凿岩基础知识

岩石性质及爆破凿岩
第二节 岩石的力学性质
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§1-2 岩石的力学性质
1 变形特征
变形特征—研究动、 变形特征 研究动、静载荷作用下应 研究动 力和应变的关系
1）静载变形特性
静载—载荷不随时间力学性质 ①脆性—岩石没有产生显著的永久变形就开始 破坏的性质，一般岩石呈脆性破坏。 ②塑性—与脆性相反，在破坏前有较明显的永久 变形，如泥页岩，高岭土矿，巷道底鼓。 ③弹性—在弹性变形范围内，当外载去掉后， 岩石恢复原形的性质。岩石在弹性极限内呈弹 性，岩石可用与材料力学中各弹性常数一样表 示。
抗压强度的1/10～1/50)
强度应用：工程爆破时，应使岩石处于受剪或受拉状态。 强度应用：工程爆破时，应使岩石处于受剪或受拉状态。
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§1-2 岩石的力学性质
表1-4 几种岩石的动、静强度表
抗压强度（MPa） 岩石种类 应力波的平均 传播速度 （m/s） 静态 4500~6000 3700~4300 1800~3500 4100~5700 5300~6000 3700~5900 90~110 100~140 15~25 200~240 320~350 240~330 动态 120~200 120~200 20~50 350~500 700~800 300~400 静态 5~9 8~9 2~3 16~23 22~32 11~19 动态 20~40 50~70 10~20 20~30 50~60 20~30 107~108 107~108 106~107 107~108 107~108 107~108 10~30 20~30 50~100 10~20 20~50 30~50 抗拉强度（MPa） 加载速度 载荷持续 (Mpa/s) 时间（ms）
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凿岩基础知识
第一章
岩石性质与凿岩爆破
• 第一节 岩石的物理性质及其 对凿爆的影响
§1-1 岩石的物理性质及其对凿爆的影响 爆破对象：地壳中的岩体（矿石和岩石）。 爆破对象：地壳中的岩体（矿石和岩石）。 爆破作业的目的： 爆破作业的目的：把矿岩从整体岩石上崩落 下来，并破碎成一定的块度。 下来，并破碎成一定的块度。 岩体：一种岩石或多种岩石的集合体。 岩体：一种岩石或多种岩石的集合体。 结构面：岩石体内部的各种构造形态， 结构面：岩石体内部的各种构造形态，例如 断层、裂隙等，或称为弱面。 断层、裂隙等，或称为弱面。 岩石：由一种矿物或多种矿物组成的集合体。 岩石：由一种矿物或多种矿物组成的集合体。 岩块： 岩块：岩体被弱面切割成不同形状和大小的 单元体。 单元体。
岩石硬度越高，凿岩工具越难侵入，可钻性差，凿岩速度低。
3）磨蚀性 ） 岩石对工具的磨蚀能力，主要与岩石 的成分有关。
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§1-2 岩石的力学性质
4）凿岩性 ） 岩石被凿碎的难易程度：用每米炮眼 所消耗的钎头数，纯凿速，比能三指标表 示 5）爆破性 ） 表示岩石被爆碎的难易程度：用单位 原岩的炸药消耗量和所需炮眼长度表示。
较软弱 较软弱
软弱 软弱 土质岩石 松散性岩 石 流沙性岩 石
砂、细砾石、松土、采下的煤
流沙，沼泽土壤、含水黄土及其它含水土壤
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§1-3 岩石分级
3 苏氏（苏哈诺夫）分级法 苏哈诺夫） 1）基本观点
与普氏分级法的基本观点相反，强调各特性 的差异。
2 2）分级法
按照凿岩性和爆破性的四个指标分类，将岩 石分为16个等级。
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§1-1 岩石的物理性质及其对凿爆的影响
岩石的组织特征是指岩石的结构和构造 2）岩石的结构、构造
岩石结构
是指组成岩石矿物晶粒的大小、 形状 、 表面特征和 是指组成岩石矿物晶粒的大小 、 形状、 矿物颗粒之间的连结方式。 矿物颗粒之间的连结方式。一般矿物晶粒愈细，愈致密， 岩石愈坚固， 岩石愈坚固，强度越大，凿爆越难。 从胶结物成份来看，硅质成分最坚固，铁质成份次之， 钙质和泥质成份最差。
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§2-1 浅眼凿岩
3、冲击式凿岩机分类及适用条件
根据各种凿岩机使用倾角、孔径、孔深的不 同，分为： --手持式（Y30）； --气腿式（YT27）； --向上式（YSP-45)； --导轨式(YG40、YGZ90)。
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§2-1 浅眼凿岩
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§2-1 浅眼凿岩 浅眼凿岩工具又称为钎子，按结构分为整 体钎子和活动钎子。组成见下图：
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§2-1 浅眼凿岩
