 金属矿床地下开采金属矿床地下开采实验实验1010 实验一 地下开采开拓系统物理模型 10 实验二 放矿椭球体实验 12 实验三 覆岩下放矿实验 13 金属矿床露天开采金属矿床露天开采实验实验1515 实验一 露天开采开拓系统物理模型 15 矿山岩石力学矿山岩石力学实验实验1616 实验一 石物理性质实验 16 实验二 岩石单轴抗压强度实验 18 实验三 岩石变角剪切实验 21 实验四 岩石抗拉强度实验 24 实验五 岩石声波检测实验 27 实验六 岩石点荷载强度实验 31 实验七 岩石的三轴压缩实验 34 爆破工程爆破工程实验实验3838 实验一 爆破网络设计及连接 38 实验二 冲击震动测试 40 矿井通风矿井通风实验实验4242 实验一 矿井大气主要参数测定 42 实验二 通风管道中风流点压力测定 43 实验三 矿井通风装置综合检测 47 地质学地质学实验实验 实验一：矿物的物理性质 一、目的要求一、目的要求 （一）熟悉与掌握用肉眼鉴定矿物的方法。 （二）熟练掌握常见矿物的形态特征及物理性质特征，并据此鉴别矿物。 （三）为鉴定岩石打下基础。 二、实验内容二、实验内容 鉴定下列矿物：鉴定下列矿物： 1、单质自然铜、石墨、自然金； 2、氧化物石英、赤铁矿、磁铁矿； 3、碳酸盐方解石、白云石、孔雀石； 4、硫化物方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、黄铜矿； 5、卤化物萤石； 6、硅酸盐钾长石、斜长石、黑云母、橄榄石、石榴石、普通辉石、普 通角闪石； 7、硫酸盐石膏、重晶石； 8、磷酸盐磷灰石。 三、实验方法三、实验方法 （一）肉眼观察矿物的形态和物理性质（如颜色、光泽、透明度、条痕、 解理、断口等） ，对矿物进行鉴定。 （二）凭简单的工具（小刀、钢针、放大镜等） ，简易药品（盐酸、钼酸铵 等）来分辩矿物，对矿物进行鉴定。 （三）对照教材中“常见矿物肉眼鉴定特征表”对矿物进行鉴定，达到认 识矿物的目的。 四、实验报告四、实验报告 重点描述下列矿物的主要鉴定特征，并填写报告书。 橄榄石、普通辉石、 方解石、石英、磁铁矿、黄铜矿、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、萤石、黑云 母、角闪石。 实验二：岩石分类及形成条件 一、实验目的要求：一、实验目的要求： （一）学习肉眼鉴定岩石的步骤和方法。 （二）观察和掌握岩石的结构、构造及其主要特点。 （三）通过对岩石标本的详细观察和描述，了解岩石的简单分类及掌握常 见岩石的基本特征。 二、实验内容：二、实验内容： （一）岩石的主要结构构造 1、岩浆岩的主要结构构造 （1）岩浆岩的结构等粒结构、斑状结构、伟晶结构、隐晶质结构、玻 璃质结构。 （2）岩浆岩的构造块状构造、流纹状构造、气孔状构造和杏仁状构造。 2、沉积岩的主要结构构造 （1）沉积岩的结构角砾状结构、砾状结构、砂状结构、泥质结构、隐 晶质结构、鲕状结构、竹叶状结构。 （2）沉积岩的构造层状构造、页片状构造、块状构造。 3、变质岩的主要结构构造 （1）变质岩的结构变余结构、变晶结构、压碎结构。 （2）变质岩的构造片理构造（包括板状、千枚状、片状及片麻状等构 造） 、块状构造、条带状构造、斑点状构造。 （二）岩石的主要类型 1、岩浆岩的主要类型 （1）超基性岩橄榄岩； （2）基性岩辉长岩、辉绿岩、玄武岩； （3）中性岩闪长岩、闪长玢岩、安山岩； （4）酸性岩花岗岩、花岗斑岩、流纹岩。 2、沉积岩的主要类型 （1）碎屑岩类砾岩、砂岩、火山角砾岩、凝灰岩； （2）粘土岩类页岩； （3）化学岩及生物化学岩类石灰岩、白云岩、硅质岩。 3、变质岩的主要类型 （1）区域变质岩板岩、片麻岩、大理岩、石英岩； （2）接触变质岩矽卡岩； （3）动力变质岩构造角砾岩。 