岩石破碎学与破岩工具
岩石破碎学
岩石破碎学岩石破碎学：1. 什么是岩石破碎学？岩石破碎学是指对岩石，如砂岩、火山岩、页岩等，通过碎裂、压碎、破碎等手段进行研究、分析和记录，以获取该岩石的性质、结构和构造及其相关作用的研究领域。
2. 岩石破碎学的研究内容（1）岩石的性质研究：如碎裂性能、抗压强度、摩擦系数、密度、吸收率等；（2）岩石层状结构分析：如破碎及破碎层状结构、岩石构造结构、块状构造结构及块状结构等；（3）岩石力学性能研究：如岩石爆破破坏特性、岩石抗侵蚀性能及强度、岩石抗震性能及强度、岩石应力与变形特性、渗流应力控制现象及其规律等。
3. 岩石破碎学的重要作用（1）岩石的力学性能参数的准确测定。
可以为岩石爆破、岩土工程等提供重要参考依据，以确定岩石的破碎面及实际力学性能；（2）确定岩石的加工性能。
可以分析岩石表面的碎裂模式，进而为砂岩矿物提取、加工工艺、岩石粉碎设备、岩石磨料工业等提供重要技术支持；（3）确定岩石的构造结构。
可以分析岩石的构造结构、岩石的层状结构以及岩石表面的碎裂状况，可以为水利工程、矿井工程、岩溶工程、环境保护工程、土壤结构调整、土石流工程等提供重要基础性知识和技术参数支持。
4. 岩石破碎学的研究方法（1）大量实验。
需要从研究分析的角度，对岩石进行大量实验，包括碎裂性能试验、抗压试验、抗拉试验、抗剪试验、压实特性试验等；（2）数值模拟分析。
可以借助计算机软件，建立数值模型，通过数值计算在不同的破碎条件下的岩石破碎机制，从而探究岩石的力学性能；（3）新型技术。
如采用微波测绘技术对岩石的各个特征参数进行快速测量和分析；运用NURBS多面元网模型对岩石的破碎及碎裂场进行分析和研究。
5. 总结岩石破碎学是一门研究岩石结构、性能及其相关作用的重要分支，它的研究内容主要有岩石性质研究、岩石层状结构分析以及岩石力学性能研究。
它为岩石爆破、砂岩矿物提取加工工艺以及岩石表面碎裂模式研究等提供了重要技术支持，是岩石资源开发利用和水土保持工程的重要基础性研究领域。
第二章岩石的破碎理论PPT课件
二、液压凿岩机
液压凿岩机是一种以液压为动力的新型凿岩机。由于油压比压气压力大得多，通 常都在10 MPa以上，并有粘滞性、几乎不能被压缩也不能膨胀做功，以及油可以循环 使用等特点，因而使液压凿岩机的构造与压气凿岩机的基本部分既相似又有许多不同 之处。液压凿岩机也是由油缸冲击机构、转钎机构和排粉系统所组成。
26
（一）钎头
钎头形状
钎头结构参数
1、刃角；2、隙角；3、钎刃、 4、钎头直径；5、排粉沟。
钎头材料
原来用40号、45号钢，现凿岩机钎头通常使用的硬质合金牌号（牌号表示 硬质合金的成分和性能）为YG8C，YG10C、YG11C、YGl5X。Y表示硬质合金 ，G表示钴，其后数字表示含钻的百分数，C表示粗晶粒合金，X表示细晶粒 合金。
钎尾是承受和传递能量的部位。其长度和断面尺寸应与配套的凿岩 机转动套相适应。气腿式凿岩机钎尾长108mm。 钎肩形状有两种 ，六角形钎杆用环形钎肩，圆钎杆用耳形钎肩，。向上式凿岩机用 的钎子没有钎肩，因机头内有限定钎尾长度的砧柱。
28
四、电钻钻具
煤电钻的钻具如图由钻头1和麻花钻杆4组成。钻杆前部的方槽2和 尾孔3，是用来插入钻头的，钻头插入后，从尾孔3上的小圆孔中插入销 钉固定钻头。麻花钻杆尾部5车成圆柱形，用以插入电钻的套筒内。套筒 前端有两条斜槽，可以卡紧在麻花螺纹上．以传送回转力矩。
爆炸的分类：
▪ 物理爆炸（不发生化学变化 ） ▪ 核爆炸 （核裂变或核聚变 ） ▪ 化学爆炸（有新的物质生成 ）
2
炸药爆炸的三要素
1
2
3
反应的放热性
反应过程的高速度
反应中生成大量气 体产物
炸药爆炸必须的能 源
爆炸反应区别一般 化学反应的重要标 志
破碎岩石都需要用到哪些破碎机设备
岩石是自然界中随处可见的矿石物料，但是想要对它进行加工利用，那就需要用破碎机。
只有经过破碎机加工后的物料才可以用到建筑行业当中。
一般情况下，对于岩石的处理，大体上可分为三大步骤：粗碎、中碎以及细碎。
介于此，以下将是对岩石破碎机的详细介绍，为用户后期投资选购作参考。
如果是大块的岩石，则首先需要对其进行粗碎，在这一道工序当中，一般要用到破碎机当中的颚式破碎机，也简称其为颚破。
是岩石粗破的首选设备，该设备单位生产能力最高可达2200t/h，最大进料粒度也可在125-1500mm之间任意选择等。
它具有以下的优势。
1、颚式破碎机适宜于破碎抗压强度不高于300MPa（兆帕）的各种软硬矿石粗破；2、颚式破碎机排料口调整范围大，可满足不同用户的要求。
3、颚式破碎机的粗碎比大，产品粒度均匀。
4、深腔破碎无死区，物料在破碎腔内不会发生堵料现象，提高了生产效率。
5、颚式破碎机可以节能15%～30%，系统节能一倍以上。
