第2章岩石力学性质与分级

岩石强度是表示岩石抵抗压、剪、拉诸应力而导致岩石破坏的能力,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，所以要强调在 三轴作用下的动态强度指标，才能真实地反映岩石的爆破性，但全围压 （三轴）试验难度较大。
表2-2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、静载强度。可见，动载强度比静载强度为大。
(3)岩石的碎胀性
岩体破碎后体积松散膨胀的性质；破碎后的岩石体积与破碎前的岩石体 积的比值称为碎胀系数。
2.1.3 岩石强度和弹塑性对岩石爆破的影响
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。
塑性大的岩石受外载作用超过其弹性极限后，产生塑性变形而未产生 有效破碎，能量消耗大，难于爆破；脆性、弹脆性岩石均易于爆破。
2.2.2 苏氏分级
苏氏分级是苏哈诺夫在30年代针对普氏分级而提出的岩石分级。他认 为:决定岩石坚固性的基础应当取决于在某一特定情况实际被应用的具体采掘 方法。他用崩落1m3岩石所消耗的炸药量（kg/m3）或单位炮眼长度(m/m3)来表 征岩石的爆破性，同时，规定了一系列的测试标准条件。根据单位炸药消耗 量和单位炮眼长度将岩石分为16级。如果需要的炸药单耗量多、单位炮眼长， 则岩石难爆;反之，则易爆。表2-3给出了普式分级和苏氏分级的指标对比。
岩石的裂隙性有的易于爆破破碎，有的则易于产生大块。风化作用 削弱了岩石的完整性和强度，使得风化严重的岩石易于凿岩和爆破破碎。
(21.)1岩.2石岩容石重的容重、孔隙度和碎胀性
单位体积岩石的重量，其体积包括岩石内部的孔隙，与岩石的质量不 同。
(2)岩石孔隙度
孔隙的体积(包括气相或液相体积)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。
石英斑岩 极致密硅质砂岩 致密花岗岩、坚固铁矿石 致密砂岩和石灰岩
砂岩 砂质页岩 不坚固的砂岩和石灰岩 页岩、致密泥质岩
软页岩 无烟煤 致密粘土、软质煤岩 浮石、凝灰岩
—
2.2.3 爆破漏斗等综合分级
东北大学在上世纪80年代提出的岩石爆破性分级的判据，是在考虑爆破 材料、参数、工艺等一定的条件下进行现场爆破漏斗试验和声波测定所获得 的，通过计算出岩石爆破性指数，综合评价岩石的爆破性，并进行岩石爆破 性分级。
表2-1 几种典型岩石的物理力学特性
2.1.1岩石的结构构造
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。
岩石中矿物的结晶程度，晶粒大小，晶体形状及其之间的组合关系， 结构决定了岩石内部的连接情况，直接影响岩石的物理力学性质。
一般矿物晶粒愈细，愈致密，强度越大，凿爆越难，沉积岩还与胶 结成分有关；硅质，泥质不同，硅质页岩与炭质页岩不同。变质岩的组 分和结构与变质程度有关，一般变质程度高、致密的变质岩比较坚固， 较难爆破，反之则易爆破。
K1—大块率（＞30 cm），% ； K2—平均合格率，%； K3—小块率（＜5 cm），% ； (ρC)—岩体波阻抗，KPa ； e—自然对数之底。
（1）测定方法
①爆破漏斗与块度的测定
②声测法
（2)岩石爆破性指数
根据爆破漏斗体积、大块率、小块率、平均合格率和岩体波 阻抗的大量数据，运用数理统计的多元回归分析，通过计算机运 算，最终求得岩石爆破性指数 N
Nlne67.22.K17.42(1.01)( C)2.03
式中:V—岩石爆破漏斗体e积38，.44V m3K；21.89K34.75
表2-3 普氏分级与苏氏分级(爆破性)的对比参考表
普氏分级 坚固性 等 坚固程度 系数 f 级
20 Ⅰ 最坚固
18
15 Ⅱ 很坚固
12
10
Ⅲ
坚固
8 Ⅲa
6
Ⅳ 相当坚固
5 Ⅳa
4 3
Ⅴ Ⅴa 中等
2 1.5
Ⅵ Ⅵa 相当软弱
1.0 0.8
Ⅶ Ⅶa
软弱
0.6 Ⅷ 土质
0.5 Ⅸ 松散
0.3 Ⅸ 流沙
爆破性
第2章 岩石力学性质与分级
2.1 影响岩石凿岩爆破性的因素 2.2 岩石凿岩爆破性的判据和分级 2.3 岩石的可钻性 2.4 可钻性与磨蚀性的关系
本章内容提要
岩石和矿岩是工程爆破的工作对象。要有效地开展工程爆 破工作，必须先了解岩石的基本性质，主要是与工程爆破有关 的物理性质和力学性质，同时 要掌握工程爆破中岩石性质的 表达方式—岩石的分级。
最难爆
很难 难
中上等 中等
中下等 易爆
不用爆
苏氏分级
二号硝铵炸药
等级
单耗 q （kg/m3）
1
8.3
2
6.7
3
5.3
4
4.2
5
3.8
6
3.0
7
2.4
8
2.0
9
1.5
10
1.25
11
1.0
12
0.8
13
0.6
14
0.5
15
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16
0.3
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代表性岩石
致密微晶石英岩 极致密无氨化物石英岩 最致密石英岩和玄武岩 极致密安山岩和辉绿岩
2.1 影响岩石凿岩爆破性的因素
凿岩性岩石在钻孔中表现出的抵抗钻头等机械作用而破坏的性 质，爆破性则是指岩石在爆破作用下表现出的性质。
岩石自身物理力学性质在凿岩爆破工艺中的综合反映，影响着 整个凿岩爆破效率和效果，通常可以用岩石的单一物理力学指标来 表示。
影响岩石凿岩爆破性的主要因素: ①岩石本身的物理力学性质（见表2-1）。 岩石密度、孔隙性、碎胀性、弹性、岩石的坚固性、岩石的裂隙 性等。 ②炸药性质、钻头结构和凿岩爆破工艺等外在因素。 钻孔工艺、钻具特性、炸药类型、爆破参数等。
表2-2 几种岩石动、静载强度试验结果
2.2 岩石凿岩爆破性的判据和分级
岩石分级是按照岩石作业工艺，从量上分别对岩石进行分级，为设计、 生产、管理和研究部门提供科学依据。
2.2.1 普式岩石坚固性分级
早在1926年前，普氏提出了用岩石试块七项指标的平均值来表征岩石 的坚固性。发展到现在还有一个指标——岩石试块的静载极限抗压强度有意 义,但单位由原来的公斤米制变为牛米制，所以现在的普氏岩石坚固性分级 实质已经不是原来普氏的分级，而是岩石单轴抗压强度（牛米制单位）的换 算值，即普氏系数 f。根据 f值将岩石分为10级， f值大，则难钻岩、难爆 破、岩石稳定，反之， f值小，则易钻岩、易爆破、岩石不稳定。