三、实验方法：三、实验方法： （一）观察岩石的颜色。 （二）描述鉴定岩石的矿物成分。 （三）观察岩石的结构、构造特征。 四、实验报告：四、实验报告： 描述常见岩浆岩、沉积岩及变质岩标本两种以上，填写报告书。 实验三：地质构造认识 一、目的要求一、目的要求 （一）学习和观察褶皱。 （二）学习和观察节理、断层。 二、实验内容二、实验内容 （一）褶皱的形态和产状。 （二）节理的形态和特征； （三）断层的形态和特征； 三、实验方法三、实验方法 主要是观察褶皱、节理、断层的形态和特征，并区分背斜、向斜、张节理、 剪节理、正断层、逆断层。 四、实验报告四、实验报告 了解构造的概念，并描述一个构造现象，说明其特征。 实验四：地形地质图读图与剖面的制作 一、目的要求一、目的要求 （一）初步掌握阅读地形地质图的方法和步骤。 （二）掌握褶曲形态和断层性质的分析、描述方法。 二、实验内容二、实验内容 （一）分析暮云岭地区及金牛镇地区的褶皱构造和断裂构造的类型、特点 及产状。 （二）确定褶皱和断层的时代。 三、实验方法三、实验方法 读褶皱地区或断裂地区的地质图时，首先必须分清新老地层层序及其在区 内的分布，然后再作进一步的分析和描述。 （一）分析描述褶曲的方法和步骤： 1、区分背斜和向斜根据核部地层和两侧岩层分布情况来区分。如核部 为新地层，两侧依次对称排列着老地层者为向斜。 2、确定两翼产状如果地质图上已标有产状符号，则可直接读出两翼产 状；否则可根据同一岩层出露宽度的差异，定性地确定两翼倾角的相对大 小。同时要考虑两翼产状是否发生倒转。 3、推测轴面产状如果两翼倾向相反（相背或相向）且倾角大致相等， 则表明轴面直立；除此以外，轴面都是倾斜的。无论背斜或向斜，其轴面 均与缓翼倾向一致。 4、枢纽及褶曲轴（轴线）的认识： （1）枢纽产状的认识如果两翼同一岩层沿走向互相平行，则枢纽水平。 如果褶曲两翼同一岩层沿走向相交“V”字形，则表明枢纽是倾伏的，背 斜“V”字形尖端指向倾伏方向，向斜则反之。 （2）褶曲轴（轴线）的认识在地形平坦的情况下，通过褶曲倾伏端或 平分褶曲核部地层各点连线求得。此线所示方向即代表褶曲延伸方向，轴 线的长短说明褶曲延伸的长短。 5、确定褶皱的形成时代可根据地层间的角度不整合关系来确定。即褶 皱形成于不整合面之上最老地层时代与不整合面下最新地层时代之间。 6、分析完褶曲之后，应按如下顺序进行描述：褶曲名称（地名加褶曲性质） 、褶曲轴的延伸方向、组成核部的地层、两翼的地层及产状、轴面倾向、 枢纽倾伏方向及褶曲形成时代等。 （二）分析描述断层的方法及步骤： 1、断层性质的分析： （1）断层产状的确定如果地质图上已标有断层产状符号，可直接读出 断层产状要素；否则，在地质图上间接判断断层面产状要素的方法与求倾 斜岩层产状要素的方法相同。 （2）两盘相对位移的判定如断层走向大致与岩层走向垂直，在背斜核 部较老岩层出露界线宽的一盘为相对上升盘。在向斜核部较新岩层出露界 线窄的一盘为相对上升盘。必须注意，在仅有倾斜岩层地段，当断层走向 与岩层走向垂直或斜交时，正、逆断层亦可出现平移断层的假象。 2、断层时代的分析： （1）根据断层切割的最新地层，以及断层面与不整合面的交截关系来判定 断层的形成时代。 （2）根据不同断层的相互切割关系，判断两者的相对时代，被切割的断层 时代较切割的断层时代老。 3、断层的描述内容：对断层作上述分析之后，应加以描述，其内容是：断 层名称（地名加断层类型或编号） 、延伸方向和长度、产状要素、两盘出露 地层产状及相对位移方向、断层的形成时代等。 四、实验报告四、实验报告 任选一幅地质图，做出一条图切剖面。 实验五：Mapgis 的应用 一、目的要求一、目的要求 （一）了解 Mapgis 的应用领域 （二）了解 Mapgis 的操作步骤和作图方法 二、实验内容二、实验内容 （一）通过观看 MAPGIS 软件平台演示课件了解其基本功能； （二）练习 MAPGIS 工作环境的配置方法和步骤。 （三）利用 Mapgis 打开地质图件，进行一些简单的处理 三、实验方法三、实验方法 1.观看 MAPGIS 软件平台演示课件 打开实习 CAI 光盘中或教师指定的局域网计算机上的 MAPGIS 演示文档, 了解 MAPGIS 的基本功能和应用领域。 2.MAPGIS 软件的安装 打开实习 CAI 光盘中或教师指定的局域网计算机上的 MAPGIS 软件中 setup.exe 安装程序,根据窗口提示进行安装。 3. MAPGIS 软件的启动 方法 1：桌面图标法 用鼠标左键双击桌面上的 MAPGIS 图标，启动 MAPGIS 程序主菜单窗口 （图 1-01） 。 方法 2：开始程序菜单法 用鼠标左键点击“开始”菜单的程序组选择 MAPGIS 程序组下的 MAPGIS 主菜单项目，启动 MAPGIS 程序主菜单窗口（图 1-1） 。 图 1-1 MAPGIS 程序主菜单窗口 MAPGIS 主菜单由图形处理、库管理、空间分析、图象处理和实用服 务等子系统组成（图 1-2） 。 图 1-2 MAPGIS 程序主菜单下拉菜单 4.MAPGIS4.MAPGIS 运行环境配置运行环境配置 主界面配置法 鼠标左键单击系统主菜单窗口上系统配置按钮进入 MAPGIS 工作环境配 置窗口进行设置。 工作目录设置：用户工作目录（通过 WINDOWS 资源管理器创建） 。 字库设置：用户工作目录下字库或系统默认目录下的字库。 系统库(符号库)设置：用户工作目录系统库(符号库)或系统默认目录下的系 统库(符号库)。 系统临时目录设置：用户工作目录或系统默认目录下的临时目录。 子系统配置法 启动子系统后通过修改工作目录环境配置。 图 1-3 MAPGIS 环境设置窗口 四、实验要求四、实验要求 1在客户端计算机的 D 盘上创建工作文件夹，文件夹名称为：GIS+ bV 形微差起爆; 图中内数字表示炮孔的起爆顺序 台阶爆破微差起爆顺序示意图 实验二 冲击震动测试 一、实验目的一、实验目的 （1）掌握爆破振动仪监测冲击震动的测量方法。 （2）学会爆破振动仪操作方法 （3）震动检测结果分析 二、实验原理二、实验原理 传感器把爆破的地震波速度转换成电压信号，通过 A/D 转换为数字信号， 记录到仪器中的存储器里，测试完成后由数据线传送到计算机上，由计算机对 信号进行计算处理，最好以报告的形式输出到打印机或者存储到硬盘。 三、实验仪器设备和材料三、实验仪器设备和材料 IDTS3850 爆破振动仪、水平传感器 2 个、垂直方向传感器 1 个 四、实验步骤四、实验步骤 （1）采集前的准备工作 首先通过 PC 机设置仪器参数，如不设置，则系统默认为上一次的设置。 A、采样率：应设置为采样信号频率的 10 倍到 100 倍之间（工程爆破频 率一般为 10-300HZ） 。如：测试的震动信号为 150HZ 以下，设置采样率为 10*150（HZ）=1.5KHZ，仪器没有 1.5K 采样率，则选择 2K。采样频率越高， 采样点就越密，波形就越精细，采集的时间就越短。 B、量程：当量程设为 400mV，K=11,物理量的量程为 3.8 cm/s；K=28， 物理量的量程为 1.42cm/s。 （K 的单位为 V/m/S）(单位的换算：K 为传感器电压 灵敏度为 0.0314V/m/S；零偏 Base 为 0.3V；测得某点电压值为 0.305V；物理量 P=1/K*(U-Base)=1/0.0314*(0.305-0.3)=0.1592m/S。) C、触发电平：触发电平设在被测信号峰值的 1/3-1/2 的位置。如，设被 测信号的峰值为 5cm/s，传感器灵敏度 K=28。量程应设为 2.0V，转换为物理量 的量程为 9.03cm/s。