岩石经过颚式破碎机的加工后，如果还不能达到用户的需求，就需要用到中碎设备，这些破碎机，我们可以选用反击式破碎机和圆锥破碎机等。
很多用户都是选用反击式破碎机。
反击式破碎机单位生产能力高达800t/h，适用于破碎进料粒度不大于500mm、抗压强度不超过350MPa的各种粗、中、细物料。
其具有如下优势：1、反击式破碎机破碎比很大，一般破碎机的破碎比不超过10，而反击式破碎机的破碎比为30-40，最大可达150；2、反击式破碎机产品粒度均匀，过粉碎现象少；3、可通过调节反击板与板锤间隙，有效控制出料粒度，破碎成品颗粒形状好；4、反击式破碎机采用高强度耐磨的组合锤头，可以节约材料，减少浪费。
至于，岩石的细碎，可以根据用户的需求，选择制砂机或者是细碎机等，这里就不一一做介绍了。
用户可以根据自己的实际情况进行选择。
牙轮钻头破岩原理
牙轮钻头破岩原理
牙轮钻头是一种常用的岩石钻探工具，它通过旋转和冲击来破
碎岩石，实现岩石的钻孔作业。
牙轮钻头的破岩原理是基于其特殊
的结构和工作方式，下面我们来详细介绍一下牙轮钻头的破岩原理。
首先，牙轮钻头的结构包括钻头体、切削结构和牙轮。
钻头体
是整个钻头的主体部分，通常由合金钢制成，具有足够的硬度和耐
磨性。
切削结构是钻头上的切削刃，通常呈锥形或圆锥形，用于切
削岩石。
牙轮是钻头上的齿状结构，可以增加钻头与岩石之间的摩
擦力，提高钻进效率。
其次，牙轮钻头的工作方式是通过旋转和冲击来破碎岩石。
当
钻头旋转时，切削结构不断切削岩石，同时牙轮产生的冲击力也在
不断作用于岩石表面。
这种旋转和冲击的组合作用，可以有效地破
碎岩石，使得钻头能够顺利地钻进岩层。
最后，牙轮钻头的破岩原理可以总结为旋转切削和冲击破碎的
综合作用。
旋转切削主要是通过切削结构对岩石进行切削，而冲击
破碎则是通过牙轮产生的冲击力对岩石进行破碎。
这两种作用相互
配合，使得牙轮钻头能够高效地完成岩石钻探作业。
综上所述，牙轮钻头的破岩原理是基于旋转切削和冲击破碎的综合作用，通过钻头结构和工作方式的设计，实现对岩石的高效钻探。
牙轮钻头在矿山、隧道、地下工程等领域有着广泛的应用，对于岩石钻探作业具有重要的意义。
地质常用的工具
地质学是一门研究地球的物质组成、结构、构造及其发展历史与演变规律的自然科学。
在地质学的研究与实践中，地质工作者需要使用各种专业工具来辅助他们的工作。
这些工具不仅有助于获取地质信息，还能提高工作效率和准确性。
以下将详细介绍地质常用的工具。
一、地质锤地质锤是地质工作者最基本的工具之一，用于在野外采集岩石样本时敲击岩石。
它的特点是一端为扁平状，另一端为尖头状或楔形。
扁平端用于敲打和破碎岩石，而尖头端或楔形端则用于在岩石上打孔或撬开岩石裂缝。
地质锤通常由高强度钢材制成，以确保其在使用过程中具有足够的耐用性和抗冲击性。
二、罗盘地质罗盘是地质工作者用来测量岩石层理、节理、断层等地质构造产状的工具。
罗盘主要由指南针、倾斜仪和刻度盘三部分组成。
通过罗盘，地质工作者可以快速准确地测量出地质构造的走向、倾向和倾角，为地质图的绘制和地质构造的分析提供重要数据。
三、放大镜和显微镜放大镜和显微镜是地质工作者在野外和实验室内观察和研究岩石矿物的重要工具。
放大镜通常用于在野外初步观察岩石的结构、构造和矿物组成，而显微镜则用于在实验室内对岩石薄片进行详细的矿物学和岩石学研究。
通过这些工具，地质工作者可以获取岩石矿物的微观信息，为地质年代的确定、地质环境的推断以及矿产资源的评价提供依据。
四、GPS定位仪GPS定位仪是地质工作者在野外进行地质调查时用来定位的重要工具。
通过GPS定位仪，地质工作者可以快速准确地获取自己所在位置的经纬度坐标，并将其与地质图进行匹配，从而确定所观察地质现象的具体位置。
此外，GPS定位仪还可以记录地质工作者的移动轨迹，为后续的野外工作提供参考。
五、测距仪和测高仪测距仪和测高仪是地质工作者在野外测量距离和高度的工具。
测距仪通常采用激光测距技术，可以快速准确地测量出两点之间的距离。
测高仪则用于测量地形的相对高度和绝对高度，为地质剖面的绘制和地形地貌的分析提供数据支持。
六、岩芯钻机和取样器岩芯钻机和取样器是地质工作者在野外采集深层岩石样本的工具。
4 岩石爆破分级与凿岩机具
4.2.3 旋转冲击式钻孔法
旋转与冲击的联合作用，以柱齿式钻头使用 为多。
4.2.4 滚压式钻孔法
以牙轮钻机使用为多，多用于大直径钻凿。
总之，钻头侵入岩石、破碎岩石的过程 可以用压头静态侵入岩石来解释：
1）在荷载P的压力作用下加载，压头侵入岩石，在岩石表面 ——产生压痕； 2）增大P，压头下方a处受到压缩，压头边缘产生赫兹裂纹 ——产生裂隙区； 3）增大P，裂隙区岩石被压碎——形成承压核； 4）继续加压，承压核压实，并在承压核周围岩石膨胀 ——产生微裂隙：
f =σc / 10, σc ——岩石静态单轴抗压强度，（MPa）。
