第二节 岩石破碎的基本原理

岩石静态破碎方案

岩石（静态）破碎施工方案 一、工程基本概况 由广东恒辉建设工程有限公司负责施工的东莞市樟木头镇樟洋垃圾填埋场综合整治工程—填埋区工程，在基础施工过程中，部分区域遇到风化岩石，阻碍了工程进度，为了工程的施工进度，现由我公司对该工程岩石进行破碎作业。 该施工区域需要进行破碎施工的区域岩石以褐岩为主，岩石坚固性系数约为12，方量约1000m3，需处理岩层厚度约为1～2.5米，计划工期30天。 施工区域周围环境：施工作业环境比较复杂。 二、施工方案依据 经施工现场实地勘察，根据拆除施工周围环境，结合有关单位的具体要求，我公司进行了认真研究，制定本工程施工组织方案。 三、施工方案选择 1、可行性方案选择 大面积岩石破碎有以下方法： A、机械破碎； 采用机械破碎法对于个别大块及少方量岩石是一种安全可行的作业方法，其特点是作业简单安全，但进度较慢，成本相对于人工破碎较低，但是遇到岩石硬度系数较高时，根本就无法作业，对于大面积硬度系数较高的岩石，其作业方法不可行；

B、控制爆破作业法； 城镇控制爆破作业现已有一套成熟的施工方法，特别是对于大方量及大面积岩石，更显出其优越性，其作业特点是—施工进度较快，施工成本较低，但施工工艺较复杂，有非常高的专业性，爆破作业会产生一定的有害效应（如爆破产生的个别飞散物、爆破产生的震动、爆破产生的噪音及灰尘等），在邻近建筑物进行爆破作业时必须经过严格的设计及可行性方案论证，必须经过公安部门的审批同意后方可实施，其作业期间必须全程严格控制。对于特殊环境下采用爆破破岩时，常常会产生一些不必要的纠纷（如爆破振动、噪音对周围环境的影响），所以，在城镇一般较毗邻建筑的岩石，较少采用爆破破岩。 C、静态破碎结合机械破碎法； 这种作业方法适用于比较邻近建筑物区域的岩石破碎，城镇危险区域的岩石破碎多采用这种方法，其作业本身操作简单，对周围环境不会产生大的危害，产生的有害效应是可以消除的（如噪音、灰尘等），但本作业方法进度较慢，施工成本较高。 对以上几种作业法的比较，根据本工程所处的地理位置及相关部门的要求，采用静态破碎与机械破碎相结合的方法进行施工是比较可行的。２、静态破碎作业（浅眼台阶）法（如图二） (1) 布孔方法 采用小孔网小台阶破碎控制方法。 (2) 孔网参数 炮眼排列方式：梅花形布置炮孔。见图二：台阶炮孔布置平面图。孔径以42mm为宜，台阶高度为2.0m，一般每次布置3～5排孔，每排炮

