岩石破碎力学作业
超千米深井极松散破碎岩体岩石力学试验与岩体质量评价
ＳｅｒｉａｌＮｏ．６２０Ｄｅｃｅｍｂｅｒ．２０２０现 代 矿 业ＭＯＤＥＲＮＭＩＮＩＮＧ总第６２０期２０２０年１２月第１２期 “十三五”国家科技支撑计划项目（编号：２０１６ＹＦＣ０６００８０３）。
刘允秋（１９８８—），男，工程师，博士研究生，２４３０００安徽省马鞍山市。
超千米深井极松散破碎岩体岩石力学试验与岩体质量评价刘允秋１．２ 修国林３ 张玉华３ 徐永文４ 李官兵４ 徐景阁４ 于向波４李正灿４ 肖益盖２ 尹 裕２ 潘 健２ 郭振鹏２ 井立祥２（１．中国矿业大学；２．中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司；３．山东黄金集团有限公司；４．山东黄金矿业（鑫汇）有限公司） 摘 要 山东黄金矿业鑫汇金矿新主井－１０７０ｍ中段在掘进施工过程中遇断层破碎带，由于该处埋深超千米，地应力显现严重且围岩极其松散破碎导致工程变形较大，井下现场支护难度极大。
为了获取鑫汇金矿岩石力学参数，为后期井巷工程掘进支护参数设计提供数据支撑，对该矿开展了岩石力学试验和岩体质量分级评价，通过实验室试验获得了岩石密度、抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角参数取值，最终判定该处岩体为极破碎岩体无自稳能力，岩体基本质量分级为Ⅴ级。
关键词 超千米深井 松散破碎岩体 岩石力学 岩体质量ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４ ６０８２．２０２０．１２．０２２ 山东黄金矿业鑫汇金矿［１ ３］矿区位于山东省平度市大庄子村东—西王埠庄一带，鑫汇金矿新主井－１０７０ｍ中段局部运输巷道和井底车场在掘进施工过程中，遇极松散破碎岩体，由于变形工程埋深较大，地应力显现严重且围岩极其松散破碎。
前期通过水文地质调查分析，该破碎带处于大庄子—王埠断裂带，岩体以绿帘石和大理岩为主，岩石极其松散破碎，裂隙面十分发育，完整性极差。
为了获取鑫汇金矿岩石力学参数，为新主井－１０７０ｍ中段后期井巷工程掘进支护参数设计提供数据支撑，本研究对该矿开展了岩石力学试验和岩体质量分级评价。
松动爆破的概念
松动爆破的概念
松动爆破是一种常用的岩石爆破方法，它是在准确的计算和估计岩石破裂的力学参数的基础上，通过爆炸产生临时性岩石挠度超过弹性极限，使岩石发生裂纹和破碎的一种爆破方法。
它适用于煤矿、金属矿山、非金属矿山等矿山和工程建筑领域中的岩石爆破作业。
松动爆破的原理是利用爆炸波的冲击力和压力波对岩石形成的应力状态进行破坏的过程。
爆炸中的能量是以高速气体体积膨胀的形式释放出来的，产生了强大的振动波，从而使岩石颗粒发生瞬时的位移和变形，形成了新的应力状态。
当振动波的幅度超过了岩石的剪切破裂应力时，岩石就发生了裂纹，从而形成了破碎区。
而松动爆破则是在裂纹的作用下使岩石颗粒分离，形成了可爆破体积和破碎堆积。
松动爆破有以下几个主要特点：
1.破碎效率高
松动爆破利用爆炸作用直接破坏岩体，因此破碎速度快、效率高，适用于要求大量挖掘的工程建设领域。
2.环保节能
相比传统破碎方法，松动爆破不需要额外的能源消耗，同时由于岩石
破碎后生产的颗粒大小适中，对环境的影响较小，符合可持续发展的需求。
3.安全性高
松动爆破先对爆破区域进行精确计算和评估，以确保安全，只有在确保无人员和设备存在的情况下再进行爆破作业，因此安全性高。
4.使用范围广
松动爆破适用于各种类型的矿山和建筑工地场地，可以针对不同类型的岩石进行爆破，可以满足不同的工程需要。
总而言之，松动爆破是一种有效的岩石爆破方法，具有快速、高效、环保、安全等优点，适用范围广泛。
在使用中需要注意严格遵守国家安全标准，以保证人员和设备安全。
岩石的力学性质及其与钻头破碎机理的关系
岩⽯的⼒学性质及其与钻头破碎机理的关系岩⽯的⼒学性质及其与钻头破碎机理的关系体会：Ⅰ、钻头⼀般破岩过程：压⼊剪切⽛轮：（1）主要⽅式—冲击、压碎，作⽤来源：①静压，②冲击载荷（⽛齿交替接触井底）；（2）剪切作⽤，来源：①⽛齿吃⼊地层，楔形⾯对岩⽯的正压⼒与摩擦⼒合⼒，②主要来源：⽛轮滚动的同时产⽣⽛齿相对地层的滑动。
刮⼑：主要⽅式—剪切，辅以研磨和压碎PDC：主要⽅式—剪切，辅以研磨和压碎[1]P19:刮⼑和PDC钻头破岩是压⼊和剪切综合作⽤的结果，从⽽是破岩所需的纵向压⼒⼤⼤减⼩。
试验证明⼤约只相当于静压⼊破岩的1/6---1/4。
Ⅱ、可利⽤研磨性理论的⼀些结论解释如下现象：相对于泥岩，砂岩表⾯粗糙度⾼，摩擦⼒⼤，所以：PDC钻头钻遇砂岩时扭矩呈现⾼频⾼幅振荡⽛轮钻头扭矩增⼤但仍呈钻遇泥岩是的平直状。
Ⅲ、PDC⼑翼数量对扭矩的影响⼑翼数越多，扭矩越平稳；越少，扭矩波动越⼤。
原因：⼑翼数少，⼑翼钻头周期性接触井底波动越⼤，从⽽导致扭矩波动⼤。
实例：克深202井钻吉迪克第三套砂砾岩层，采⽤6⼑翼PDC，钻压10--12t，扭矩曲线平直；下部泥岩段，钻压10--12t，扭矩波动⼤11—16KN.m，扭矩曲线呈⾼频振荡。
地层可钻性分级、梯度规律地层可钻性梯度规律[3]①地层埋深越深越难钻，②年代越⽼越难钻由以下实例可知：地层可钻性梯度规律受埋深压实和成岩年代两种因素控制。
体会：浅部地层不存在特别难钻的地层。
如⼤北202井1324～3900m井段，对纯岩性地层钻时⼀致，含少量的砾⽯即可导致钻时上升。