之后其学生巴隆进行了修正。f =σc / 30+
c 3
表4.1 普洛托奇雅可诺夫岩石坚固性分级表
等级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅲa Ⅳ Ⅳa Ⅴ Ⅴa Ⅵ 坚固性程度
最坚固
很坚固 坚固 坚固 较坚固 较坚固 中等 中等 较软弱
岩
石
f
20
15 10 8 6 5 4 3 2
5）P再增大，承压核破碎，周围岩石被剪切崩裂
—— 形成跃进式侵入； 6）压头卸压。
完成一个加载——卸载侵入循环过程，见图2.3所示 。
P
P
P
P
P
2a
﹡
a
﹡
﹡
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
图2.3 压头静态侵入过程
§4.3 浅孔钻孔机具
4.3.1 风动凿岩机的构造
风动凿岩机是以压缩空气为动力，驱动各机构运转，实
最坚固、致密和有韧性的石英岩和玄武岩，其它各种特别坚固的岩石
很坚固的花岗质岩石，石英斑岩，很坚固的花岗岩，矽质片岩，比上 一级较不坚固的石英岩，最坚固的砂岩和石灰岩
岩石破碎学
第四章压头静力侵入岩石利用工具来破碎岩石(如凿岩、钻眼、刨削、挖掘等等)，大体上有两个过程。
先是将工具侵入岩石，然后才产生其周围岩石的大块崩落。
因此，工具或压头侵入岩石。
是机械方法破碎岩石的一个最基本过程。
研究这个过程的规律性，不亚于应力应变关系对于材料力学的意义。
本章从压头侵入岩石的基本现象出发，进行压头下方岩石受力的分析，然后阐述有关这方面的实际结果和应用情况。
第一节压头侵入岩石的基本现象压头下岩石的破碎和试块在材料力学意义下的破坏有着显著的区别，前者只是在全面夹制下的局部破碎，而后者通常是整个试件的破裂。
压头侵入岩石时，存在着下述的普通特征。
首先，压头侵入岩石时，在它的前方总要出现一个袋状或球状的核，它是物体在承受巨大压力作用下发生局部粉碎或显著塑性变形而形成的，我们称之为密实核(如图4-1)。
它的普遍性在于:不论什么样的工具(尖的、平的、圆的等)、载荷(静的、冲击的)、材料(从岩石到石蜡，从土壤到钢铁)无一例外，都在压头侵入的前方出现有密实核的现象。
其次，压头侵入岩石的一个普遍的明显特点是侵深不随载荷增长而均衡地增加，而是载荷增加之初，侵深按一定比例增加，当达到某一临界值时，便发生突然地跃进现象。
这时，密实核旁侧的岩石出现崩碎。
载荷暂时下跌，压头继续浸入到一个新的深度之后，载荷再度上升，侵深和载荷又恢复到某种比例关系(如图4-2 ) 。
如此循环不已，载荷—侵深曲线便呈现波浪形。
越是脆性的岩石，这种跃进式侵入特点越明显，塑性岩石则较缓和。
另外，载荷—浸深曲线各次上升段的斜率大体相同，也就是说增加单位载荷所增加的浸深近于常数。
曲线下降部分的情况和加载机构的刚性有关，不全取决于被侵入的岩石。
再次，是破碎角变化不大，即岩石在压头作用下发生跃进式侵入之后，崩碎的岩石坑作漏斗形状，这漏斗顶角的变化是不大的(见图4-3)。
不论压头形式、侵入方法、岩石种类如何，图中β角一般保持在60—75度之间，即漏斗顶角2β在120—150度之间。
机械破碎、热力破碎、爆炸破碎、水射流破碎4种破碎方法详解
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟机械破碎、热力破碎、爆炸破碎、水射流破碎4 种破碎方法详解岩石破碎是采掘作业中使部分岩体脱离母体并破碎成岩块的工艺和理论。
有爆炸破碎、机械破碎、水射流破碎和热力破碎等四种。
研究岩石破碎的主要任务是：揭选矿设备厂家示破碎反击式破碎机岩石的能耗和破碎效果间的联系，探求破碎载荷和岩石坚固性及破碎参数间的关系，研制安全、经济、高效采掘机具和器材，寻求新的破碎方法。
河南红星机器为您详细讲解四种破碎方法。
第一种，机械破碎，分切削、冲凿、碾压、研磨四种方式。
破岩时,破岩工具鄂式破碎机进入岩石，在工具移动前方的岩体内，出现密实核。
在密实核周围产生较大块的崩碎体。
机械破碎在硬岩中应用不广的主要原因是工具磨损严重。
其磨损程度主要取决于岩石内硬矿物(主要是石英)的含量和颗粒大小。
第二种，热力破碎，在岩体内形成高的温度梯度，并利用岩石各组分的热胀系数不同，形成热应力，使岩体剥落或酥碎。
含石英较多的岩石使用此法效果较好。
现代加热方法有铝热剂、火焰喷射、等离子焰、微波、红外线照射、高能电子束、强大的击穿电流、激光等。
但除火焰喷射法(火钻)外，其他均处于试验阶段。
第三种，爆炸破碎，利用炸药或其他爆炸物瞬间释放的巨大能量破碎岩石，目前应用最广也最有效。
第四种，水射流破碎，分低压大流量和高压小流量两种。
前者压力不超过2 乘以107Pa，多用于水力采矿或采煤;后者压力可达几亿帕(Pa)以上，用来切割岩石。