深部岩石破碎方法

收稿日期:2005-05-27 基金项目:国家自然科学基金重大项目(50490272,50490274),国家自然科学基金项目(10472134)作者简介:周子龙(1979)),博士,主要从事岩土工程灾害与控制研究。 文章编号:1003-5923(2005)03-0063-03 深部岩石破碎方法 周子龙,李夕兵,刘希灵 (中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙410083) 摘 要:深部开采给岩石破碎理论与方法赋予了新的使命和内涵,探索适合深部特殊环境的岩石破碎技术对于安全、高效回收深部资源有着重要意义。综观目前国内外各类破岩方法的基础上,针对深部岩石的特点,指出了水介质破岩在深部开采中的优势,并分析了几种水介质破岩技术的现状和应用前景。 关键词:深部;岩石破碎;水介质 中图分类号:T D825 文献标识码:B 1 引言 据不完全统计,目前国内外开采深度超过1000m 的矿山就金属矿山而言已有100多座,并以每年8~12m 的速度向下延伸。随着矿山进入深部开采状态,/三高一扰动0的灾害环境大大增添了开采的难度与复杂性。如何低成本、高效、安全地回采深部资源成了深部开采的关键,也是当前国内外研究的焦点[1-4] 。 矿产开采首当其冲的问题就是岩石破碎,传统破岩方式是否仍适应深部特殊环境下岩石的开采,新的破岩方法是否更适应于深部开采?一系列新问题都有待研究。2 岩石破碎方法现状 社会的进步,科技的发展,推动着破岩技术不断发展。破岩技术经历了一个简单、低效到复杂、高效、安全的发展过程。从传统的机械冲击、常规爆破法发展到现在的水射流法、电子束法、激光法、超声波法、微波法、等离子体法、红外线法、射弹法以及静态破碎法在内的20余种方法[5,6] 。 20世纪60年代末开始,美国国家科学基金会发起了探寻高效破岩新方法的庞大研究计划,曾对电子束、激光、水射流等25种破岩方法进行对比研究。在中等强度的岩石上进行切割实验,得出高压水射流、激光、电子束、等离子体4种典型破岩方法所消耗的能量范围分别为:250~500、1000~2000、3000~6000、50000~100000J/cm 2,意味着高压水射流法和激光法破岩最易于实现且效率最高。 当然,任何方法都有它的利弊,随着科技的进步都有可能得到工业性的应用。传统爆破法曾与机械冲击钻孔相结合在国内外矿山得到广泛应用,但由于其不可控与环境负面影响大而越来越受到人们的批评;水射流破岩方法得到飞速发展,目前已得到普遍工业应用,其与机械刀具辅助使用也取得了良好的应用效果;激光钻井法在20世纪70年代刚提出时并不被认为是可用技术,但经过美国天然气研究所不懈的努力,终于在砂页岩中实现了137.2m/h 的钻进速度,显示了其潜在的优势;微波破岩因为微波技术的发展也被开发应用到岩石破碎中来,美国矿山局研究发现微波辅助机械凿岩可使岩石侵入率较纯机械凿岩提高约3倍;射弹破岩以其损伤简便在二次破碎方面得到了应用;无声破碎剂和等离子法更以其破碎扰动小、无噪声、无飞石等特点在一些精确破碎领域得到很好应用[6] 。 3 深部岩石特性 随着国内外矿山开采与油气开发的深部化,深部岩石的力学特性与工程响应正得到广大研究者的认识与研究[3,4] 。其中有如下特性:3.1 高应力、高温、高渗透水压埋藏环境 根据南非典型深井开采矿山的监测结果,在地下4000m 左右,地应力水平可达100MPa 以上,水压可达20~30M Pa,地温则局部可达80e 甚至更高。 岩石性质将随应力、温度等因素的改变而改变,在深部条件下,传统岩石力学及施工技术在深部环境下部分或完全失效,在深部问题的研究上从 # 63#矿山压力与顶板管理 2005.l 3

岩石破碎

第二章岩石的破碎理论(爆炸理论和钻爆法) 20%-30% 对周围介质做功C H O N CO CO2 H2O 炸药爆炸三要素：高温高压（生成大量气体）高速 三种形式：缓慢分解燃烧爆炸 2000—9000m/s 第二节爆炸理论与炸药（炸药的分类） 1. 殉爆：感度来表示难易程度 2. 传爆：爆轰波和爆速 影响稳定爆轰的主要因素：直径：临界直径；极限直径；炸药密度：混合炸药有临界密度；起爆冲能 3 间隙效应 二、炸药的性能参数 动作用以猛度表示静作用以爆力表示 爆速：高低中炸药 炸药的敏感度：热感度、机械感度、冲击感度、起爆冲能感度和静电火花感度热感度：热安定和火焰感度 机械感度：冲击感度，摩擦感度 起爆冲能感度：用殉爆距离表示 静电感度：e 电子是带负电荷静电 三、爆轰产物和有毒气体 二氧化碳CO2 一氧化塘CO 水H2O 氮氧化物NO N2 炸药的氧平衡：零氧，正氧，负氧CO 第三节矿用炸药与起爆器材 一、矿用炸药的分类 1，煤矿使用炸药：5级等级越高，威力越小，1、2级低瓦斯 铵梯炸药，睡觉炸药，乳化炸药 32mm*190 35mm*170 水胶炸药：含水炸药 乳化炸药：适用于软岩和煤层中工作 2，岩石炸药：硝酸铵，TNT和木粉组成 3，露天炸药： 二、起爆器材 雷管、导爆索、导爆管 1.雷管：管壳、加强帽、起爆药、加强药和电引火装置；桥丝用镍铬丝 脚线；桥丝，管壳，密封塞，纸垫，桥丝连接引火头，起爆药 煤矿瞬发电雷管： 2，秒延期电雷管 3，毫秒延期电雷管 4，抗杂散电流电雷管：无桥丝电雷管和低阻桥丝电雷管 电雷管的主要性能参数：全电阻，最大安全电流，最小发火电流（二）导爆索、继爆管和导爆管

