《岩石可爆性和可钻性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《岩石可爆性和可钻性（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一节 影响岩石爆破性的因素岩石是爆破的对象，金属矿山的绝大部分、非金属矿及煤矿等矿山的不少矿 岩都采用爆破方法进行破碎和采掘。为了取得良好的爆破效果，必须了解和掌握 岩石的爆破性。岩石的爆破性是岩石自身物理力学性质和炸药、爆破工艺的综合反映，它不 仅是岩石的单一固有属性，而且是岩石一系列固有属性的复合体， ,在爆破过程 中表现出来，并影响着整个爆破效果。影响岩石爆破性的主要因素，一方面是岩石本身的物理力学性质的内在因素 （见表 1.1）;表 1.1 几种典型岩石的物理力学特性容重 e/cidMPab;Pa哲:匪GPa口士.媲建度 MlgX2.召-0.15-工YJ100-250江-?JD-10
2、-37一丁 - :. J石英岩L. I：-.2.1. ,0.-10-15卅-：0i40-1000.07-0. 2SQ. 96. T玄武岩?. 7- - S.I- iJj-心7：.- Jw畴岩2. 85 3. OSi：. ： IL10 -?:160 -230?i.: H0.2 0.32辉长岩1.1: - 111-2C260 31017 i- 1 iH2-0.37.；、- ij-1：0.10.5&1. 2.:L.i. -L. J? - Ji-i1Z；.C. 25 -0.45J. J-.-. ：U.：T-:M. ”J - ：1-. -4?0. 220. 252. :L. 1-. j2.6.：J.L7
3、 -P0.19-0.J： - J石农厂l.E-15L.i -IL1 Si?； - ,0. 2-j. 333. 2-5. 5白云岩二：-2.3100-1905095：. 2 :另一方面是炸药性质、爆破工艺等外在因素。前者决定于岩石的地质生成条 件、矿物成分、结构和后期的地质构造，它表征为岩石密度或容重、孔隙性、碎 胀性、弹性、塑性、脆性和岩石强度等物理力学性质 ;后者则取决于炸药类型、 药包形式和重量、装药结构、起爆方式和间隔时间、最小抵抗线与自由面的大小、 数量、方向以及自由面与药包的相对位置等等。此外，还包括对爆破块度、爆堆 形式以及抛掷距离等爆破效果的影响。显然，岩石本身的物理力学性质是最
4、主要 的影响因素。炸药爆炸对岩石的爆破作用主要有两个方面，其一是克服岩石颗粒之间的内 聚力，使岩石内部结构破裂，产生新鲜断裂面;其二是使岩石原生的、次生的裂 隙扩张而破坏。前者取决于岩石本身的坚固程度 ;后者则受岩石裂隙性所控制。 因此，岩石的坚固性和岩石的裂隙性是影响岩石爆破性最根本的影响因素。一、岩石的结构（组分）、内聚力和裂隙性对岩石爆破性的影响 岩石由固体颗粒组成，其间有空隙，充填有空气、水或其它杂物。当岩石 受外载荷作用，特别是在受炸药爆炸冲击载荷作用下，将引起物态变化，从而导 致岩石性质的变化。矿物是构成岩石的主要成分，矿物颗粒愈细、密度愈大，愈坚固，则愈难 于爆破破碎。矿物密度可
5、达4g/cm3以上，岩石的容重不超过其组成矿物的密度。 岩石容重一般为1.03.5g/cm3。随着密度增加，岩石的强度和抵抗爆破作用的能 力增大，同时，破碎或抛移岩石所消耗的能量也增加，这就是一般岩浆岩比较难 以爆破的原因。至于沉积岩的爆破性，除了取决于其矿物成分之外，很大程度受 其胶结物成分和颗粒大小的影响。例如，沉积岩中细粒有硅质胶结物的，则坚固， 难爆破;含氧化铁质胶结物的次之;含有石灰质和粘土质胶结物的沉积岩不坚固， 易爆破。变质岩的组分和结构比较复杂，它与变质程度有关。一般变质程度高、 质量致密的变质岩比较坚固，难爆;反之则易爆破。岩石又是由具有不同化学成分和不同结晶格架的矿物以不同