此外还研制出脉冲石料生产线厂家式射流技术，可有效地破碎坚固岩石而无需很大功率。
目前最高的瞬间压力，已达5.6GPa。
高压水射流破碎岩石的能耗高，机械构造较复杂，目前多作为掘进机和露天牙轮钻机破碎岩石的辅助。
第二章 岩石的破碎机里概要
的压力分布是不均匀的。其数值是随着 压力点离开压力面中心的距离r的增加
而不断减小的一个函数(如图)，即：
p(r )
3P 2 a 3
a2 r 2
在压力中心处： 在压力边缘处：pr a 0
图2－6
第二节
外载下岩石的应力状态
钻探工艺学
（二）球形压头压入时岩石的应力状态
第三节 岩石在外载下的破碎过程
（一）岩石的变形破碎形式
钻探工艺学
1、黎金格尔定律：固体
破碎功与破碎过程中物 体表面积的增加成比例。 2、基尔比切夫定律：破 碎功与物体破碎的体积 成比例。 破碎功与破碎产物粉碎度的关系
1－黎金格尔定律；2－基尔切夫定律
第三节 岩石在外载下的破碎过程
钻探工艺学
（一）岩石的变形破碎形式 切削具对岩石的作用力不同，岩石变形破碎可有3种方式 1、表面破碎 切削具与岩石的接触压力远远小于岩石硬度，切削具不能压 入岩石。切削具移动时，将研磨孔底 岩石，岩石破碎是由接触摩擦功引起 的，研磨的岩石颗粒很小，钻进速度
，同样存在两个极值点，但都在z轴上。
第二节
外载下岩石的应力状态
钻探工艺学
（三）轴向力和切向力共同作用时岩石的应力状态
回转钻进中，碎岩工具一般以轴向、切向载荷同时作用于岩 石。此时，岩石的应力分布与只有轴向载荷时不同。 只有轴向力作用时，等应力线分布是均匀对称的。轴向力和 切向力共同作用时，等应力线分布则是非均匀的、不对称的。
第三节 岩石在外载下的破碎过程
钻探工艺学
对于岩石破碎过程的解释，概括起来可以得出以下的基本概念：
(1) 岩石破碎过程的发展，不是随载荷的增加而平稳地进行 的， 而是当载荷达到某一值后， 发生突然的侵入破碎。
第二章：岩石破碎基本原理
2
3cos
sin
2
r
z R
P
2R
2
1
2
cos
3 sec2 2
2
zr
rz
P
2R2
3cos2 sin
r
z
rz r
zr
24
2.2 工具作用下岩石的应力分布
二、布希涅斯克（Boussinesq）问 题 当r=0，z≠0时，z轴上各点的应力分量为：
1
3
C f
2
f tg
称为岩石的内摩擦角。
10
2.2 岩石破坏准则
三、库伦-莫尔准则（Coulomb-Mohr Criterion）
剪切滑移面上的应力与主应力的关系
设最大主应力方向与剪切面法线方向的
夹角为Ψ（称为剪切破坏角）。则在主应力
σ1>σ2>σ3的作用下，忽略σ2的影响，可得
14
2.2 岩石破坏准则
四、格里菲斯准则
格里菲斯（Griffith，1921）认为： 脆性材料的破坏是由材料内部微裂纹尖端 的应力集中引起裂纹扩展所致。在任何材 料内部，都存在众多的随机分布的微裂纹。
如果施加外力，在裂纹的端部将产生极大 3
的应力集中（在裂纹尖端附近产生的拉应 力可能达到所施加应力的100倍）。当在 最有利于破坏方向的裂纹尖端处的拉应力 等于或大于该点的抗拉强度时，裂纹开始 扩展，最终断裂。
最大剪应力理论认为：引起材料断裂的主要因素是最大剪应力
，而且，不论材料处于何种应力状态，只要最大剪应力τmax达到材 料单向拉伸屈服时的最大剪应力值τs，材料即发生屈服。且破裂面 必定通过σ2而且与σ1 、σ3成45°交角（101平面）。
石油钻井设备与工具-王镇全 第二节 岩石破碎机理
压头压入岩石形成破碎坑后，一个破碎过程结束。接下来破碎
过程进入第二循环，过程重复上述步骤。但由于围岩的限制破岩体
积减小。
2、岩石破碎的三个阶段:
从岩石破碎的过程分析，随着压力的增加，压头破
碎岩石的过程可划分为三个阶段：
①裂纹发展阶段（塑性变形）
②压实体形成阶段（局部破碎） ③岩石大体积崩切阶段（体积破碎） 在塑性变形阶段，仅在岩石内部形成裂纹；在压实 体形成阶段，仅仅压头下部岩石发生破坏，破碎体积很 小；只有在崩切阶段产生大体积破碎，破岩效果好。
1、工具不同、加载方式不同，形成破碎岩石的方式不同;
2、岩石性质不同，适用的破岩方法不同； 3、破岩方法不同，适用的破岩工具形状也不同。
因此，为获得最优破岩效果需要根据地层条件选择不同的破岩工具。
目前石油钻井常用的破岩工具（钻头）主要有以下种类： 1、牙轮钻头； 2、聚晶金刚石复合片钻头（PDC钻头）； 3、单晶金刚石钻头。
P P f1 x, t 1
Q Q1 f 2 ( x, t )
4、加载方式的简化
总之，不同的破岩方式只是力的作用方式和作用时间不同，但其
载荷作用方式可简化为：
1、压入力（垂直力）；2、压入力和水平力同时作用。
P P Q Q
P F
三)压头受单向垂直压力压入岩石 岩石破碎的发展过程