南华大学-岩石的爆破破碎机理

南华大学-岩石的爆破破碎机理 第七章岩石的爆破破碎机理 概论 爆破是目前采矿工程中和其他基础工程中应用最广泛最频繁的一种破碎岩石的有效手段。为了更有效的利用炸药爆炸释放的能量达到一定的工程目的，研究炸药包爆炸作用下岩石的破碎机理是一项重要的科研课题。 炸药爆轰过程属于超动态动力学问题，从药包起爆到岩石破碎，只有几十微秒。 岩石的爆破机理研究是在生产实践的基础上，借助于高速摄影，模拟试验，数值分析对爆破过程中在岩石内发生的应力、应变、破裂、飞散等现象的观测基础上总结而成的。 （讲课时间5分钟） 第一节岩石爆破破坏的几种假说 一、爆炸气体产物膨胀压力破坏理论（讲课时间10分钟） 岩石主要由于装药空间内爆炸气体产物的压力作用而破坏。 炸药爆炸—气体产物（高温，高压）—在岩中产生应力场—引起应力场内质点的径向位移—径向压应力—切向拉应力—岩石产生径向裂纹；如果存在自由面，岩石位移的阻力在自由面方向上最小，岩石质点速度在自由面方向上最大，位移阻力各方向上的不等形成剪切应力导致岩石剪切破坏；爆炸气体剩余压力对岩块产生进一步的抛掷。 这种理论认为： 1、炸药的能量中动能仅为5%~15%，大部分能量在爆炸气体产物中； 2、岩石发生破裂和破碎所需时间小于爆炸气体施载于岩石的时间。 二、冲击波引起应力波反射破坏理论（讲课时间5分钟） 岩石的破坏主要是由自由面上应力波反射转变成的拉应力波造成的。 爆炸冲击波在自由面反射为拉伸波，岩石的抗拉强度低，岩石易受拉破坏。这种理论主要依据： 1、岩体的破碎是由自由面开始而逐渐向爆心发展的； 2、冲击波的压力比气体膨胀压力大得多。

图7-1 反射拉伸破坏 三、爆炸气体膨胀压力和冲击波所引起的应力波共同作用理论 （难点）（讲课时间10分钟） 爆破时岩石的破坏是爆炸气体和冲击波共同作用的结果，它们各自在岩石破坏过程的不同阶段起重要作用。 爆轰波衰减成应力波造成岩石“压碎”，压碎区以外造成径向裂隙。气体产生“气楔作用”使裂隙进一步延伸和张开，直到能量消耗完。尽管炸药的能量中动能仅为5%~15%，但岩石开始的破裂阶段是非常重要的。 爆炸气体产物膨胀的准静态能量是破碎岩石的主要能源，炸药作功能力同它的爆热和爆容有关。冲击波作用重要性同岩石的特性有关。岩石波阻抗较高时，要求有较高的应力波峰值，此时冲击波的作用更为重要。岩石按波阻抗值分为三类： 1、岩石波阻抗为10X105~25X105（g/cm2·s）； 2、岩石波阻抗为5X105~10X105（g/cm2·s）； 3、岩石波阻抗为2X105~5X105（g/cm2·s）。 不同条件下和不同目的情况下的爆破，可以通过控制炸药的应力波峰值和爆炸生成气 体的作用时间来达到预期目的

基础岩石破碎专项施工方案(新)

目录 一、工程概况 二、编制依据、原则 三、地质情况 四、施工准备、工期 五、施工方案 六、安全措施及注意事项

一、工程概况 传化公路港I标工程项目建设单位为传化公路港物流有限公司、勘察单位为省工程勘察院、设计单位为信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司、监理单位为中博建设发展有限公司、施工单位为宝业建工集团有限公司。工程位于市市磁灶镇318县道旁。一标段工程总建筑面积约有29762.5㎡，占地面积10679.94㎡。其中：货物配载及货运站场楼一占地面积：7585.27㎡，建筑面积：19992.85㎡。生产配套中心一占地面积：2539.81㎡，建筑面积：8943.43㎡。