3496.46～3783.23m 采⽤95/8″Power-V +16″M1665SSCR PDC 3685～3706m为褐⾊泥岩，钻时31～43min/m；3715～3723m为褐⾊含砾泥岩和含少量（5%左右）砾的褐⾊泥岩，钻时51～103min/m。
例：济阳凹陷①地层埋深越深越难钻，②年代越⽼越难钻古⽣界奥陶系地层，虽然由于造⼭运动上升⾄1800～2000m，但其平均可钻性为6.09，其深度与东营组相当，但其平均Kd值却⽐东营组⾼1倍多。
岩土爆破课件ppt
根据爆破需要，精确计算炸药用量，避免 因炸药过多或过少引起的安全事故。
设立安全警戒区
培训专业爆破人员
在爆破作业区域设立明显的警戒标志，禁 止非工作人员进入，确保人员安全。
对参与爆破作业的人员进行专业培训，确 保他们具备相应的技能和知识，能够安全 、有效地完成爆破任务。
岩土爆破对环境的影响
空气污染
爆破过程中会产生大量 粉尘和有害气体，对周
静态破碎技术是指利用静态力使岩石产生裂纹，再通过爆破剂使 裂纹扩展，从而达到破碎岩石的目的。
应用场景
适用于岩石的破碎和拆除，特别是对周围环境有严格要求的情况 。
技术特点
安全可靠、无噪声、无振动、无飞石，但施工周期长，需要使用 专门的静态破碎设备和药剂。
其他岩土爆破技术
定向爆破
利用炸药在特定方向上产生破碎力的技术，适用于大规模的岩石开 挖和拆除。
边空气造成污染。
噪音污染
爆破作业会产生巨大的 爆炸声，对周边居民和
动物造成噪音干扰。
振动影响
爆破产生的振动可能会 对周边建筑、道路、桥
梁等设施造成影响。
水体污染
爆破过程中产生的废水 可能对周边水体造成污
染。
岩土爆破的环保措施与标准
粉尘控制
采取喷雾、洒水等措施减少粉尘的产生和扩散，同时对产生的粉尘进 行清理和回收。
破裂扩展
破裂扩展是岩土爆破的重要过程， 它涉及到岩石和土壤的破裂和位移 。
能量转化
岩土爆破过程中，化学能转化为机 械能，导致岩石和土壤的破碎。
岩土爆破的化学原理
炸药反应
炸药在起爆后发生化学反应，产生大量的热能 和气体。
爆炸气体生成
炸药反应产生大量的气体，这些气体在封闭环 境中形成高压。
《高等岩石力学》作业习题
《岩石力学》习题一、岩体分级（1）取直径为50mm 、长度为70mm 的标准岩石试件，进行径向点荷载强度试验，测得破坏时的极限荷载为4000N ，破坏瞬间加荷点未发生贯入现象。
试确定岩石的单轴抗压强度c R 。
（2）测得某中等风化花岗岩体的压缩波速s m v pm /2777=，剪切波速s m v s /1410=；已知相应岩石的压缩波速s m v pr /5067=，剪切波速s m v s /2251=，重度3/3.22m kN r =。
岩石饱和单轴抗压强度MPa R c 40=，根据《工程岩体分级标准》（GB50218-94），该岩体的基本质量级别为几级？（3）某工程岩体，已测得岩石点荷载强度指标5.2)50(=s I ，岩石的压缩波速s km /6.6，岩体的压缩波速s km /1.4，根据《工程岩体分级标准》（GB50218-94），该岩体的基本质量级别为几级？二、岩石强度（4）自地表向下的岩层依次为：表土层，厚m H 601=，容重31/20m KN =γ，内摩擦角 301=φ，泊松比3.01=μ；砂岩层，厚m H 602=，容重32/25m KN =γ，内摩擦角 452=φ，泊松比25.02=μ。
求距地表m 50及m 100处的原岩中由自重引起的水平应力。
（5）将岩石试件进行一系列单轴试验，求得抗压强度的平均值为0.23MPa ，将同样岩石在0.59 MPa 的围压下进行一系列三轴试验，求得主应力的平均值为2.24 MPa . 请你在Mohr 图上绘出代表这两种试验结果的应力圆，确定其内摩擦角及粘结力.（6）某均质岩石的强度曲线为： 30,40,tan ==+=φφστMPa c c 其中. 试求在侧向围岩应力MPa 203=σ的条件下，岩石的极限抗压强度，并求出破坏面的方位.（7）将一个岩石试件进行单轴试验，当其压应力达到27.6MPa 时即发生破坏，破坏面与最大主应力作用面的夹角为60º. 假设抗剪强度随正应力呈线性变化，试计算：①内摩擦角；②破坏面上的正应力和剪应力；③在正应力等于零的那个平面上的抗剪强度； ④在上述试验中与最大主应力作用面的夹角为30º的那个平面上的抗剪强度。
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。
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。
岩石力学-实验报告 (1)
岩石力学-实验报告《岩石力学》综合复习资料一、填空题1、岩石的抗拉强度是指。
可采用方法来测定岩石的抗拉强度，若试件破坏时的拉力为p，试件的抗拉强度为σ，可用式子表示。
2、在加压过程中，井眼的切向或垂向的有效应力可能变成拉应力，当此拉应力达到地层的时，井眼发生破裂。
此时的压力称为。
当裂缝扩展到倍的井眼直径后停泵，并关闭液压系统，形成，当井壁形成裂缝后，围岩被进一步连续地劈开的压力称为。
如果围岩渗透性很好，停泵后裂缝内的压力将逐渐衰减到。
3、在钻井中，岩石磨损与其相摩擦的物体的能力称作岩石的，表征岩石破碎的难易程度的称作岩石的。
4、垂直于岩石层面加压时，其抗压强度，弹性模量；顺层面加压时的抗压强度，弹性模量。