也证明了此结论
使钻头齿以体积破碎状态破碎岩石的最小 钻压值称为门限钻压。
四）圆柱压头受垂直力和水平力联合作用破 碎岩石破碎坑的形状 钻进中，牙齿破碎岩石的破碎实际上
是在垂直和水平载荷同时作用下发生的。
也即压头受倾斜力F的作用（如图）。
P
P
Q
Q
F
在两向载荷作用下，按照弹性理论得到的等应力线如下图：
钻井的破岩动机原理
钻井的破岩动机原理钻井的破岩动机主要是指钻井过程中所使用的破岩工具和技术。
破岩动机的原理是利用物理力学的原理来破碎岩石，使其变得更容易被钻机钻穿。
钻井的主要目的是将钻头钻进地下岩石，以获取地下的水源、矿物资源或石油天然气等。
在进行钻井工作时，传统的钻井方法是使用回转钻机和钢管，通过旋转钢管来推动钻头，靠切削岩石的方式进行钻井。
然而，对于一些特别坚硬的岩石，使用传统的钻井方法往往效率低下，所以需要使用破岩动机来破碎这些坚硬的岩石。
破岩动机常见的几种原理包括冲击破岩原理、旋风破岩原理和水压破岩原理等。
第一种原理是冲击破岩原理。
冲击破岩原理是利用冲击力对岩石进行打击，通过冲击力将岩石击碎。
常见的冲击破岩工具有冲击器和冲击槽等。
冲击器通常由冲击器体、冲击器钻头和冲击器锤头等部分组成。
在钻井过程中，冲击器钻头被放置在钻头的下方，冲击器锤头通过冲击器体作用在冲击器钻头上，使其不断向下冲击岩石。
这样，冲击力就可以将岩石击碎，便于下一步的钻井。
第二种原理是旋风破岩原理。
旋风破岩原理是利用高速旋转的冲击气流对岩石进行打击。
常见的旋风破岩设备有旋风锥、旋风洗石器等。
在钻井过程中，旋风破岩设备会产生高速的旋风气流，气流中含有沙粒、钢丝或其他硬质材料，这些硬质材料会通过旋风气流的高速冲击力来击碎岩石。
这种方法主要适用于较松软和脆弱的岩石。
第三种原理是水压破岩原理。
水压破岩原理是利用高压水流对岩石进行打击。
常见的水压破岩设备有高压水枪、喷射式水锤等。
在钻井过程中，高压水流会产生强大的冲击力，水压力会将岩石击碎或剥离。
此外，通过改变水流的角度和方向，可以进一步增强冲击力，从而提高破岩效果。
综上所述，钻井的破岩动机主要依靠物理力学原理来进行岩石的破碎。
冲击破岩原理、旋风破岩原理和水压破岩原理是常见的破岩动机原理。
通过利用这些原理，可以更加高效地将钻头钻进坚硬的岩石，从而提高钻井的效率和成功率。
破碎工具
衡量破岩效果的指标—钻头单位进尺成本:
Cb Cr ( t tt ) Cpm H
式中 C —单位进尺成本，元/每米 Cpm 单位进尺成本 元/每米 Cb—钻头成本，元； Cr —钻机作业费，元/每小时； 钻机作业费 元 每小时 t—钻头钻进时间， tt—起下钻及接单根时间， H—钻头进尺。
一)钻头结构
钻头结构参数
切削结构
水力结构
切削结构基本参数
切削结构 冠部形状 切削齿的分布 保径结构 刀翼的数量及结构 切削齿的空间位置
水力结构基本参数：
水力结构
流道的结构
喷嘴及空间结构
二）切削结构及参数
1、冠部形状 钻头冠部形状是指钻头切削齿外部轮廓的包络线。由内锥、外锥和鼻部组成（见图）。
由于每转吃入量很小 螺旋线的螺旋角非常小 由于每转吃入量很小，螺旋线的螺旋角非常小， 一般都小于1°，所以单齿的切削过程可简化为在平面 上的运动。
２、运动分析
①钻头齿绕钻头的旋转中心螺旋运动；其螺距与机械钻速和旋转速度有 关； ②切削齿的部位不同 其线速度不同； ②切削齿的部位不同，其线速度不同； ③每一切削齿每转切入量、切槽宽度与岩石的性质、切削齿的结构、钻 井参数等因素有关。 井参数等因素有关
钻头冠部形状
钻头的冠部形状决定了钻头切削形成的井底形状，使得切削齿接触井底的先 后次序发生变化。 后次序发生变化 由于最前端的切削齿（鼻部齿）在半无限体状态下破碎岩石，所受的单位面 积的切削力最大，而后序切削齿由于自由面形成，所受的单位面积的切削力逐 次降低。因此钻头冠部形状对切削齿的受力有较大的影响。 同时内锥影响钻头的稳定性，外锥影响钻头的布齿数量和布齿密度；内外锥 结构对流道形状也有较大的影响。
D、脆性大，抗冲击韧性差 脆性大 抗冲 性差
岩石破碎学与破岩工具
岩石破碎与破岩工具XX（西南石油大学，成都，610500）1.引言1.1.研究对象:随着工业和社会经济活动日益发展，人们从事的岩土破碎工作量日益增多。
固体、气体、液体矿床的勘探开发，各种地下工程的建设等，都必须对岩土进行破碎剥离。
所以，岩石破碎学研究的对象是岩土。
1.2.岩石破碎学所研究的内容和范围在各种施工时，人们总是在不断努力改善岩土破碎效果以加快施工进度。
为此，人们致力于改进碎岩的工具和方法，以利于破碎岩石。
但为了施工能得到有效的进行，还希望所施工的岩石具有一定的稳定性和牢固性，以保证施工后的形态。
岩石破碎实际包括破碎和稳定的两个范畴。
