工程爆破中的岩石力学性质与分级
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
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。
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
4Ⅴ
中等
3 Ⅴa
2
Ⅵ 相当软弱
1.5 Ⅵa
1.0 Ⅶ
软弱
0.8 Ⅶa
0.6 Ⅷ 土质
0.5 Ⅸ 松散
0.3 Ⅸ 流沙
爆破性
最难爆
(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。
按凿碎比功分级、按点荷强度分级、按岩石硬度、切削强度和磨蚀性 分级、按断裂力学指标分级、按岩石的主要声学指标分级、按最小体积比能 分级、按岩石的A、B值分级、按岩石的单轴抗压强度分级等等。下面着重介 绍前三种分级方法。
2.3.1 按凿碎比功分级
在现场或实验室内采用实际或缩小比例的微型模拟钻头进行钻眼试验， 并以钻速、钻一定深度炮眼所需的时间和钻头的磨损量、凿碎比功耗等指标 来表示岩石的可钻性。
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。
按凿碎比功的不同将岩石可钻性分成七级，见表2-5。
表2-5 岩石凿碎比功分级
级别 凿碎比功 可钻性
Ⅰ <186 极易
Ⅱ 187~284
易
Ⅲ 285~382
中等
Ⅳ 383~480
中难
Ⅴ 481~578
难
Ⅵ 579~676
很难
Ⅶ ≥677 极难
（2）钎刃磨钝宽度b
钎刃磨钝宽度是指落锤冲击480次后，钎刃上从刃锋两端各向 内4mm处的磨钝宽度平均值。钎刃磨钝宽度b时用读数显微镜和专用 卡具量得的。
东北大学设计出了一种岩石凿测器，如图2-1所示。凿测器锤重4公斤， 落高1米，采用直径40±0.5 毫米的一字形钎头，镶YG-11 C (K013型)硬合金 片，刃角110º，每冲击一次转15º角，测定每种岩样共冲击480次，每凿24次 清一次岩粉。冲击完后，计算比功耗和用带专用卡具的读数显微镜读出钎刃 两端向内4毫米处的磨钝宽度，作为岩石可钻性和磨蚀性（磨损钻头的能力） 分级的指标。
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。
岩石压入硬度一般利用圆柱形平底压模压入的方法来测定。试验用试样 为5cm×5cm×5cm的立方体或直径为4~6cm，高为3~5cm的圆柱体。试样两 端互相平行，表面抛光。压头形状由工具钢或硬质合金制成。压头底面积为 1-5mm2。在试验致密和有均匀孔隙的岩石时，用底面积为2mm2的压头；当岩 石的颗粒大于0.25mm时，用3 mm2的压头；对于孔隙度很大和坚固性很小的 岩石，用底面积为5 mm2或更大的压头。
极易爆
千枚岩、破碎性砂岩、、泥质板岩 破碎性白云岩
Ⅱ Ⅱ1 Ⅱ2
38.001~46 46.001~53
易爆
角砾岩、绿泥岩、米黄色白云岩
Ⅲ Ⅲ1 Ⅲ2
Ⅳ Ⅳ1 Ⅳ2
53.001~60 60.001~68 68.001~74 74.001~81
阳起石石英岩、煌斑岩、大理岩 中等
灰白色白云岩
难爆
磁铁石英岩、角闪岩长片麻岩
图2-1 岩石凿测器 1-钎头；2-承击台；3-插销；4-导向杆；5-落锤；
6-△形环；7-操作绳；8-导杆顶；9-转动把手
（1）凿碎比功 凿碎比功是指凿碎单位体积岩石所消耗的功，其值按下式计算：
A V
N A0 D2 H
480 39.2
(4.1)2 H
14252 H
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
0.4
16
0.3
—
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