物业用房占地面积：271.36㎡，建筑面积：542.72㎡。厕所一（二）占地面积一样：61.24㎡，建筑面积：61.24㎡。变配电房占地面积：161.02㎡，建筑面积：161.02㎡。建筑结构形式为框架结构，基础型式为独立基础。建筑场地类别为Ⅱ类、地震设防烈度为7度、抗震设防类别为丙类、建筑结构安全等级为二级，结构重要性系数为1、耐火等级二级、地基基础设计等级为乙级、屋面防水等级I级、设计使用年限为50年。 在生产配套中心一和货物配载及货运站场楼一土方开挖，基础施工过程中部分区域遇到岩石层,阻碍了工程进度，为了工程的施工进展，需对该工程岩石进行破碎作业。 经业主、监理、施工单位三方现场实际测量计算后，该施工区域破碎的岩石量为2465 m3，需处理岩石厚高度约为1-3.5米，计划工期50天(在总工期）。 1.2、静态破碎部位概况 1.由于基坑紧靠项目部现场办公室及318县道故不能采取正常的爆破施工。其危害有：爆破产生的震动，容易对已施工完成的塔吊基础产生影响等。正常爆破施工产生的个别飞散物，容易对工程附近的工人，行人及车辆造成损害；且爆破作业必须经过严格设计及可行性方案论证，必须经过相关政府部门的审批后方可实施，其作业期间必须全程严格控制;对特殊环境下采用爆破作业时，常常会产生不必

岩石理论

?第2章岩石理论 ?岩石是工程机械的施工对象之一，研究影响岩石破碎的因素，找出破碎岩石的规律， 对提高凿岩、破碎机械作业效率，优化作业过程具有重要意义。 ?岩石的破碎方法有:机械破碎、爆炸破碎、水射流破碎等，但国内外使用最多的是机 械破碎。 ?按机械破碎作用的性质不同，破岩方法可分为机械回转钻进破岩、机械冲击钻进破 岩以及冲击回转钻进破岩等。 ? 2.1.1 岩石的分类 ?岩石按其成因可分为：岩浆岩、沉积岩和变质岩。 ?岩石按矿物组成可分为：单矿物岩，如岩盐、石膏，无水石膏、灰岩、白云岩等； 多矿物岩石，如各种岩浆岩。 ?岩浆岩是由硬度较高的矿物组成的，其硬度与强度都较高；沉积岩是由强度较低的 矿物组成的，其硬度与强度也较低。 ?岩石的结构主要是指晶体结构和胶结物的结构 ? 2.1.2 岩石的可钻性分级 ?使用便携式岩石凿测器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7级: ?岩石的可钻性 ?岩石的可钻性是决定钻进效率的基本因素，它反映了钻进时岩石破碎的难易程度。 ?岩石可钻性及其分级在钻探生产中极为重要。 ?它是合理选择钻进方法、钻头结构及钻进规程参数的依据，同时也是考核机械生产 效率的根据。 ?§2.2 岩石物理机械性质 ? 2.2.1 岩石强度 ?（一）岩石强度的概念 ?作用于岩石上的外载荷增大到一定程度时，岩石就会发生破坏。破坏时岩石所能承 受的最大载荷称为极限载荷，单位面积上的极限载荷称为极限强度，简称为岩石的强度。 ?根据受力条件不同，岩石的强度可分为抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和抗弯强度 等； ?根据应力状态，岩石的强度可分为单向应力状态下的强度、两向和三向应力状态下 的强度； ?岩石强度 ? 2.2.2 岩石硬度 ? 2.2.2 岩石硬度 ?（一）岩石硬度的概念 ?岩石硬度定义为岩石表面抵抗硬物局部压人的能力。 ?岩石的硬度与抗压强度的关系：二者有着密切的联系，但又有区别，岩石抗压强度 是岩石整体破碎时的阻力；而岩石的硬度是硬物局部压人岩石表面的阻力，是岩石表面抗破碎的能力。 ? 2.2.3 岩石的弹性、塑性和脆性 ?（一）岩石弹性、塑性和脆性的概念 ?在外力作用下，岩石会发生变形，随着载荷不断增加，变形也不断发展，最终 导致岩石破坏。