6、的结构方式所 组成。由于矿物成分的化学键各不相同，则其分子的内聚力也各不相同。于是， 矿物晶体的强度便取决于晶体分子之间作用的内力、晶体结构和晶体的缺陷。通 常，晶体之间的内聚力，都小于晶体内部分子之间的内聚力。并且，晶粒越大， 内聚力越小，细粒岩石的强度一般比粗粒岩石的大。又因为晶体之间的内聚力小 于晶体内的内聚力，所以，破坏裂缝都出现在晶粒之间。岩石中普遍存在着以孔隙、气泡、微观裂隙、解理面等形态表现出来的缺陷， 这些缺陷都可能导致应力集中。因此，微观缺陷将影响岩石组分的性质，大的裂 隙还会影响整体岩石的坚固性，使其易于爆破。岩体的裂隙性，不但包括岩石生成当时和生成以后的地质作用所产生的原
7、生 裂隙，而且包括受生产施工、周期性连续爆破作用所产生的次生裂隙。它们包括 断层、褶曲、层理、解理、不同岩层的接触面、裂隙等弱面。这些弱面对于爆破 性的影响有两重性:一方面，弱面可能导致爆生气体和压力的泄漏，降低爆破能 的作用，影响爆破效果;另一方面，这些弱面破坏了岩体的完整性，易于从弱面 破裂、崩落，而且，弱面又增加了爆破应力波的反射作用，有利于岩石的破碎。 但是，必须指出，当岩体本身包含着许多尺寸超过生产矿山所规定的大块 （不合 格大块）的结构尺寸时，只有直接靠近药包的小部分岩石得到充分破碎，而离开 药包一定距离的大部分岩石，由于已被原生或次生裂隙所切割，在爆破过程中， 没有得到充分破碎，
8、在爆破震动或爆生气体的推力作用下，脱离岩体、移动、抛 掷成大块。这就是裂隙性岩石有的易于爆破破碎，有的则易于产生大块的两重性。 因此，必须了解和掌握岩体中裂隙的宽窄、长短、间距、疏密、方向、裂隙内的 充填物、结构体尺寸和结构体含量百分率，以及它们与炸药、爆破工艺参数的相 互关系等等。例如，垂直层理、裂隙爆破时，比较容易破碎;而平行或顺着层理、 裂隙的爆破则比较困难。此外，风化作用瓦解岩石各组分之间的联系，因此，风化严重的岩石，易于爆 破破碎。二、岩石容重、孔隙度和碎胀性对岩石爆破性的影响 岩石容重表示单位体积岩石的重量，其体积包括岩石内部的孔隙。岩石孔隙 度，等于孔隙的体积（包括气相或液相体积
9、）与岩石总体积之比。可用单位体积岩 石中孔隙所占的体积表示，也可用百分数表示。通常岩石的孔隙度为 0.1% 50 %（般岩浆岩为0.5%2%，沉积岩为2.5%15%）。当岩石受压时，孔隙度 减少，例如，粘土孔隙度50%，受压后为7%。随着孔隙度增大，冲击波和应力 波在其中的传播速度降低。容重大的岩石难以爆破，因为要耗费很大的炸药能量 来克服重力，才能把岩石破裂、移动和抛扔。岩石的碎胀性是岩体破碎后体积松散胀膨的性质 ;破碎后的岩石体积与破碎 前的比值称为碎胀系数。碎胀性与岩体结构及被破碎的程度有关，根据它可以衡 量岩石破碎程度，用其计算补偿空间的大小。三、岩石弹性、塑性、脆性和岩石强度对岩石爆
10、破性的影响 从力学观点看，根据外力作用和岩石变形特点的不同，岩石可能表现为塑 性、弹性、粘弹性、弹脆性和脆性等特征。塑性岩石和弹性岩石受外载作用超过其弹性极限后，产生塑性变形，能量消 耗大，将难于爆破（如粘土性岩石）;而脆性岩石（几乎不产生残余变形）、弹脆性岩 石均易于爆破（如脆性煤炭）。岩石的塑性和脆性不仅与岩石性质有关，而且与它 的受力状态和加载速度有关。位于地下深处的岩石，相当于全面受压，常呈塑性， 而在冲击载荷下又表现为脆性。当温度和湿度增加，也能使岩石塑性增大。通常， 在爆破作用下，岩石的脆性破坏是主要的、大量的。相反，靠近药包的岩石，却 易呈塑性破坏，虽然其破坏范围很小，但却消耗大