5、在单向压缩荷载作用下，岩石计试件发生圆锥形破坏的主要原因是。
6、岩石蠕变应变率随着湿度的增加而。
7、一般可将蠕变变形分成三个阶段。
第一蠕变阶段或称；第二蠕变阶段或称；第三蠕变阶段或称。
但蠕变并一定都出现这三个阶段。
8、如果将岩石作为弹性体看待，表征其变形性质的基本指标是和。
9、随着围压的增加，岩石的破坏强度、屈服应力及延性都。
10、为了精确描述岩石的复杂蠕变规律，许多学者定义了一些基本变形单元，它们是、、。
将这些变形单元进行不同的组合，用以表示不同的变形规律，这些变形模型由、、。
11、在岩体中存在大量的结构面（劈理、节理或断层），由于地质作用，在这些结构面上往往存在着软弱夹层；其强度。
这使得岩体有可能沿软弱面产生。
12、岩石的力学性质取决于组成晶体、颗粒和之间的相互作用以及诸如的存在。
13、在三轴不等压情况下，随着最小主应力σ3的增加，岩石的破坏强度及延性，屈服应力。
二、选择题1、劈裂试验得出的岩石强度表示岩石的a抗压强度b抗拉强度c单轴抗拉强度d剪切强度2、岩石的吸水率指a岩石试件吸入水的重量和岩石天然重量之比b岩石试件吸入水的重量和岩石干重量之比c岩石试件吸入水的重量和岩石饱和重量之比d岩石试件岩石天然重量和岩石饱和重量之比3、已知某岩石的饱水状态与干燥状态的抗压强度之比为0.72，则该岩石a软化性强，工程地质性质不良b软化性强，工程地质性质较好c软化性弱，工程地质性质较好d软化性弱，工程地质性质不良4、当岩石处于三向应力状态且比较大的时候，一般将岩石考虑为a弹性体b塑性体c弹塑性体d完全弹性体5、在岩石抗压试验中，若加荷速率增大，则岩石的抗拉强度a增大b减小c不变d无法判断6、在岩石的含水率试验中，试件烘干时应将温度控制在a95-105℃b100-105℃c100-110℃d105-110℃7、在缺乏试验资料时，一般取岩石抗拉强度为抗压强度的a1/2-1/5b1/10-1/50c2-5倍d10-50倍8、某岩石试件的相对密度ds=2.60，孔隙比e=0.05，则该岩石的干密度ρd为a2.45b2.46c2.47d2.489、下列研究岩石弹性、塑性和粘性等力学性质的理想力学模型中，哪一种被称为凯尔文模型a弹簧模型b缓冲模型c弹簧与缓冲器并联d弹簧与缓冲器串联10、岩石的割线模量和切线模量计算时的应力水平为aσb/2bσc/2cσddσ50三、判断改错题1、根据库伦——纳维尔破坏准则破裂面外法线方向与最大主应力之间的夹角为452、岩石抗压强度实验要求岩心轴径比小于2。
年岩土力学作业答案
岩土力学作业四说明：本次作业对应于文字教材10至12章，应按相应教学进度完成。
一、填空题（每空1分，共计30分）1．把由于洞室围岩的变形和破坏作用而作用在支护或衬砌上的压力称为山岩压力2．山岩压力的影响因素除岩石性质外，还应考虑洞室的形状和大小，地质构选，支护的形式和刚度、洞室深度、时间、施工方法等因素。
3.地下工程岩体稳定性影响因素主要有岩土性质、岩体结构与地质构造、地下水、地应力及地形等。
4．岩基的极限承载力，就是指岩基所能负担的最大荷载(或称极限荷载) 。
5．脆性围岩的变形破坏类型有张裂坍落、劈裂、剪切滑动或破坏、岩爆、和弯折内鼓。
6．大坝失稳的形式主要有：表层滑动破坏、深层滑动破坏、混合滑动破坏。
7. 由于岩体变形而对支护或衬砌的压力，称为变形压力；将由于岩体而对支护或衬砌的压力，称为松动压力。
8. 在中等质量的岩石中，洞室围岩的变形较大。
由于洞室围岩的应力重分布需要一定的时间，所以在进行支护或衬砌以后围岩的变形受支护或衬砌的约束，于是产生山岩压力。
9. 在整体性良好，裂隙节理不发育的坚硬岩石中开挖洞室，开挖结束后，围岩的弹性变形就完成。
若在此后进行支护，支护上没有山岩压力。
这种支护主要是用来防止岩石的风化以及剥落碎块的掉落。
10.无裂隙围岩的应力计算方法有内应力分配法和抗力系数法。
二、判断题（每小题2分，共计10分）1 .求解山岩压力的计算理论中，太沙基理论把岩体假定为散粒体。
（√）2．由于洞室围岩的变形和破坏而作用于支护或衬砌上的压力称为围岩压力（×）3．围岩处于塑性变形状态时，洞室埋置愈深，山岩压力愈大。
（√）4．开挖洞室的影响范围是6倍洞直径。
（×）5. 洞室的形状相同时，围岩压力与洞室的尺寸无关。
（√）三、问答题（每小题5分，共计20分）1.简述地下洞室开挖引起的围岩应力重分布及其规律1.答：地下洞室开挖引起的围岩应力重分布及其规律:未开挖前岩体内均为压应力,所以每点均处于挤压状态.地下开挖后洞室周围岩体就向洞室这个空间松胀,松胀方向沿着半径指向洞室中心,围岩松胀后洞壁上的径向应力为零.在离开洞堕的一定距离处,松胀已经很小,基本上没有松胀,在该处的径向应力与原来未开挖的初始应力相等.洞室围岩中的切向应力则有相反的变化规律:越接近洞壁的圆,径向移动就越大(其切向应力增加值越大);而越深入围岩内部的圆,其径向移动越小(其切向应力增加值越小).2．何为山岩压力？按其成因可分为哪几类？各自用什么方法确定？2．答：把由于洞室围岩的变形和破坏而作用在支护或衬砌上的压力称为山岩压力。
工程爆破中的岩石力学性质与分级
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。
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。