既岩石在各种外载和物化条件作用下的破碎规律、破碎效果、破碎过程、以及在上述作用下保持稳定的极限条件。
此外，由于目前碎岩方式仍然是以机械方式为主，机械方式碎岩时很重要的问题是碎岩工具的磨损与消耗，因此研究岩石破碎过程就必然要和摩擦、磨损相联系。
简单说岩石破碎学研究的内容和范围是：研究在不同条件下钻掘岩石的力学过程，研究碎岩工具的磨损过程，研究施工岩体的失稳条件及计算方法等。
1.3.岩石破碎学研究的目的意义岩石破碎学研究的内容是要深刻了解所钻掘岩石的性能；了解机械破碎岩石的力学过程；了解碎岩工具的磨损过程；以及描述与计算这些过程的方法。
其最终目的是：为了提高破岩效率、降低材料消耗；为了提高经济效益、降低钻掘成本；为了提高施工安全性，降低各种工程事故。
其意义在于有效地实现安全、高效、低耗的施工生产。
2.岩石破碎的基本原理及破岩石方式2.1.岩石破碎原理(1)热力剥离如图1所示的热力剥离破岩原理，当岩石表面快速加热而产生的高应力超过岩石的强度时，则发生热力剥离。
(2)机械应力如图2所示的机械应力破岩原理，岩石通过冲击、磨蚀、冲蚀方式进行机械破碎，当这些机械作用产生了超过岩石的拉伸或剪切应力时就发生塑性屈服和脆性破坏。
在石油工程钻井领域，机械应力是使岩石破碎的主要原因。
常用的破岩方法
常用的破岩方法
破岩是指通过各种手段将坚硬的岩石或石块碎裂或移除，常用于建筑、道路和采石等领域。
下面介绍几种常用的破岩方法：
1. 钻孔爆破法：利用钻孔器在岩石中钻孔，然后在孔内放入炸药，点燃引线引爆炸药，使岩石产生爆炸破裂。
此方法适用于岩石较硬、较厚的情况。
2. 水压破岩法：将高压水流喷射到岩石上，由于水流冲击力大，能够使岩石表面产生裂纹，进而使整块岩石破裂。
此方法适用于不太硬的岩石，如砂岩、泥岩等。
3. 液压破岩法：利用油压机将高压油液注入岩石缝隙中，使岩石内部产生巨大的压力，使岩石破裂。
此方法适用于岩石较硬、较深的情况。
4. 冰破法：在岩石缝隙中注入水，待水结成冰后，由于冰的膨胀力，能够使岩石产生破裂。
此方法适用于岩石表面有裂缝的情况。
5. 钢丝锯破岩法：通过将钢丝锯片绕在岩石上，然后利用机械将钢丝锯片拉动，使其在岩石上切割出一定宽度的裂缝，最终使岩石破裂。
此方法适用于岩石表面平整的情况。
以上是几种常用的破岩方法，不同的破岩方法适用于不同的岩石情况，选择适合的破岩方法可以提高工作效率，降低成本。
- 1 -。
凿岩机破岩原理和工作原理
凿岩机破岩原理和工作原理
凿岩机是一种用于破碎岩石、混凝土等硬质材料的工程机械设备。
它的主要原理是利用高速旋转的锤头或锤子产生冲击力，通过不断敲击岩石表面，将岩石逐渐破碎成小颗粒，从而达到破岩的目的。
具体的工作原理如下：
1. 启动凿岩机，使其锤头或锤子以高速旋转。
2. 将锤头或锤子放置在待破的岩石表面上，并施加一定的压力。
3. 锤头或锤子以高速旋转时，其头部产生冲击力，不断敲击岩石表面。
4. 冲击力使岩石受到损伤，产生裂纹。
5. 再次施加压力，继续敲击岩石表面，使岩石裂纹逐渐扩大。
6. 当裂纹扩大到一定程度时，岩石开始破裂，形成小颗粒。
7. 将锤头或锤子移动，继续在岩石不同部位施加压力，直到整块岩石完全破碎为止。
8. 将破碎的岩石颗粒清理出工作区域，继续进行破岩作业。
凿岩机的工作原理主要依靠锤头或锤子产生的高速冲击力来破坏岩石的结构，因此其具有破碎速度快、效率高的特点。
而不同型号的凿岩机可能会采用不同的工作原理，如气动凿岩机利用压缩空气产生冲击力，液压凿岩机利用液压系统驱动锤头等。
总之，凿岩机通过不断敲击和破碎岩石表面，实现了对硬质材料的破碎和拆除。
岩石破碎学(第一讲)
1.3.1、变形特性
（deformation properties）
外力作用下，岩石发生变形，随着载荷的不断增 加,变形不断发展，最终导致岩石破坏。变形和 破坏是载荷作用下岩石性能变形的不同阶段。 岩石变形有两种情况:
• 弹性变形（elastic deformation），又称可逆变形 （reversible deformation）,外力撤除后岩石的外 形和尺寸完全恢复原状。
岩石的内聚性: 岩石内部颗粒联系的紧密和强弱程度. 按内聚性的大小岩石可分为三类: 坚固的岩石: 对于具有晶体结构的岩石,岩石往往沿晶 粒接触面而破坏.钻进这类岩石时,一般孔壁稳定; 粘结的岩石: 粘土质岩石, 具有较高塑性、较低强度和 不大的研磨性，易缩径、垮塌和卡钻，因此通常采用 低失水量的泥浆或对孔壁缩径无影响的冲洗液； 松散的岩石：这类岩石包括砂和砾石。钻进时孔壁不 稳定，应下套管或采取其它有效措施。
第一章 岩土钻进过程与破碎机理
• 1.绪论 • 2.岩石的基本知识 • 岩石、矿物、元素、结构、构造、晶体、层理、片理 • 3.岩石的机械性质 • 弹性、塑性、强度、硬度、研磨性、可钻性 • 4.影响岩石机械性质的因素 • 5.岩石的强度理论 • 6.不同破碎条件下岩石的破碎机理 • 7.岩石力学性质的测试