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。
2.1.2 岩石的容重、孔隙度和碎胀性
(1)岩石容重
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。
Ⅴ Ⅴ1 Ⅴ2
81.001~86 >86
极难爆
矽卡岩、花岗岩、浅色砂岩
2.3 岩石的可钻性
（1）岩石的可钻性 表示钻头在岩石上钻眼的难易程度。 由于岩石可钻性的影响因素较多，
科研工作者从不同角度提出了各自的分级方法及相应的评价指标。根据所用 的分级评价原则不同，可以得到不同的分级。 （2）岩石的可钻性分级
（2）施密特锤测硬度
施密特锤（Schmidt Hammer），又称回弹 仪(rebound instrument)，是用于测定岩石硬度 的另一种简便仪器。
工作原理如下： 先将冲杆1伸出，将回弹锤24向上拉，使 卡钩22抓住锤24，然后按下后盖18顶在测定的 岩石表面上推进。当压力弹簧16受压，缩短到 一定程度时，卡钩脱开，回弹锤24由于拉力弹 簧7的弹拉作用而撞击在冲杆1上后向上弹跳， 带动指针10。通过窗口12在刻度尺上直接读出 回弹高度的数值。以回弹距离和移动距离的比 值表示回弹硬度值（0~100）。
Is
p d2
式中：d—岩芯或加载点的距离，mm； p—为破坏荷载，N。
2.3.3 按岩石硬度、切削强度和磨蚀性分级
岩石的硬度是指岩石抵抗其它物体刻划、磨蚀、切削或压入其表面的能 力。硬度测定方法有压入试验、回弹试验、划痕试验等，其测得的硬度分别 称为压入硬度、回弹硬度和刻划硬度等。1987年国际岩石力学委员会曾推荐 用C-2肖氏硬度计和L型Schmidt锤硬度作为测量岩石硬度的标准方法。
采用这种方法时，硬度值按下列公式计算：
H P
nSP
式中： P—压模底部岩石发生完全破碎，即 脆性破碎形成凹坑时的载荷； n—测定次数； SP—压模底面积；
图2-4 平底圆柱压膜
1-冲杆；2-毡圈；3-螺丝盖帽；4-卡环；5-弹簧座；6-弹簧； 7-拉力弹簧；8-套筒；9-指针弹簧片；10-指针；11-刻度尺；12-护尺透明片；
13-指针异杆；14-导向板；15-弹簧；16-压力弹簧；17-固定块；18 盖； 19-固紧螺丝；20-调整螺丝；21-按钮；22-钩子；23-导杆；24锤
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。
类别 钎刃磨钝宽度（mm）
磨蚀性
表2-6 岩石磨蚀性分级
1 ＜0.2
弱
2 0.3~0.6
中
3 ＞0.7
强
2.3.2 按点载荷强度进行可钻性分级
点载荷试验是国际岩石力学学会（ISRM）试验委员会推荐的一种便 携式测量方法。点载荷试验是将试样置于试验机的两个压头之间，逐渐 加载，使试样破坏，再用下式求得点载荷强度：
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给出了普式分功，J/cm3;； A—总冲击功，实际为18816J； V—破碎岩石体积，cm3； A0—落锤单次冲击功，39.2J/次； D—凿眼直径，眼径约比钎头直径大1mm，D=4.1cm； H—凿480次后的净凿眼深度,mm； 只要用深度卡尺量取净深H后，由上式便可求出a 值的大小。
2
3
式中:V—岩石爆破漏斗体积，m3 ； K1—大块率（＞30 cm），% ； K2—平均合格率，%； K3—小块率（＜5 cm），% ； (ρ C)—岩体波阻抗，KPa ； e—自然对数之底。
表2-4 岩石爆破性分级表
级别 爆破性指数 N 爆破性程度
代表性岩石
Ⅰ Ⅰ1 Ⅰ2
<29 29.001~38
（1）肖氏硬度计测硬度
肖氏硬度计（图2-2）是1906年美国的肖 氏（A.E.Shore）研制的一种用以测定金属材 料硬度的仪器。其原理是用一带金刚石尖重 约4g的撞针，从25cm高外自由落下，撞击材 料表面，以撞针的回跳高度来表征硬度。硬 度值由0~140。这种方法后被用来测量磨光的 岩石表面。