触发电平设置：5/3=1.67 cm/s，1.67/9.03*100%=18.49%; 5/2=2.5 cm/s，2.5/9.03*100%=27.79%; 触发电平设置应在 18.49%-27.79%之间。 D、校正设备时间，便于读取数据。 将传感器的信号输出端与仪器后面板的 Q9 信号输入端连接。 开关设置：把电源开关从右向左拨动，这时绿灯亮。采集开关置于左， 仪器处于采集状态。采集开关治愈后，红灯亮，绿灯亮，爆破震动记录仪处于 测试状态。 测试状态：用手敲击传感器，绿灯和红灯同时亮，表示线路正常。测试 状态的作用是在未采集前检测仪器和传感器连接是否正常或仪器是否正常工作， 为下一步数据采集工作做准备。 （2）信号的采集 数据采集：拨动采集开关从右向左，红灯亮，开始采集数据，当信号达 到触发电平，红灯和绿灯同时亮，在这期间仪器进行数据的记录，采样率越高， 采样时间就越短，红灯和绿灯同时亮的持续时间也就越短。采集完足够数据。 绿灯熄灭，红灯亮，表示此段采集结束。红灯灭，绿灯亮表示整个采集过程结 束。可及时对数据进行处理，也可关掉仪器电源待需要时再取出数据进行分析。 采集结束：本段采集结束后，若是连续采集模式，则自动采集下次事件， 直到所有段全部采集完毕。若是手动采集模式，则须重复数据采集。 （3）采用 IDTS3850 软件进行数据处理，对结果波形图进行分析解读。 （EU 单位一般代表 m/s） 五、实验记录结果五、实验记录结果 测 点 高差 (m) 水平距 离 (m) 质点震动速度峰值(cm/s) 震动主频 (Hz) 持续时间 (s) 备 注 矿井通风矿井通风实验实验 实验一 矿井大气主要参数测定 一、实验目的一、实验目的 （1）学习测定环境中的温度、湿度、大气压、风速、粉尘浓度、卡他度等 参数。 （2）学习仪器仪表的使用。 二、实验要求二、实验要求 （1）掌握仪器的操作。 （2）了解空气质量参数及其意义。 三、主要仪器与设备三、主要仪器与设备 JWS-AS 温湿度表、BY-2003P 数字大气压力表、CFD-25 型中高速电子式 风速表、CFD-5 型微速电子式风速表、直读式粉尘浓度测量仪、卡他温度计(卡 他计常数 400)。 四、实验内容四、实验内容 （1）学习设备仪器的操作测定温度、湿度、大气压、风速、大气粉尘浓度、 卡他度设备的操作和数据的读取。 风速=K*测试风速 迎面法测风速系数 K 取 1.14； 侧身法测风速系数 K=（巷道断面积-0.4）/巷道断面积； （2）直读式粉尘浓度测量仪测定空气粉尘浓度实验演示学习。 （3）测定一个环境的温度、湿度、大气压、风速、卡他度。 五、数据记录五、数据记录 地点温度（）湿度（%）大气压 （Pa） 风速 （m/s） 风量 （m/s） 卡它度 实验二 通风管道中风流点压力测定 一、实验目的一、实验目的 （1）熟练掌握测定断面的设置原则和测试方法，合理布置测点。 （2）正确使用测压仪器，了解气流扰动对测量结果的影响。 （3）掌握管内压力的测量原理，正确得出断面的平均动压、平均全压和平均静 压。 （4）掌握管内风速和流量的计算方法。 （5）培养和训练学生对数据误差分析和处理能力。 二、实验原理二、实验原理 通风系统是一种具有相等管径和流量的管路系统，风管内任何一点的全压 等于该点的静压与动压之和。通过合理选择测量断面，在同一断面上布置测点 测量，再求得该断面的平均动压、平均全压和平均静压，然后换算求得管内的 风速和风量。 三、实验仪器三、实验仪器 1、通风实验装置 图（1） 通风实验装置示意图 出风口调风帽出风口整流栅消声器主机箱皮托管入口整流栅皮 托管定位器均压环圆弧集流器可调式支架 2、倾斜微压计：此种类型的仪器有 Y 61 型、M 型、K5Y 等，它们属单 管倾斜压差计。 （1）单管倾斜压差计的原理： 根据静力学原理制作的，由一个截面积较大的容器 1 和一个截面积较小的 容器倾斜玻璃管 2 连接组成如下图（2） 。 