1、钎头形状( 根据合金片排列和形状分)： 1）片状：一字形（制造修理简单，易 卡钎）；十字形（不易卡钎，多用于中深 孔）；X形（炮孔呈圆形，用于中深孔）， 及其它形状：二字形，Y形，T形等。
凿岩设备： 风动凿岩机（浅孔）； 风动导轨式凿岩机；液压凿岩台车（中深孔）； 潜孔钻机（深孔）。
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§2-1 浅眼凿岩
1、冲击式破岩原理
实质是剪切破坏原理：结 合右图解释如下： （1）首次冲击，在孔 底形成凿痕A-A，钎头转到 B-B位置；
图2-1冲击式凿岩炮孔 形成过程
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§2-1 浅眼凿岩
（2）二次冲击，在形成B-B凿痕的同时， 剪碎了两个BOA范围内的岩石，这是根据 岩石抗剪强度比抗压强度小（1/8~1/12） 得多的原理； （3）当钎头转动和冲击5-6次后，完成了 整个圆形面积的破碎，则形成了深度为h的 进尺，再重复以上的过程。凿岩机的设计 是按此工作原理进行设计的。
整体钎子：传递冲击能量损失小，凿岩效率高；但修磨时搬运工作 量大。 活动钎子：可以更换钎头，提高钎杆的利用率，钎头修磨时可减少 钎杆的搬运量。
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§2-1 浅眼凿岩
一 钎头
岩石钎头是直接接触破碎矿岩部分， 岩石钎头 要求形状结构合理，凿速高，耐磨，强度 高，寿命长，排粉性好，修磨方便，成本 低，钎头一般由钎头体和合金片组成。
大理石 和泉砂岩 多湖砂岩 群马砂岩 辉绿岩 石英-闪长岩
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§1-2 岩石的力学性质
3、岩石的坚固性、硬度、磨蚀度等 、岩石的坚固性、硬度、 1）岩石的坚固性 ） 坚固性是指岩石对外界各种机械破坏的综合 抵抗能力。
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§1-2 岩石的力学性质
2）硬度 ）
硬度是岩石表面抵抗工具侵入的能力。与凿 岩性密切相关。凿岩时，比单向抗压强度更有意 义，指岩石表面被破坏的性能。
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§1-1 岩石的物理性质及其对凿爆的影响
(1)岩石类别 岩石类别 岩浆岩： 岩浆岩：由熔融岩浆在地壳内部或 地表面冷凝并结晶而成的岩石。 地表面冷凝并结晶而成的岩石。如花岗 珍珠岩等。 岩、珍珠岩等。 沉积岩： 沉积岩：由陆地和海洋中的沉积物 经胶结硬化而形成的岩石。如石灰岩等。 经胶结硬化而形成的岩石。如石灰岩等。 变质岩：由岩浆岩或沉积岩， 变质岩：由岩浆岩或沉积岩，经过 变质作用而形成的岩石，如大理岩等。 变质作用而形成的岩石，如大理岩等。
3）评价
指标与生产实际一致，可在现场测定，有现 实意义，但失去了概括性，测定复杂，修正系数 多，没有广泛在我国推广。
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§1-3 岩石分级
4 我国的分级 鉴于以上各种分级法的缺陷，我国岩 石分级工作近几年来一直在进行，总的观 点是统一性与特殊性相结合的原则（普氏、 苏氏）两个层次 依据岩石的可钻性、可爆性和稳定性 可钻性、 三种性能进行具体的分级。
f值 20 15 10 8 6 5
最坚固
很坚固
坚固
坚固 较坚固 较坚固
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§1-3 岩石分级
7 8 9 10 11 12 13 14 15 中等 中等 坚固的粘土质岩石、不坚固的砂岩和石灰岩 各种不坚固的页岩、致密的泥灰岩 软弱的页岩，很软的石灰岩，白垩、岩盐、石 膏、冻土 碎石质土壤，破碎页岩、坚固的煤等 致密黏土，软弱的烟煤、坚固的冲击层、黏土 质土壤 轻砂质黏土、黄土、砾石 腐植土、泥煤、轻砂质土壤、湿砂 4 3 2 1.5 1.0 0.8 0.6 0.5 0.3
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§1-3 岩石分级
1）可钻性 目前进行的“可钻性分级”—使用便 携式岩石凿测器（图1-11）测定岩石的凿 碎比能和凿480次后钎刃磨钝的宽度，将 岩石分3类7级。
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第二章
凿岩
矿山井巷掘进和矿石回采工作主要采用凿岩爆破的方法。 矿山井巷掘进和矿石回采工作主要采用凿岩爆破的方法。
第一节 浅眼凿岩
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§1-1 岩石的物理性质及其对凿爆的影响
构造 指岩石大范围的组织特征。
构造的主要形式：层理、节理、裂隙、断层。
这些面都是岩层中岩石的弱面，使岩石具有 各向异性，在外载荷作用下，岩石容易首先沿着 这些弱面破碎。为避免卡钎和提高爆破效果，炮 炮 孔必须与弱面正交或斜交。 孔必须与弱面正交或斜交
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第一章