现代爆破理论

现代爆破理论2006年6月16日

前言 随着爆破技术和相邻学科的发展，爆破理论的研究也有了长足的进步。特别是岩体结构力学、岩石动力学和计算机模拟爆破技术的发展，使爆破理论的研究更实用化，更系统化了。 当今岩体力学已从以材料力学为基础的连续介质岩体力学发展为以工程地质为基础的非连续介质岩体力学。岩体结构面特征对爆破的影响日益引起人们的重视。 岩石动力学作为爆炸力学、冲击力学与爆破工程相结合的一门边缘学科，它的产生和发展无疑对岩石爆破破碎原理的研究是一种推动力量。 计算机模拟爆破技术的发展，不仅可以预算出最优的爆破效果，而且可以在计算机上再现岩石爆破的动态过程，从而大大减少现场试验所消耗的人力、物力，并能准确地查明各种因素对爆破效果的影响。它代表着90年代爆破技术的最高水平，也是爆破技术由工艺过渡到科学的重要标志之一。但是，从总体上看，爆破理论的发展仍然滞后爆破技术的要求，理论研究和生产实际仍有不小的差距。再加上爆破过程的瞬时性和岩石性质的模糊性、不确定性、致使爆破理论众说纷法，争论不止。美国矿业局W．L．福尔内（Faurney）等人认为：“岩石破碎的过程仍然没有阐明，在公开文献中尚有许多混乱和相互矛盾的论点……”南非的C．V．B．坎宁安（Cunninghan）在论及岩石爆破过程中动压与静压哪个占主导地位时谈到“60年代以来，一直为人们所争论，毫无疑问，今后仍将争论一段时间”。南非矿业研究会高级工程师J．R布里克曼（Brinkman）在1987年召开的第二届爆破破岩国际会议（2nd International Symposium on Rock Fragmentation byBlasting）上谈到：“岩石爆破破碎机理目前仍存在着相互矛盾的观点”。 在爆破理论迅速发展又众说纷云、相互矛盾的情况下，从发展的角度去研究不同时期各派爆破理论的主要论点、依据，从中找出发展趋势，无论是对于爆破理论本身的研究还是指导工程实践都有着重要意义。 爆破理论的传统内容包括，岩石是在什么作用力下破碎的；破碎的规律以及其影响因素。随着人们对爆破现象认识的逐步加深，对于爆破理论的研究内容和范围也相应扩大。 1958年日本召开的岩石爆破机理讨论会上，东京大学的山口梅太郎认为，爆破机理的研究范围应该包括： （1）力学的爆破机理： 理论的研究； 爆破时的各种测定； 现场爆破效果的总结。 （2）关于炸药的研究： 广义的炸药破坏力的研究； 药室内压力的研究。 （3）对作为爆炸对象的岩石性质的研究： 岩石物理性质的研究； 作为岩体的岩石性质的研究。 实践证明，这些观点已被很多人接受。前苏联学者A．H．哈努卡耶夫（Ханукаев）认为，爆破法破碎岩石的过程就是岩石爆破的物理过程。要使更多的炸药能量用于破碎岩石，就必须使炸药的爆轰性能与岩石的性质相匹配。因此，炸药的研究和岩石性质的研究构成了爆破机理研究的重要组成部分。我国著名学者杨善元教授认为，爆破是一种动态的力学过程，用“岩石爆破动力学”来概括岩石爆破的理论基础比较合适，其内容应该包括：（1）波动物理学； （2）爆炸力学（包括热流体力学与冲击波理论，热化学与爆轰理论）；