（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
N
ln
e67.22.K17.42 (1.01)(C)2.03
e K K 38.44V 1.89 4.75
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。
《岩石力学》期末考试练习题七套
《岩石力学》练习题一1. 解释下列术语（每小题4 分，共28 分）1. 岩石的三向抗压强度岩石在三向同时受压时每个单向分别的强度极限2. 结构面具有一定形态而仇普遍存在的地质构造迹象的平面或曲面。
不同的结构面，其力学性质不同、规模大小不一。
3. 原岩应力岩石在地下未受人类扰动时的原始应力状态4. 流变在外力作用下，岩石的变形和流动5 岩右白勺方卒月长'性岩石破碎后的体枳vp 比原体积v 增大的性能称为岩石的碎胀性，用碎胀系数g 来表示。
6 . 蠕变岩石在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象7 . 矿山压力地下矿体被开采后，其周围岩体发牛了变形和位移，同时围岩内的应力也增人和减小，甚至改变了原有的性质。
这种引起围岩位移的力和岩体变化后的应力就叫矿山压力。
二、简答题（每小题7 分，共42 分）1.岩石的膨胀、扩容和蠕变等性质间有何异同点？都是岩石形状改变的一种类型，膨胀和扩容时岩石的体积会增大，扩容和蠕变时需要受力2.岩体按结构类型分成哪几类？各有何特征？整体块状层状碎裂散体3. 用应力解除法测岩体原始应力的基本原理是什么？4. 格里菲斯强度理论的基本要点是什么?5．在不同应力状态下，岩石可以有几种破坏形式? 压缩破坏拉伸破坏剪切破坏6．喷射混凝土的支护作用主要体现在哪些方面？喷射混凝土的厚度是否越大越好？为什么？1．将一岩石试件进行三向抗压试验，当侧压o 2 二o 3 =300kg/cm J吋，垂直加压到2700kg/cm 2 试件破坏，其破坏面与最大主平面夹角成60 。
,假定抗剪强度随正应力呈线性变化。
试计算：(1) 内磨擦角©；(2) 破坏面上的止应力和剪应力；(3) 在止应力为零的那个面上的抗剪强度；(4) 假如该试件受到压缩的最大主应力和拉伸最小主应力各为800kg/cm 2 , 试用莫尔园表示该试件内任一点的应力状态？(本题20 分)2 、岩体处于100m 深，上部岩体的平均容重y=2.5T/M\ 泊松比u=0.2,自重应力为多少？当侧压力系数为 1.0 时，口重应力为多少？(本题10分)《岩石力学》练习题二一、根据你口己的理解，给下列术语赋予定义(每个词 2 分，共20分)1．真三轴压缩实验:岩石的一种三轴压缩试验，实验时ol>o2>a32. 塑性破坏岩体在外力作用下，出现明显塑性变形后的破坏称为塑性破坏3．各向同性体：物理、化学等方面的性质不会因方向的不同而有所变化的物体4. 原生结构面：岩石在成岩阶段形成的结构面5. 残余变形：岩石在荷载时产主变形，卸荷载后变形只能部分恢复，不能恢复的那一部分变形称残余变形6. R 、Q 、D 指标7. 空壁应变法8. 应力变化系数9. 膨胀地压岩石由于浸水等原因导致体积膨胀增大所带來的地压10. 采场顶板弯曲带二、冋答下列问题（每小题 5 分，共40 分）1. 什么是莫尔一库仑准则？均质岩石中的剪切破坏是否发生在剪切应力最大的面上？2. 根据格里菲斯强度理论的基本观点，岩石中裂纹的扩张方向与裂纹延展方向有什么关系？与最大主应力方向有什么关系？3. 对于含有一组节理的岩体，单轴加压方向连续变化，岩体强度会发生怎样的变化（可绘图辅助说明）？4. 坚硬致密的岩体与节理裂隙极其发育的岩体处于构造形迹埋藏深度岩石类型及上履岩层的容重均相同的条件下，它们的原岩应力是否相同？为什么？5. 圆形和椭圆形断面巷道的围岩应力分布有何特点（与折线形和比）？6. 围岩塑性区范围的大小与支架支护反力间有怎样的关系？7. 从维护围岩稳定的角度出发，怎样选择巷道的位置？& 常用的采空区处理方法有哪几种？各有哪些优缺点？三、有一横推断层，走向东西，北侧向动移动，试用莫尔强度理论确定形成断层吋的最大主应力的大致方向（绘图说明）。
破碎的物理学原理与工艺流程
破碎的物理学原理与工艺流程破碎物理学原理粉碎物理学是在传统的粉碎原理———岩石的机械力学基础上发展起来的，视野更加开阔，对生产的指导意义更加突出。
在传统的粉碎原理中，岩石的机械力学主要考虑两个方面：一是岩矿的物理性质（岩石的结构和构造、孔隙度、含水率和硬度、密度、容重及碎胀性）与其被粉碎的难易程度的关系；二是岩矿在外力作用下，因其性质和载荷大小、速度的不同，发生弹性形变和塑性形变直至粉碎的相关规律。
粉碎物理学则大大地扩大了其研究的范围，也更逼近于粉碎的实际过程。
主要方面有：单颗粒粉碎与料层粉碎，选择性破碎，粉碎极限等。
1.单颗粒粉碎单颗粒粉碎是粉碎技术的基础。
1920年格里菲思提出了强度理论。
在理想情况下，如果施加的外力未超过物体的应变极限，则物体又会恢复原状而未被破碎，但由于固体物料内部存在着许多细微裂纹，将引起应力集中，致使裂纹扩展。
这一理论一直统治着固体单颗粒粉碎机理的研究。
舒纳特于20世纪80 年代中期，归纳了应力状态与颗粒的关系，如图1-9所示，并指出，有关材料特性可分为两类：第一类是作为反抗粉碎阻力参数，第二类是应力所产生的结果参数。