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§2-1 浅眼凿岩
为爆破岩石，必须钻凿炮孔 炮孔，以便将炸药装入岩石 炮孔 内部，以提高爆破效果。 浅眼是指炮眼长度小于5米，直径小于40～50mm的 浅眼 炮眼。在此范围外的炮眼称为中深孔 深孔 中深孔或深孔 中深孔 深孔。
浅孔：孔深小于3～5m，孔径30～46mm； 中深孔：孔深5～15m，孔径50～70mm； 深孔：孔深>15m，孔径>90mm； 药室落矿：是在一定规格的硐室里，装上炸药，直接爆破落矿的方法。
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第一章
岩石性质及爆破凿岩
第三节 岩石的分级
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§1-3 岩石分级
1 岩石分级的意义
1）选择最佳方法和设备来破碎各种 不同的岩石，以达到最佳的经济效果和最 高的劳动生产率； 2）选择合理的开采和维护方法，最 安全、可靠地保护不应破坏的岩石，以正 确有效地处理开挖中破坏与维护岩石这一 最基本的矛盾；
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§2-1 浅眼凿岩
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§2-1 浅眼凿岩
2、凿岩机主要组成部分 、
1）冲击配气机构 使压气来回于活塞的两侧，以达到 1600 ~ 2000次/分的冲击频率； 2）转钎机构 冲程时不转钎，回程时转钎； 3）排粉机构 水针、排水孔、吹扫风路；
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§2-1 浅眼凿岩
4）推进机构 轴压力，使钎头贴紧孔底部； 5）操纵机构 6）润滑机构
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§1-1 岩石的物理性质及其对凿爆的影响
1 岩石性质同它的矿物成分和组织特征有关
1）矿物成分 三大类岩石(岩浆岩、沉积岩、变质 岩浆岩、 岩浆岩 沉积岩、 )具有不同的矿物成分，含有方解石 岩) CaCO3，长石K[AlSi3O6]，硅酸盐和氧化 物(SiO2)的岩石硬度高 硬度高，如花岗岩、玄武 花岗岩、 硬度高 花岗岩 硬度低，如石炭 岩；含泥质矿物的岩石硬度低 硬度低 石炭 泥页岩等。 岩、泥页岩 硬度高低对凿岩效果有重要影响。
4～6)，坚硬岩(f＝8～10)。 见后面附表
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§1-3 岩石分级
3）该分级方法的评价
优点： ①可用实验方法很快确定岩石等级； ②方法简单易行； 缺点： 经过抽象化的“坚固性”有时同岩石的具体 属性相去较远，有些岩石容易凿岩却难以爆破， 另一些则相反。
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§1-3 岩石分级
等级 坚固性程度 典型的岩石 1 2 3 4 5 6 最坚固、细致和有韧性的石英岩、玄武岩及其 它坚固岩石 很坚固花岗岩、石英斑岩、硅质片岩、较坚固 的砂岩和石灰岩 致密花岗岩、很坚固砂岩和石灰岩，石英质矿 脉等 坚固的石灰岩、砂岩、大理岩、不坚固的花岗 岩、黄铁矿 一般的砂岩、铁矿 砂质页岩、页岩质砂岩
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§1-3 岩石分级
2 普氏分级法
1）基本观点
是岩石的坚固性所综合上述各特性趋于一致， 即硬度、强度、凿岩性、爆破性是一致的。 硬度、强度、凿岩性、
2）分级方法
用坚固性系数f来大致概括，作为分级的根据。 f=R/100，式中 R —岩石的单向抗压强度，pa；
100—坚实粘土单向抗压强度，pa。
共分10级。工程分级：松软岩(f＝1.5～2)，中硬岩(f＝
2 岩石的强度特征
（1）岩石的强度特征的定义 ）
岩石的强度是在一定条件或一定范围内，岩石能 承受一定外力的作用而不破坏的性能。它是以岩石恰在 破坏时应力大小来表示的，R=P/A（Pa）即单位面积上 R=P/A Pa 所受的力。分动、静载强度。 强度特征：单向受力时，其抗压强度最大，抗剪强度次之， 强度特征：单向受力时，其抗压强度最大，抗剪强度次之， 抗拉强度最小。（ 抗拉强度最小。（抗剪强度只有抗压强度的1/8～1/12；抗拉强度只有
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§1-2 岩石的力学性质
凿岩机活塞冲击钎尾时， 图1-2 凿岩机活塞冲击钎尾时，作用力与时间的关系
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§1-2 岩石的力学性质
动载的特点： ②岩石变形不均匀，质点运动速度不一致 即岩石中各质点不是以一致速度 运动，岩石不是均匀地变形，这是与 静载作用根本区别所在。
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§1-2 岩石的力学性质