岩石的爆破破碎机理2008

岩石的爆破破碎机理2008-07-09 17:39 一、岩石爆破破碎的主因 破碎岩石的炸药能量以两种形式释放出来，一种是冲击波，一种是爆炸气体。但是岩石破碎的主要原因究竟是冲击波作用的结果还是爆炸气体作用的结果，由于认识和掌握资料的不同，便出现了不同的结果。 1、冲击波拉伸破坏理论（该观点的代表人物日野熊、美国矿业局的戴维尔） 当炸药在岩石中爆轰时，生成的高温、高压和高速的冲击波猛烈冲击周围的岩石，在岩石中引起强烈的应力波，它的强度大大超过了岩石的动抗压强度，因此引起周围岩石的过度破碎。当压缩应力波通过粉碎圈以后，继续往外传播，但是它的强度已大大下降到不能直接引起岩石的破碎。当它达到自由面时，压缩应力波从自由面反射成拉伸应力波，虽然此时波的强度已很低，但是岩石的抗拉强度大大低于抗压强度，所以仍足以将岩石拉断。这种破裂方式亦称“片落”。随着反射波往里传播，“片落”继续发生，一直将漏斗内的岩石完全拉裂为止。因此岩石破碎的主要部分是入射波和反射波作用的结果，爆炸气体的作用只限于岩石的辅助破碎和破裂岩石的抛掷。 2、爆炸气体的膨胀压理论（该观点的代表人物村田勉等） 从静力学的观点出发，认为药包爆炸后，产生大量高温、高压气体，这种气体膨胀时所产生的推力作用在药包周围的岩壁上，引起岩石质点的径向位移，由于作用力不等引起的不同的径向位移，导致在岩石中形成剪切应力。当这种剪切应力超过岩石的极限抗剪强度时就会引起岩石的破裂。当爆炸气体的膨胀推力足够大时，还会引起自由面附近的岩石隆起、鼓开并沿径向方向推出。它在很大程度上忽视了冲击波的作用。 3、冲击波和爆炸气体综合作用理论（该观点的代表人物有C.W.利文斯顿、φ.A.鲍姆，伊藤一郎，P.A.帕尔逊、H.K.卡特尔，L.C.朗和N.T.哈根等）这种观点的学者认为：岩石的破碎是由冲击波和爆炸气体膨胀压力综合作用的结果。即两种作用形式在爆破的不同阶段和针对不同岩石所起的作用不同，爆炸冲击波（应力波）使岩石产生裂隙，并将原始损伤裂隙进一步扩展；随后爆炸气体使这些裂隙贯通、扩大形成岩块，脱离母岩。此外，爆炸冲击波对高阻抗的致密、坚硬岩石作用更大，而爆炸气体膨胀压力对低阻抗的软弱岩石的破碎效果更佳。 二、炸药在岩石中的爆破作用的范围 1、炸药的内部作用 假设岩石为均匀介质，当炸药置于无限均质岩石中爆炸时，在岩石中将形成以炸药为中心的由近及远的不同破坏区域，分别称为粉碎区、裂隙区及弹性振动区。 （1）粉碎区（压缩区） 炸药爆炸后，爆轰波和高温、高压爆炸气体迅速膨胀形成的冲击波作用在孔壁上，都将在岩石中激起冲击波或应力波，其压力高达几万MPa、温度高达30000以上，远远超过岩石的动态抗压强度，致使炮孔周围岩石呈塑性状态，在几到几十毫米的范围内岩石熔融。尔后随着温度的急剧下降，将岩石粉碎成微细的颗粒，把原来的炮孔扩大成空腔，称为粉碎区。如果所处岩石为塑性岩石（黏土质岩石、凝灰岩、绿泥岩等），则近区岩石被压缩成致密的、坚固的硬壳空腔，