这两类参数不是从熟悉的材料特性（如弹性模数、抗拉强度、硬度等）引导出来的，它们包括有：（1）阻力参数：颗粒强度、断裂能、破碎概率、单面表面的反作用力、被破碎块的组分、磨碎阻力。
（2）结果参数：破裂函数（破碎产物的粒度分布）、表面积的增大、能量效率；材料特性与被粉碎物料结构及载荷条件———物料种类、产地和预处理方法；颗粒强度、形状、颗粒的均匀性；载荷强度、载荷速度、载荷次数、施加载荷的工具形状和硬度、湿度等。
舒纳特等人对此进行了较全面的研究，推进了单颗粒粉碎理论的发展。
2.料层粉碎料层粉碎有别于单颗粒粉碎。
单颗粒粉碎是指粒子受到应力作用及发生粉碎事件是各自独立进行的，即不存在粒子间的相互作用。
而料层粉碎是指大量的颗粒相互聚集，彼此接触所形成的粒子群受到应力作用而发生的粉碎现象，即存在粒子间的相互作用。
岩石破碎过程的颗粒力学模型建立与优化
岩石破碎过程的颗粒力学模型建立与优化岩石破碎是岩石力学中一个重要的研究领域，对于地质工程、地震学以及岩土工程等领域具有重要的理论和实际意义。
在实际工程中，岩石的破碎过程对于工程结构的稳定性和安全性有着直接影响。
因此，建立和优化岩石破碎过程的颗粒力学模型是一个具有挑战性和前景广阔的课题。
一、引言在地质学中，岩石是由多个颗粒组成的固体物质。
当外界作用力超过岩石内部结构所能承受的极限时，会引起岩石发生断裂和变形，即发生了岩石的破碎过程。
因此，建立一个能够描述和预测岩石在外界作用力下发生断裂和变形行为的模型具有重要意义。
二、传统力学模型传统上，在描述固体材料断裂行为时常使用连续介质力学模型或弹性理论模型。
然而，在描述固体材料微观结构变化时这些模型存在一定局限性。
由于连续介质力学模型和弹性理论模型无法考虑颗粒间的相互作用和颗粒间的断裂特性，因此无法准确描述岩石破碎过程。
三、颗粒力学模型的建立为了更准确地描述岩石破碎过程，学者们开始尝试建立颗粒力学模型。
颗粒力学模型是一种离散元方法，它将岩石看作是由大量微观颗粒组成的离散体系。
每个微观颗粒都具有一定的质量、形状和相互作用力。
通过对每个微观颗粒进行运动和相互作用的数值模拟，可以得到岩石在外界作用下发生断裂和变形的过程。
在建立颗粒力学模型时，需要考虑以下几个关键因素：首先是微观结构特征。
不同类型的岩石具有不同的微观结构特征，例如晶体结构、孔隙度等。
其次是相互作用力。
岩石内部各个微观颗粒之间存在着各种各样的相互作用力，包括弹性力、摩擦力等。
最后是外界作用力。
外界作用力是导致岩石破碎的主要原因，因此需要准确地描述外界作用力对岩石的影响。
四、颗粒力学模型的优化建立颗粒力学模型是一个复杂而困难的过程，需要对模型进行优化。
优化的目标是使得模型能够更准确地描述岩石破碎过程。
在进行模型优化时，需要考虑以下几个方面：首先是参数选择。
颗粒力学模型中存在大量参数，如颗粒质量、形状、相互作用力等。
静态岩石分裂爆破施工专项方案
静态岩石分裂爆破施工专项方案（土石方开挖补充方案）一、工程概况1、工程概况本工程位于滕州市高铁新区东沙河镇（张洼村庄和万年村），拟建的宫河前街以东，朝阳街（拟建）以北，宫河路（拟建）以西，上宫街（拟建）以南；建设用地面积48219㎡，总建筑面积为156463㎡，其中地上建筑面积为120710㎡，地下建筑面积为35753㎡；由1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#住宅楼及地下车库组成，住宅位于庭院四周，中庭为地下车库，各栋楼基坑单独成立，中庭地下车库将各栋楼基坑连接在一起，整个基坑开挖深度约2.0—3.4m，中庭地下室车库面积约18800㎡。
住宅1#、8#、9#楼为地下2层、地上26层，2、3、4、5#楼为地下2层、地上20层，6#、7#楼为地下2层、地上22层；总高度分别为77.2m、59.6m、63.8m；1#～5#楼临街面的1-2层为商业层，3层以上为住宅；主体为现浇框架剪力墙结构。
基础为筏板基础；标准层高为 2.9m，耐火等级Ⅰ级。
地下车库按防火要求设5个防火分区，结构为框架结构，周边为剪力墙维护；基础为筏板基础，层高为4.2m。
耐火等级Ⅱ级。
2、地质地貌特点1)、地层结构及岩土物理力学性质本次勘察最大孔深25.00米，依据野外鉴别及室内土工试验，按地基土的成因类型、地质特征将本场地地基土划分为三层，现由上至下分述如下：①耕土（Q4ml）黄褐色，松散。
以粘性土为主，含大量植物根系及虫孔等，在34#、35#、44#及46#钻孔分布为素填土。
本层全区分布，厚度0.20～1.30米，平均0.40米；层底标高80.01～82.66米，平均81.37米；层底埋深0.20～1.30米，平均0.40米。
②粘土（Q4al+pl）褐黄色～棕黄色，硬塑。
切面稍光滑，韧性稍高，干强度稍高，含少量铁锰结核。
局部含少量碎石及小姜石。
本层除30#钻孔缺失外全区分布，厚度0.20～5.40米，平均1.42米；层底标高75.36～82.46米，平均79.92米；层底埋深0.40～5.70米，平均1.82米。
PDC钻头破碎岩石机理分析
PDC钻头破碎岩石机理分析作者：韩婧来源：《中小企业管理与科技·上旬刊》 2015年第8期韩婧吉林大学建设工程学院吉林长春130026摘要：随着我国经济的发展与人口的增长，对地下资源和矿产资源的消耗量日益增加，钻探工程的工作量也逐渐增大，因此在钻探中所消耗的岩石破碎的费用和材料损耗的费用也相当庞大，因此研究岩石破碎机理是必要的。