图2-2 肖氏硬度计
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。
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
4Ⅴ
中等
3 Ⅴa
2
Ⅵ 相当软弱
1.5 Ⅵa
1.0 Ⅶ
软弱
0.8 Ⅶa
0.6 Ⅷ 土质
0.5 Ⅸ 松散
0.3 Ⅸ 流沙
爆破性
最难爆
(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。
按凿碎比功分级、按点荷强度分级、按岩石硬度、切削强度和磨蚀性 分级、按断裂力学指标分级、按岩石的主要声学指标分级、按最小体积比能 分级、按岩石的A、B值分级、按岩石的单轴抗压强度分级等等。下面着重介 绍前三种分级方法。
2.3.1 按凿碎比功分级
在现场或实验室内采用实际或缩小比例的微型模拟钻头进行钻眼试验， 并以钻速、钻一定深度炮眼所需的时间和钻头的磨损量、凿碎比功耗等指标 来表示岩石的可钻性。
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。
按凿碎比功的不同将岩石可钻性分成七级，见表2-5。
表2-5 岩石凿碎比功分级
级别 凿碎比功 可钻性
Ⅰ <186 极易
Ⅱ 187~284
易
Ⅲ 285~382
中等
Ⅳ 383~480
中难
Ⅴ 481~578
难
Ⅵ 579~676
很难
Ⅶ ≥677 极难
（2）钎刃磨钝宽度b
钎刃磨钝宽度是指落锤冲击480次后，钎刃上从刃锋两端各向 内4mm处的磨钝宽度平均值。钎刃磨钝宽度b时用读数显微镜和专用 卡具量得的。
东北大学设计出了一种岩石凿测器，如图2-1所示。凿测器锤重4公斤， 落高1米，采用直径40±0.5 毫米的一字形钎头，镶YG-11 C (K013型)硬合金 片，刃角110º，每冲击一次转15º角，测定每种岩样共冲击480次，每凿24次 清一次岩粉。冲击完后，计算比功耗和用带专用卡具的读数显微镜读出钎刃 两端向内4毫米处的磨钝宽度，作为岩石可钻性和磨蚀性（磨损钻头的能力） 分级的指标。
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。
岩石压入硬度一般利用圆柱形平底压模压入的方法来测定。试验用试样 为5cm×5cm×5cm的立方体或直径为4~6cm，高为3~5cm的圆柱体。试样两 端互相平行，表面抛光。压头形状由工具钢或硬质合金制成。压头底面积为 1-5mm2。在试验致密和有均匀孔隙的岩石时，用底面积为2mm2的压头；当岩 石的颗粒大于0.25mm时，用3 mm2的压头；对于孔隙度很大和坚固性很小的 岩石，用底面积为5 mm2或更大的压头。
极易爆
千枚岩、破碎性砂岩、、泥质板岩 破碎性白云岩
Ⅱ Ⅱ1 Ⅱ2
38.001~46 46.001~53
易爆
角砾岩、绿泥岩、米黄色白云岩
Ⅲ Ⅲ1 Ⅲ2
Ⅳ Ⅳ1 Ⅳ2
53.001~60 60.001~68 68.001~74 74.001~81
阳起石石英岩、煌斑岩、大理岩 中等
灰白色白云岩
难爆
磁铁石英岩、角闪岩长片麻岩
图2-1 岩石凿测器 1-钎头；2-承击台；3-插销；4-导向杆；5-落锤；
6-△形环；7-操作绳；8-导杆顶；9-转动把手
（1）凿碎比功 凿碎比功是指凿碎单位体积岩石所消耗的功，其值按下式计算：
A V
N A0 D2 H
480 39.2
(4.1)2 H
14252 H
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
0.4
16
0.3
—
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
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。