岩石爆破破碎机理研究

黄志强 （桂林工学院，广西，桂林541004） 【摘 要】岩体的软弱层面会影响到爆破破碎效果，如何确定岩石材料的缺陷在爆破破碎中的影响因子是研究岩石破碎机理的关键。通过对当前岩石爆破破碎的研究现状进行综合分析、评述，讨论了岩石爆破破碎机理研究的要点以及今后的研究重点，为后续相关研究指出了方向。 【关键词】岩石破碎；爆破机理；损伤 【中图分类号】TD231.1 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2007)12-0086-02 岩石爆破的破碎效应是影响交通土建、水利、矿山等工程效益的重要指标，它影响到生产过程中的铲装、运输和粗碎等工序的效率和成本，也影响到道路、堤坝等基础工程的渗透性、沉降性和稳定性。因此，岩石爆破破碎理论的研究一直是岩石动力学和岩石爆破研究领域的一个热点问题，研究并揭示爆破作用下岩石破碎机理对促进爆破理论和相关技术的发展、提高工程质量和效益具有十分重要的理论和实际意义。 （一）当前研究成果 岩体由于其材料的特殊性，内部具有较多的节理、裂隙、层理等不连续层面，这些不连续面对爆破破碎效果会产生严重的影响，主要体现在应力集中、应力波反射增强、能量耗散、高压爆生气体外逸等。因此在岩石爆破设计、施工中如何处理岩石中的不连续面对爆破效果的影响，是当前研究岩石爆破破碎机理的主要问题。 国内外学者进行的大量研究指出：裂隙岩石的破碎是由爆炸冲击波与爆生气体共同作用的结果，但与均匀介质材料爆破相比，岩体的破碎主要是爆炸应力波作用的结果，裂隙岩体的爆炸气体膨胀压力较小，只是当应力波将岩石破碎成块以后，起到促使碎块分离的作用；应力波在裂隙岩体的传播过程中，在裂隙之间传播的扰动将会产生新的破裂；由于裂隙的发展速度有限，爆炸载荷的速率对裂隙的成长有较大的作用，而高应变率载荷容易产生较多的裂隙。 在此基础之上，当前的相关研究主要在两方面展开，一是追求普遍适用于各种爆破计算和分析、旨在建立相关计算模型的理论研究；一是结合一定工程实践，适用于一定范围的具体工程设计和参数优化的实验研究。在理论研究方面，从岩石破碎研究的发展历程来看，可将其分为弹性理论阶段、断裂理论阶段、损伤理论阶段和分形损伤理论4个阶段。 1.弹性理论阶段 弹性力学模型将岩石视为各向同性的均质、连续的弹性体，岩石在爆炸荷载作用下的破坏是因其内部最大应力超过岩石应力极限引起的。在破碎之前，岩石处于弹性状态。这种理论以弹性力学及有限元方法为基础，运用现代计算机技术可方便的简化工程问题、建立力学模型并加以分析计算。由于这种理论模型不考虑岩石的材料缺陷，其理论基础与实际情况有一定的差距。 2.断裂理论阶段 断裂力学模型认为岩石中的裂纹扩展及断裂破坏是影响岩石爆破破碎效果的主要因素。与弹性模型不同的是该类模型将岩石视为含有微裂纹的脆性材料，岩石的破化过程就是其内部裂纹产生、扩展和断裂的过程。但断裂力学模型仍将裂纹周围看作是均匀的连续介质，因而其仅适用于宏观裂纹形成之后的断裂阶段，对材料开始劣化到宏观裂纹形成之间的力学行为和物理过程并未进行分析描述，其适用范围只限于宏观裂纹已形成的有层理或沉积类岩石。 3.损伤理论阶段 1980年美国Sandia国家实验室的Kipp和Grady开始进行岩石爆破损伤模型的研究，他们认为岩石中存在着大量随机分布的原生裂纹，在爆破作用下部分原生裂纹将被激活并发生扩展，激活的裂纹数服从指数分布。他们运用损伤因子D表示这些岩石裂纹开裂及损伤程度。经过 Seamen、Grady、Kipp、Kus 等人的努力，最后，由 Throne 进一步完善建立了一个能 【收稿日期】2007-10-29 【作者简介】桂林工学院青年扶持基金项目，桂工院科［2007］4号 【作者简介】黄志强（1977－），男，四川武胜人，桂林工学院讲师，主要从事工程力学相关科研工作。 岩石爆破破碎机理研究

岩石地基基础设计要求

岩石地基基础设计要求 岩石地基基础设计要求 《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011中第6.5节规定 6.5.1岩石地基基础设计应符合下列规定： 1、置于完整、较完整、较破碎岩体上的建筑物可仅进行地基承载力计算； 2、地基基础设计等级为甲、乙级的建筑物，同一建筑物的地基存在坚硬程度不同，两种或多种岩体变形模量差异达2倍及2倍以上，应进行地基变形验算； 3、地基主要受力层深度内存在软弱下卧岩层时，应考虑软弱下卧岩层的影响进行地基稳定性验算； 4、桩孔、基底和基坑边坡开挖应控制爆破，到达持力层后，对软岩、极软岩表面应及时封闭保护； 5、当基岩面起伏较大，且都使用岩石地基时，同一建筑物可以使用多种基础形式； 6、当基础附近有临空面时，应验算向临空面倾覆和滑移稳定性。存在不稳定的临空面时，应将基础埋深加大至下伏稳定基岩；亦可在基础底部设置锚杆，锚杆应进入下伏稳定岩体，并满足抗倾覆和抗滑移要求。同一基础的地基可以放阶处理，但应满足抗倾覆和抗滑移要求；

7、对于节理、裂隙发育及破碎程度较高的不稳定岩体，可采用注浆加固和清爆填塞等措施。 6.5.2对遇水易软化和膨胀、易崩解的岩石，应采取保护措施减少其对岩体承载力的影响。 在岩石地基，特别是在层状岩石中，平面和垂向持力层范围内软、硬岩相间出现很常见。在平面上软硬岩石相间分布或在垂向上硬岩有一定厚度、软岩有一定埋深的情况下，为安全合理的使用地基，就有必要通过验算地基的承载力和变形来确定如何对地基进行使用。岩石一般可视为不可压缩地基，上部荷载通过基础传递到岩石地基上时，基底应力以直接传递为主，应力呈柱形分布，当荷载不断增加使岩石裂缝被压密产生微弱沉降而卸荷时，部分荷载将转移到冲切锥范围以外扩散，基底压力呈钟形分布。验算岩石下卧层强度时，其基底压力扩散角可按30°～40°考虑。由于岩石地基刚度大，在岩性均匀的情况下可不考虑不均匀沉降的影响，故同一建筑物中允许使用多种基础形式，如桩基与独立基础并用，条形基础、独立基础与桩基础并用等。基岩面起伏剧烈，高差较大并形成临空面是岩石地基的常见情况，为确保建筑物的安全，应重视临空面对地基稳定性的影响。