图（2）单管倾斜压差计示意图 在测压时给大容器 1 上加一个较大的压力 P1，小容器 2 上就加了一个较 小的压力 P2，那么大容器内液面下降，小容器内液面上升。就形成一个液体液 面的高差 L；其差值乘以修正系数就是压力值或压力差 H。 当 P1=P2时，大小容器内液面保持在同一水平面上； 当 P1P2时，大容器液面下降了 H1，小容器液面上升了 L，垂直高度为 h2，因为下降和上升的体积相等。 即：h1F1=LF2 h1=LF2/F1 又 h2=Lsina h3=h1+h2=L（F2/F1+sina） 测定的压力值为：H=P1-P2=h3=L（F2/F1+sina）=KL 令 K( F2 / F1 + sina ) 式中：K修正系数(包括酒精的重率 =0.8t/m)，测压管的倾斜度 sina，以 及两容器的断面之比，其值 0.2，0.4，0.6，0.8。 L测压管的始末读数(mm)。 （2）单管倾斜微压计的使用 在测定前，将仪器调整水平位置，将微压管按测量值固定在相应修正系 数值上。 测量时，把阀门柄拨到仪器测压处，从正接头处轻吹橡皮管，使液面上 升到测压管的顶端处排出，反复数次使大小容器内汽泡排尽为止。 调零：将阀门拨到校正处，旋转调整器，使液面正对测压管零位，若不 到或高出零位，再加或排出酒精。 四、实验步骤四、实验步骤 1. 测定断面和断点，具体步骤如下： 1.1 测定断面的选择。应选择在气流平稳的直管段上；若测量断面设置在 弯头、三通等异型部件的前面时，距这些部件的距离要大于 2 倍的管道直径； 若设在这些部件的后面时，应大于 45 倍的管道直径。 1.2 测点的布置。 （1）矩形管道 将管道断面划分成若干等面积的小矩形，测点布置在每个 小矩形的中心，小矩形每边的长度为 200mm 左右。 （2）圆形管道 在同一断面设置两个彼此垂直的测孔，并将管道断面分成 一定数量的等面积同心圆。 由公式（1） ，确定风管断面的各测点位置。 （1） n i RR oi 2 12 式中 Ro风管的半径，125mm； Ri风管中心到第 i 点的距离； i从风管中心算起的同心环顺序号； n风管断面上划分的同心环数量。 2. 管内压力的测量 测定位置确定好后，根据通风方式（抽出式和压入式）测压，将风管、测 压管和微压计连接起来，测量断面上各点的压力值，然后根据公式求出该断面 的平均值。 平均动压 Pa n PPP P dndd d 21 平均全压 Pa （2） n PPP P qnqq q 21 平均静压 Pa n PPP P jnjj j 21 式中 P1，P2Pn各测点的动压、全压、静压值，Pa； n测定数 3. 风速的计算 （1）采用间接的方法，由上述已知管内某点动压，可由公式算出该点的 流速 v m/s d P v 2 （3） （2）平均流速是断面上各测点流速的平均值。即 m/s n PPP v dndd p 2 21 （4） 4. 管内流量的计算 平均流速确定后，可由下式计算管内流量 L L=vpF m3/s （5） 5. 统计分析数据，得出实验结论。 五、数据记录和整理五、数据记录和整理 绘制出不同通风方式测点的静压、动压和全压与皮托管连接的示意图和 压差计液面位置关系图。 绘制出风管的压力分布图。 六、问题讨论六、问题讨论 1. 不同测点、不同断面对系统风压测量有何影响？ 2. 该实验有哪些地方可以改进？ 全压动压静压 压 力 测值 测点 倾斜 系数 L （mm ） 压力 值 H（Pa ） 倾斜 系数 L （mm ） 压力 值 H（Pa ） 倾斜 系数 L （mm ） 压力 值 H（Pa ） 抽 出 式 压 入 式 实验三 矿井通风装置综合检测 一、实验目的一、实验目的 （1）熟练掌握测定断面的设置原则和测试方法，合理布置测