岩浆岩：内力地质作用的产物，系地壳深处的岩浆沿地壳裂 隙上升冷凝而成。
沉积岩：在地表条件下母岩风化剥蚀的产物，经搬迁、沉积 和硬结等成岩作用而形成的岩石。组成沉积岩的物质成分有颗 粒和胶结物两大类。
变质岩：沉积岩或变质岩本身在地壳中受到高温高压及化学 活动性流体的影响而变质形成的岩石（原岩成分和变质岩特有 的，如石墨、滑石，蛇纹石，硅灰岩等）。
• 滑动速度(有临界值,之前磨损率增长小,之后增 长很快,与温度有关)
岩石破碎学pdf
岩石破碎学岩石破碎学是一门研究岩石破碎过程和破碎设备性能的学科，涉及到岩石力学、材料力学、机械工程等多个领域。
在基础设施建设、矿产资源开发、国防工程等领域，岩石破碎作业具有重要意义。
本文将从岩石破碎的基本原理、破碎设备、破碎过程和破碎效率等方面展开论述。
一、岩石破碎的基本原理岩石破碎是指将硬质岩石转化为符合工程需求的大小和形状的过程。
岩石破碎的基本原理主要包括以下几个方面：1. 岩石的物理和力学性质岩石是一种天然材料，具有复杂的物理和力学性质。
岩石的物理性质包括密度、孔隙率、含水率等，而力学性质主要包括抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等。
岩石的物理和力学性质直接影响到岩石破碎的难易程度和破碎设备的选型。
2. 破碎力的产生破碎力是指在岩石破碎过程中，破碎设备对岩石施加的力。
破碎力的产生主要通过对岩石的冲击、压缩、剪切等作用来实现。
冲击破碎主要是通过高速运动产生的动能转化为岩石的破碎能量；压缩破碎主要是通过挤压作用使岩石产生裂纹，进而破碎；剪切破碎则是通过剪切力使岩石断裂。
3. 破碎机理岩石破碎机理是指岩石在受到破碎力作用时，内部的应力状态和裂纹发展规律。
破碎机理的研究对于优化破碎设备设计和提高破碎效率具有重要意义。
常见的岩石破碎机理有脆性破碎、延性破碎和韧性破碎等。
二、破碎设备破碎设备是岩石破碎过程中的关键工具，根据破碎原理和破碎方式的不同，破碎设备可分为以下几类：1. 颚式破碎机颚式破碎机是一种采用颚板对岩石进行挤压和剪切作用的破碎设备。
其主要特点是结构简单、破碎比大、适应性强。
颚式破碎机广泛应用于基础设施建设、矿产资源开发等领域。
2. 锥式破碎机锥式破碎机是一种采用圆锥状破碎元件对岩石进行压缩破碎的设备。
根据破碎腔的形状，锥式破碎机可分为标准型、短头型和超细型等。
锥式破碎机具有破碎力大、生产能力高、产品粒度均匀等特点，适用于矿山、建筑材料等领域。
3. 反击式破碎机反击式破碎机是一种采用高速旋转的转子对岩石进行冲击破碎的设备。
矿山开采中的岩石破碎与粉碎技术
绿色开采技术
节能减排技术
采用先进的节能技术和减排措施，降低破碎 过程中的能源消耗和污染物排放，实现绿色 开采。
资源循环利用
通过资源循环利用技术，将破碎过程中产生 的废料进行回收再利用，提高资源利用率， 降低对环境的影响。
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04
CATALOGUE
岩石破碎与粉碎技术的经济效益与环境影 响
经济效益分析
提高生产效率
岩石破碎与粉碎技术的采 用，能够显著提高矿山开 采的生产效率，从而降低 生产成本。
增加资源利用率
通过有效的岩石破碎和粉 碎，可以充分利用矿山资 源，提高资源的利用率， 延长矿 Nhomakorabea服务年限。
创造就业机会
岩石破碎与粉碎技术的应 用，需要相应的技术支持 和专业人员，从而创造了 更多的就业机会。
振动磨粉碎
总结词
振动磨粉碎是一种利用振动磨机对物料进行破碎和研磨的过程，通过磨机的振动 作用，使物料在研磨介质和内壁之间受到冲击和研磨。
详细描述
振动磨机由一个振动电机驱动，使整个磨机产生高频振动。物料通过进料口加入 ，在振动的作用下，物料在研磨介质和内壁之间受到反复的冲击和研磨，从而破 碎成细粉。
环境影响评估
噪音污染
岩石破碎与粉碎过程中会产生较 大的噪音，可能对周边居民和生
态环境造成一定的影响。
粉尘污染
破碎和粉碎过程中产生的粉尘可 能对空气造成污染，影响周边环
境和居民健康。
废水和废弃物排放
矿山开采过程中的废水、废石等 废弃物需要得到妥善处理，避免
对环境造成不良影响。
可持续发展的挑战与机遇
随着工业革命的兴起，出现了各种机 械化的破碎和粉碎设备，如颚式破碎 机、圆锥破碎机等。
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岩石破碎与破岩工具
XX
（西南石油大学，成都，610500）
1.引言
1.1.研究对象:
随着工业和社会经济活动日益发展，人们从事的岩土破碎工作量日益增多。