本文简要分析了金刚石-复合片钻头（简称PDC）在单个力作用下的受力情况和PDC 钻头破碎岩石的机理。
关键词：PDC 钻头；破碎岩石机理1 金刚石-硬质合金复合片的概念及发展问题金刚石-硬质合金复合片简称PDC，是一种新型的超硬材料，通过在硬质合金底上烧结一层细粒的人造聚晶金刚石形成，不仅具有金刚石的硬度和高耐磨性，还体现出硬质合金的韧性，可以作为单独的切削单元使用，同时随着PDC 钻头的进步，在一些钻探中已经得到推广。
在实际的钻探过程中，破碎岩石的工具的磨损是机械碎岩中的最大问题，特别是在遇到岩石抗压强度大于150 兆帕的地层，机械破岩工作很难进行，因此钻探工程必须对破碎岩石的工具进行强化，通过改变其形状和材料改善工具性能，也要深入了解破碎岩石的机理，将岩石性质、地层特征、外载条件、碎岩工具的性质等结合起来，从根本上解决问题。
2 单个PDC 与岩石作用的受力分析在PDC 钻头的形成工艺中，需要将PDC 片斜镶入钻头胎体中，因此，PDC 钻头在钻进过程中，其受力方向是斜向压入的，从而破碎岩石。
设一个斜镶的圆柱体PDC 只受到法向力F 的作用，并且垂直压入弹性岩石的半空间体中，将圆柱体的半径设为R，D 为圆柱体的压入深度，兹为切入角，是弹性体表面与PDC 轴向的夹角，如图1 所示。
从图中的PDC 切片的压入情况来看，压头的几何形状相对复杂，为了使得计算相对简单，可以将F1 分解为两个部分，一部分是圆柱体面压入岩石的压力FN1，另一部分是圆柱体底面压入的压力FN2，根据圆柱体的接触情况分析，分别对接触压力FN1，FN2 进行求解，求得在FN1方向上的最大压入深度是，圆柱面的最大的接触区域的长度CD为。
【东大】21春学期《岩石力学》在线作业3满分答案
【东大】21春学期《岩石力学》在线平时作业3
提示：认真复习课程知识，并完成课程作业，本资料仅供学习参考！！
一、单选题 (共 15 道试题,共 75 分)
1.构造应力的作用方向为（）。
【A项.】铅垂方向
【B项.】近水平方向
【C项.】断层的走向方向
【D项.】倾斜方向
[此题为必答题，请从以上选项中选择您认为正确的答案]
参考选项是:B
2.岩石破坏类型由剪应力引起的是（）
【A项.】劈裂
【B项.】剪断
【C项.】单轴拉断
【D项.】崩落
[此题为必答题，请从以上选项中选择您认为正确的答案]
参考选项是:B
3.工程岩石力学重点是研究工程活动引起的岩体重分布应力及在这种应力场作用下工程岩体的（）。
【A项.】变形和受力
【B项.】破坏和稳定性
【C项.】变形和稳定性
【D项.】稳定性
[此题为必答题，请从以上选项中选择您认为正确的答案]
参考选项是:C
4.按照格理菲斯强度理论，脆性岩体破坏主要原因是（）。
【A项.】受拉破坏
【B项.】受压破坏
【C项.】弯曲破坏
【D项.】剪切破坏
[此题为必答题，请从以上选项中选择您认为正确的答案]
参考选项是:A
5.在岩石单向抗压强度试验中，岩石试件高与直径的比值h/d和试件端面与承压板之间的摩擦力在下列哪种组合下，最容易使试件呈现锥形破裂。
（）
【A项.】h/d较大，摩擦力很小
【B项.】h/d较小，摩擦力很大
【C项.】h/d的值和摩擦力的值都较大
【D项.】h/d的值和摩擦力的值都较小
[此题为必答题，请从以上选项中选择您认为正确的答案]。
(完整版)《岩石力学》习题库及答案
练习题三、简答题：1、什么是全应力应变曲线？为什么普通材料试验机得不出全应力应变曲线？答：在单轴压缩下，记录岩石试件被压破坏前后变形过程的应力应变曲线。
普通材料实验机整体刚度相对较小，对试件施加载荷产生的反作用力将使实验机构件产生较大变形（弹性能储存），当岩石试件被压坏时，试件抗压能力急剧下降，致使实验机弹性变形迅速恢复（弹性能释放）摧毁岩石试件，而得不到岩石破坏后的应力应变曲线。
刚性实验机在施加载荷时，自身变形极小，储存的弹性能不足以摧毁岩石试件，因此可以得到岩石破坏后的应力应变曲线。
2、简述岩石在三轴压缩下的变形特征。
答：E、μ与单轴压缩基本相同；随围压增加——三向抗压强度增加；峰值变形增加；弹性极限增加；岩石由弹脆性向弹塑性、应变硬化转变。
3、按结构面成因，结构面通常分为几种类型？答：按成因分类有三种类型：①原生结构面——成岩阶段形成的结构面；②构造结构面——在构造运动作用下形成的结构面；③次生结构面——由于风化、人为因素影响形成的结构面。
4、在巷道围岩控制中，可采取哪些措施以改善围岩应力条件？答：选择合理的巷道断面参数（形状、尺寸），避免拉应力区产生（无拉力轴比）；巷道轴线方向与最大主应力方向一致；将巷道布置在减压区（沿空、跨采、卸压）。
5、地应力测量方法分哪两类？两类的主要区别在哪里？每类包括哪些主要测量技术？答：分为直接测量法和间接测量法。
直接测量法是用测量仪器直接测量和记录各种应力量。
间接测量法，不直接测量应力量，而是借助某些传感元件或某些介质，测量和记录岩体中某些与应力有关的物理量的变化，通过其与应力之间存在的对应关系求解应力。
直接测量法包括：扁千斤顶法、水压致裂法、刚性包体应力计法和声发射法等。
间接测量法包括：套孔应力解除法、局部应力解除法、松弛应变测量法、孔壁崩落测量法、地球物理探测法。
1．岩石的塑性和流变性有什么不同?答：塑性指岩石在高应力（超过屈服极限）作用时，产生不可恢复变形的性质。
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。