11、部分能量于塑性变形上。为了深入研究岩石爆破性与爆破载荷的关系，一般把岩石视作弹性体或粘弹 性体，炸药在岩体内爆破时，以冲击波和弹性波的形式从药包中心向周围岩石传 播，并以弹性变形能或强度作为分析和探讨岩石爆破性的依据。岩石强度是表示岩石抵抗压、剪、拉诸应力，从而导致岩石破坏的能力。它 本来是材料力学中用以表示材料抵抗上述三种简单应力的常量，往往是在单轴静 载作用下的测定指标。爆破时，岩石受的是瞬时冲击载荷，所以应对岩石强度赋 以新的内容，要强调在三轴作用下的动态强度指标。只有如此，才能真实地反映 岩石的爆破性。表 1.2 是用雷管模拟爆破和用材料试验机加载试验所得的几种岩石的动、静 强度。从表
12、中可见，动载强度比静载强度为大。岩石的抗压极限强度（O ）最大，抗剪（。一）次之，抗拉（O ）最小。一般有如 压剪拉下关系：j =（1/101/50）a , j =（1 /81/12）o L因此，尽可能使岩石处于受 拉压 剪压拉伸或剪切状态下，以利于爆破破碎，提高爆破效果从表中可见，动载强度比静 载强度为大。表 1.2 几种岩石动、静载强度试验结果疳;鱼m/s抗压强度:.MPa抗拉強质,MPa；栽谨蔗1 MPa /s 1载常耳往寸T n /静戢动载2. T4500G0009011050-902040LG7 10310 -一：|砂岩（1）2. 1：1川一 i.; I.100 140JS950TQ
13、LC;- 10s?l-:-二，.1800-35001525205023102010610750 1004100-5700200-24035-5016-23203D117 - - ofl1J5300-6000320350TQQ-80022325060-07 1 D0j-T2.63T00-590D240 -330：|：|：- 40011 1920-30m7-wa30-60第二节 岩石爆破性的判据和分级岩石分级不同于岩石分类，通常岩石分类是指按照岩石成因或成分的不同， 对岩石加以质的划分，如地质学上按成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三类，而 岩石分级应该是以量的指标来划分各种岩石的等级，根据采矿工程的
14、不同要求， 有凿岩性分级、爆破性分级和稳定性分级等。一、分级的判据 根据什么判据和指标进行岩石分级，这是一个非常关键的问题。由于炸药的 “三高”(高爆温、高爆压、高爆速)特性、岩石结构构造的复杂性以及测试记 录手段的局限性等等，给研究工作带来了不少困难。几十年来国内外学者做了大 量工作，根据岩石爆破性的主要影响因素，提出了各种各样的判据、指标进行岩 石分级。其主要判据有:岩石强度、单位炸药消耗量、工程地质参数、岩石弹性 波速度、岩石波阻抗、爆破岩石质点位移、临界速度、爆破功指数、岩石弹性变 形能系数等等，它们从不同的侧面反映了岩石的爆破性。但是，这些指标并没有 阐明爆破性的真正含义，没有建立完整的分级体系，所以迄今为止国内外尚无一 种公认的岩石爆破性分级方法。二、普氏分级和苏氏分级1、普氏分级早在1926 年前，普氏提出了用岩石试块的单轴静载极限抗压强度、手工凿 1cm3 岩石所消耗的功、手打眼每班生产率、掘进工生产率、在地面挖掘的