固体、气体、液体矿床的勘探开发，各种地下工程的建设等，都必须对岩土进行破碎剥离。
所以，岩石破碎学研究的对象是岩土。
1.2.岩石破碎学所研究的内容和范围
在各种施工时，人们总是在不断努力改善岩土破碎效果以加快施工进度。
为此，人们致力于改进碎岩的工具和方法，以利于破碎岩石。
但为了施工能得到有效的进行，还希望所施工的岩石具有一定的稳定性和牢固性，以保证施工后的形态。
岩石破碎实际包括破碎和稳定的两个范畴。
既岩石在各种外载和物化条件作用下的破碎规律、破碎效果、破碎过程、以及在上述作用下保持稳定的极限条件。
此外，由于目前碎岩方式仍然是以机械方式为主，机械方式碎岩时很重要的问题是碎岩工具的磨损与消耗，因此研究岩石破碎过程就必然要和摩擦、磨损相联系。
简单说岩石破碎学研究的内容和范围是：研究在不同条件下钻掘岩石的力学过程，研究碎岩工具的磨损过程，研究施工岩体的失稳条件及计算方法等。
1.3.岩石破碎学研究的目的意义
岩石破碎学研究的内容是要深刻了解所钻掘岩石的性能；了解机械破碎岩石的力学过程；了解碎岩工具的磨损过程；以及描述与计算这些过程的方法。
其最终目的是：为了提高破岩效率、降低材料消耗；为了提高经济效益、降低钻掘成本；为了提高施工安全性，降低各种工程事故。
其意义在于有效地实现安全、高效、低耗的施工生产。
2.岩石破碎的基本原理及破岩石方式
2.1.岩石破碎原理
(1)热力剥离
如图1所示的热力剥离破岩原理，当岩石表面快速加热而产生的高应力超过岩石的强度时，则发生热力剥离。
(2)机械应力
如图2所示的机械应力破岩原理，岩石通过冲击、磨蚀、冲蚀方式进行机械破碎，当这些机械作用产生了超过岩石的拉伸或剪切应力时就发生塑性屈服和脆性破坏。
在石油工程钻井领域，机械应力是使岩石破碎的主要原因。
（3）化学反应
如图3所示的化学反应破岩原理，各种化学药剂可用来溶解岩石，强烈反应的化学药剂如氟，可以高速破坏岩石且产生无害的副产品。
（4）熔融和汽化
火成岩溶化温度范围是1100-1600度，石灰岩是2600度。
激光和电子束能聚集足够的能量来熔融和汽化各类岩石。
图1热力剥离 图2机械应力 图3化学反应 2.2. 岩石破碎方式
根据岩土钻掘的现状和发展前景，可把岩石破碎分为三大类。
（1）机械破碎法
机械破岩法主要有：回转破碎(金刚石,硬合金,钢粒) 、冲击碎岩(钢绳冲击,液或气动冲击器、冲击回转碎岩、振动式碎岩。
现石油钻井领域主要为回转机械破岩为主。
（2）化学破碎法
主要有：爆破、化学药剂容蚀。
（3）物理破碎法
热力碎岩（熔融热力钻进,高温高压热气流钻进)、电磁碎岩、电子束碎岩、水射流碎岩、激光碎岩。
3. 岩石的物理性质及强度理论
3.1. 岩石的物理性质
(1）吸水率
岩石的吸水率（ωa ）是指岩石试件在大气压力条件下自由吸入水的质量（m w1）与岩样干质量（m s ）之比，用百分数表示，即 %1001⨯=s
W m m ω
实测时先将岩样烘干并称干质量，然后浸水饱和。
（2) 岩石的软化性
岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性，用软化系数（K R ）表示。
K R 定义为岩石试件的饱和抗压强度（R cw ）与干压强度的比值，即： c
cw h R R K = 显然，K R 愈小则岩石软化性愈强。
（3）岩石的抗冻性
岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。
常用冻融系数和质量损失率来表示。
冻融系数（R d ）是指岩石试件经反复冻融后的干抗压强度（R c2）与冻融前干抗压
强度（R c1）之比，用百分数表示，即 %1001
2⨯=
c c
d R R R （4) 岩石的膨胀性
岩石的膨胀性是指岩石浸水后体积增大的性质。
岩石膨胀大小一般用膨胀力和膨胀率两项指标表示，这些指标可通过室内试验确定。
目前国内大多采用土的固结仪和膨胀仪的方法测定岩石的膨胀性。
（5) 岩石的崩解性
岩石的崩解性是指岩石与水相互作用时失去粘结性并变成完全丧失强度的松散物质的性能。
这种现象是由于水化过程中削弱了岩石内部的结构联络引起的。
常见于由可溶盐和粘土质胶结的沉积岩地层中。
%1000
1022⨯--=W W W W I d 式中 ：I d2为第二次循环耐崩解指数；W 1为试验前试样和圆筒的烘干重力（N ）；
W 2为第二次循环后试样和圆筒的烘干重力（N ）；W 0为试验结束后，冲洗干净的圆
筒烘干重力（N ）。
（6）岩石的空隙性
岩石是有较多缺陷的矿物材料，在矿物间往往留有空隙。
同时，由于岩石又经受过多种地质营力作用，往往发育有不同成因的结构面，如原生裂隙、风化裂隙及构造裂隙等。
所以，岩石的空隙性比土复杂的多，即除了空隙外，还有裂隙存在。