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激光钻井破岩技术摘要：随着钻井深度的增加和钻井成本的提高, 仅是通过利用新材料和改进设计来提高钻头的性能，以提高钻遇坚硬岩石地层时的钻速，加之旋转钻进方式依然是依靠高钻压、高扭矩、高转速来增大机械钻速，传统钻井工艺已经越来越不能满足石油工业的需要。
随着新技术的发展，新型破岩方式不断出现，其中包括水射流装置、电子束、空化射流、电气弧、等离子体和激光器等。
近年来激光破岩技术取得较大的发展，从钻井的速度、成本、安全系数等方面讲，激光钻井的优势都是传统钻井工艺所无法比拟的。
激光破岩技术将是钻井工艺突破现有钻深能力的途径之一，可能为传统的石油钻井、完井工艺带来一个全新的发展空间。
关键词：激光岩石破碎激光钻井Abstract: With the increasing depth of drilling and drilling costs increase, only through the use of new materials and improved design to improve the performance of drills to improve drilling hard rock formations when drilling rate, coupled with rotary drilling methods still rely on high WOB high torque, high speed to increase the ROP, the traditional drilling technology has become increasingly unable to meet the needs of the petroleum industry. With the development of new technologies, new ways emerging rock breaking, including water jet device, electron beam,cavitation jet, electric arc, plasma and lasers. In recent years, laser technology has made great rock breaking development, from drilling speed, cost, safety factor, etc. speaking, are the traditional advantages of laser drilling drilling technology can not match. Laser technology will be broken rock drilling technology beyond the current drilling depth capacity of one of the ways,which may be conventional oil drilling, well completion technology brings a whole new space for development.Keywords: laser laser drilling rock crusher1 激光破岩原理高能激光破岩是一种非接触式的物理化学破岩方法。
激光破岩的基本原理是，利用高能光束使岩石基质材料局部快速加热，由固态瞬间相变到热熔和气化状态，并形成气液固多相混合物，然后由高速辅助气流将其携走和排除[1]。
激光束照射在岩石的表面上，部分能量被反射，其余部分进入岩石内部并被吸收。
若激光束的能量密度足够大，岩石表面受激分子将会做无规则的剧烈热运动，从而形成局部的瞬时温升，使岩石基体材质的物性状态迅速变化，由高温、热熔变为液化，直至气化和蒸发。
在岩石受激辐射后发生固相、液相和气相的三相骤变过程中，以液相下的玻璃化温度状态的物性变化最具代表性。
受激辐射的岩石呈现玻璃化形态的时间，远长于气态的持续时间。
岩石表面材料的分子吸收激光光子的能量并将迅速变成热量，使基体材料高热、热熔和液化；由于有巨大的相变潜热存在，玻璃化温度形态的材料相当于一个高热的热核源。
该热核体内的部分材料进一步吸收热能后气化，随着辅助气流从上表面逸出；热核内的另一部分材料仍保持为玻璃化状态，储存着大量的热能，该热能要以一定的速率通过其侧表面向周围介质中扩散。
诱发岩石的进一步崩裂[2, 3]。
2 激光破岩的2 个发展阶段纵观激光破岩概念的产生、研究与发展, 它经历了小功率激光器的岩石切割阶段和大功率激光器的钻井破岩阶段。
2.1 激光切割岩石阶段( 1968 ~ 1994)激光破岩概念的产生可以追溯到1960 年美国科学家Maman C. M. 发明了世界上第1 台红宝石晶体激光器后，麻省理工学院Moavenzadeh F. ,McGarr y F. J，和加州大学Williamson R. B. 等人( 1968 年) 在第43 届SPE/ AIME 秋季年会上，联合提出的利用激光能量破碎岩石和钻井的设想。