2.1.2 岩石的容重、孔隙度和碎胀性
(1)岩石容重
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。
Ⅴ Ⅴ1 Ⅴ2
81.001~86 >86
极难爆
矽卡岩、花岗岩、浅色砂岩
2.3 岩石的可钻性
（1）岩石的可钻性 表示钻头在岩石上钻眼的难易程度。 由于岩石可钻性的影响因素较多，
科研工作者从不同角度提出了各自的分级方法及相应的评价指标。根据所用 的分级评价原则不同，可以得到不同的分级。 （2）岩石的可钻性分级
（2）施密特锤测硬度
施密特锤（Schmidt Hammer），又称回弹 仪(rebound instrument)，是用于测定岩石硬度 的另一种简便仪器。
工作原理如下： 先将冲杆1伸出，将回弹锤24向上拉，使 卡钩22抓住锤24，然后按下后盖18顶在测定的 岩石表面上推进。当压力弹簧16受压，缩短到 一定程度时，卡钩脱开，回弹锤24由于拉力弹 簧7的弹拉作用而撞击在冲杆1上后向上弹跳， 带动指针10。通过窗口12在刻度尺上直接读出 回弹高度的数值。以回弹距离和移动距离的比 值表示回弹硬度值（0~100）。
Is
p d2
式中：d—岩芯或加载点的距离，mm； p—为破坏荷载，N。
2.3.3 按岩石硬度、切削强度和磨蚀性分级
岩石的硬度是指岩石抵抗其它物体刻划、磨蚀、切削或压入其表面的能 力。硬度测定方法有压入试验、回弹试验、划痕试验等，其测得的硬度分别 称为压入硬度、回弹硬度和刻划硬度等。1987年国际岩石力学委员会曾推荐 用C-2肖氏硬度计和L型Schmidt锤硬度作为测量岩石硬度的标准方法。
采用这种方法时，硬度值按下列公式计算：
H P
nSP
式中： P—压模底部岩石发生完全破碎，即 脆性破碎形成凹坑时的载荷； n—测定次数； SP—压模底面积；
图2-4 平底圆柱压膜
1-冲杆；2-毡圈；3-螺丝盖帽；4-卡环；5-弹簧座；6-弹簧； 7-拉力弹簧；8-套筒；9-指针弹簧片；10-指针；11-刻度尺；12-护尺透明片；
13-指针异杆；14-导向板；15-弹簧；16-压力弹簧；17-固定块；18 盖； 19-固紧螺丝；20-调整螺丝；21-按钮；22-钩子；23-导杆；24锤
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。
类别 钎刃磨钝宽度（mm）
磨蚀性
表2-6 岩石磨蚀性分级
1 ＜0.2
弱
2 0.3~0.6
中
3 ＞0.7
强
2.3.2 按点载荷强度进行可钻性分级
点载荷试验是国际岩石力学学会（ISRM）试验委员会推荐的一种便 携式测量方法。点载荷试验是将试样置于试验机的两个压头之间，逐渐 加载，使试样破坏，再用下式求得点载荷强度：
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给出了普式分功，J/cm3;； A—总冲击功，实际为18816J； V—破碎岩石体积，cm3； A0—落锤单次冲击功，39.2J/次； D—凿眼直径，眼径约比钎头直径大1mm，D=4.1cm； H—凿480次后的净凿眼深度,mm； 只要用深度卡尺量取净深H后，由上式便可求出a 值的大小。
2
3
式中:V—岩石爆破漏斗体积，m3 ； K1—大块率（＞30 cm），% ； K2—平均合格率，%； K3—小块率（＜5 cm），% ； (ρ C)—岩体波阻抗，KPa ； e—自然对数之底。
表2-4 岩石爆破性分级表
级别 爆破性指数 N 爆破性程度
代表性岩石
Ⅰ Ⅰ1 Ⅰ2
<29 29.001~38
（1）肖氏硬度计测硬度
肖氏硬度计（图2-2）是1906年美国的肖 氏（A.E.Shore）研制的一种用以测定金属材 料硬度的仪器。其原理是用一带金刚石尖重 约4g的撞针，从25cm高外自由落下，撞击材 料表面，以撞针的回跳高度来表征硬度。硬 度值由0~140。这种方法后被用来测量磨光的 岩石表面。
图2-2 肖氏硬度计