当时的激光器功率小，输出能量较低；激光器产生的波长相对较长，较难聚焦，能量也不能传输到远离激光光源的地方，因而该设想没有用于石油钻探的岩石破碎，但在铁路、矿山和交通业隧道挖掘中坚硬岩石的加热软化和机械辅助破岩方面得到了应用[4]。
1971 年，美国联合飞机研究中心Carstens J.P. 和Brow n C. O. 等人利用连续CO2激光对花岗岩、石英岩和玄武岩等岩石成功地进行了室内切槽试验。
随后，激光切割岩石的方法在德、日和美等国建筑行业各类石材、混凝土等的切割和加工中得到广泛的工业化应用。
前苏联科学研究院Lebedev 物理研究所是军用大功率激光器的研究中心，曾在1969~1978 年间开展了激光与岩石相互作用的研究，当时的激光功率为0. 5~ 1. 0 kW, 后因资金缺乏而停止。
日本是一个地震发生频率较高的国家, 山体的潜在滑移危险性大。
日本地球物理研究所和东海大学利用激光破岩技术, 防止浅层地质钻探和建筑打桩作业中山岭滑坡和房屋倒塌事故, 取得了显著的成[3, 5]。
2.2 钻井破岩阶段( 1994 - )石油天然气勘探开发中的激光钻井破岩与矿山和建筑行业中的工作环境和技术要求迥然不同。
例如，激光钻井破岩的目标层深；光束的光斑尺寸大；井眼轨迹必须规则；井壁必须具有强的防坍塌和抗失稳性能；具有屏蔽强酸、强碱和有毒气体干扰的能力等。
另外，石油井下环境恶劣，空间尺寸小，对激光元器件的功率体积比、移动性和可靠性以及高能光束的远距离传输与控制，均有特殊的要求。
石油激光钻井破岩思想的提出，源于1994 年美国国会通过的“星球大战”计划中军用大功率激光器向工业界转化的议案。
上世纪70 年代末和80 年代初，以苏美两国为代表的东西方阵营的军事冷战进人“白热化”阶段, 美国加紧了“星球大战”所用的各类激光器的研制，促进了激光技术取得了迅速发展。
随着1991 年前苏联的政治解体和东西方对抗的结束，美国政府向工业界提出了授权转化冷战军事技术的计划，于是，激光钻井破岩技术被纳入美国能源部石油天然气勘探开发中重大战略新技术的议事日程。
1997 年, 美国能源部( DOE) 批准了芝加哥天然气研究院( Gas Research Institute，GRI) 和科罗拉多矿业学院( CSM) 联合提出的激光钻井计划。
该项目( GRI98/ 0163) 为期2年，旨在进行激光钻井破岩可行性方面的初步室内试验和基础理论研究。
美国GRI 和CSM 的室内试验研究结果表明：激光破岩与传统的转盘钻井技术相比，在提高机械钻速方面具有无可比拟的优越性；军用兆瓦级激光器能为4 500 m 井深钻井破岩提供足够的能量。
2000 年，美国能源部和国家能源技术实验室正式把激光钻井技术的研究列入美国石油天然气勘探开发中重大战略支撑技术的长期发展计划, 并继续支持天然气工艺研究院( Gas T echnolo gy Inst itute,GTI) 的新一轮激光钻井计划[6, 7]。
GT I 系由原芝加哥天然气研究院( GRI) 和芝加哥天然气工艺技术研究院( IGT ) 于2001 年联合组成。
第2 轮激光钻井计划( DE FC2600NT40917)项目分为3 个阶段进行实施，由天然气工艺研究院( GTI) 和科罗拉多矿业学院( CSM) 等6 家联合承担，旨在深入研究激光钻井破岩的基础科学理论、淹没环境下激光破岩的模拟试验、激光深井( 大于6 000 m) 破岩能力的评价、井下激光钻井样机的研制，计划在2009 年完成第1 台工业性试验用车载激光钻机的制造。
3 国内外激光破岩研究成果俄罗斯、日本、加拿大和印度等国十分关注美国激光钻井破岩的研究成果和最新动向。
1998~1999 年，俄罗斯Lebedev 物理研究所参与了美国GRI 负责的第1 轮激光钻井破岩可行性方面的合作研究，随后独立开展激光破岩的岩石临界能量和岩石激光可钻性等方面的基础研究。
日本加大了对高功率等级激光元器件的研发力度，正拟建50 kW 可移动氧碘激光器。
2000 年以来，加拿大自然科学及工程研究委员会和能源部联合支持Dalho usie 大学开展激光破岩的岩石传热学和热力学方面的研究。
美国和俄罗斯于2000 年完成了高能激光钻井破岩的室内可行性试验工作，其研究成果和结论是[7-9]：1) 国防工业中的兆瓦级激光器能满足4 500m 井破岩的能量要求。
2) 激光破岩的速度与传统的转盘/牙轮钻头或者转盘/ 金刚石钻头相比，根据地层岩性的不同，平均提高10~ 100 倍。
3) 激光光束可在透明的洗井介质中工作，空气和隋性气体( 如氮气和二氧化碳等) 是携带岩石碎屑和冷却井下激光元件的良好循环介质，激光钻井的排屑方法将类似于现行的高压气体钻井工艺。
4) 激光可在井眼岩石表面形成陶瓷釉面，能减少技术套管的层数，节省钻井费用。
5) 激光钻井不需频繁起下钻柱更换钻头，可提高钻井效率。
6) 激光钻井对井场环境的污染小。
中国石油勘探开发科学研究院窦宏恩和中国石油大学甘云雁等人对国外激光破岩的研究进展方面进行了大量的前期调研工作。
1998~ 2000 年，易先中在原江汉石油学院科研发展基金的支持下，开展了“激光破岩机理与射孔技术的研究”工作( 项目编号: 1999H0074) 。
试验研究结果表明，激光射孔破岩并形成一定深度的井眼，在室内环境条件下是完全可行的。
如高能激光束穿透泥质砂岩和页岩试样的室内试验速度可高达105~115 m/ h 等，与传统的转盘/ 牙轮钻头或者转盘/ 金刚石钻头相比，破岩速度提高10 倍以上。