破碎岩体强度理论综述

HOEK -BROWN强度准则及其在破碎岩体强 度中的应用 摘要：岩石是有大量岩块和结构面组成的不均匀的各向异性材料。但是因为岩体内部结构的不可预见性和建模、计算能力的限制，很多情况下，只能将岩体作为均匀的宏观复合材料进行研究。如何准确定义破碎岩体的强度成了一个关系计算准确性和工程安全的重要问题。本文阐述了岩石力学中破碎岩体的主要强度理论。并对HOEK -BROWN强度理论的提出、发展、参数的选取与确定及实际应用进行了详细的探讨。 关键词：HOEK -BROWN强度准则，破碎岩体，岩体强度理论 1.研究岩体强度理论的重要性 人类生活和经济活动越来越离不开以岩体为对象的工程建设,例如水利水电工程、铁道交通工程、工业与民用建筑、隧道工程、矿山建筑与开发工程、国防工程、冶金化工、地震与防护工程等。总的来说,它们都需要以研究岩体的力学特征为基础。随着岩体工程的规模、数量及复杂性的增加,所涉及的岩体力学的问题也越来越复杂,以至于经常有重大岩体工程事故发生。美国的圣弗朗斯西重力坝、法国马尔帕塞大坝、意大利瓦扬水电站、加拿大亚当贝克水电站压力管道及日本关门铁路隧道等工程的失败或失事的惨痛教训,使人们意识必须加强岩体力学理论研究和分析,正确把握岩体在外荷载作用下的强度、变形及破坏规律。 2.研究破碎岩体强度的难点 在实际工程中遇到的均质岩体情况很少见,所碰到的岩体绝大多数均被各种结构面切割与破碎。节理是岩体中发育最广泛的一种结构面,在很多情况下节理面的力学性质很软弱。节理的存在严重的破坏了岩体的连续性和完整性,大大改

变了岩体的力学性质。节理岩体工程性质的特殊性主要表现在一下三个方面不连续。节理岩体是由不同规模、不同形态、不同成因、不同方向和不同次序的节理面以及被节理面围限而成的结构体共同组成的综合体,节理岩体在几何上和工程性质上都具有不连续性。由于发育在岩体中的节理面具有明显方向性,受节理面影响,节理岩体的工程性质呈现显著的各向异性。另外,实际工程岩体被节理切割程度的大小也与岩体工程规模有关,工程岩体结构也会随着含节理数的多少而发生变化,如图所示,所考虑的岩体范围越小,岩体中所含有的节理数就愈少,因而岩体的结构类型也就会有所不同。由于节理岩体工程性质的不连续、各向异性以及岩体组成物质的非均质,加之节理面在岩体不同部位发育程度和分布规律的差异,不同工程部位的岩体表现出不同的工程性质。节理在地壳上部岩石中具有广泛的分布,并且在岩体介质中呈现出强度低、易变形的特征。节理的发育常常为大坝、边坡和地下硐室等工程带来隐患,并导致工程岩体的失稳与破坏。地质工程中的岩体强度预测、岩坡稳定性分析、岩基承载力确定、地下硐室围岩稳定性评价及相关的动力学现象围岩垮塌或岩爆均直接或间接与岩体变形及强度特征有关。鉴于此,普遍认为节理岩体变形及强度特征的研究是一个富有挑战性的基础性课题,开展此方面的研究不仅非常必要,而且有着重要的实用价值和工程意义。节理的存在不仅大大改变岩体的力学性质,降低岩体的变形模量及强度参数,并使岩体呈现明显的各向异性。节理岩体变形具有各向异性的特征己为人们所熟知,竖向分布节理岩体的变形模量明显大于水平分布节理岩体的变形模量,这种区别主要在于变形机制不同。垂直节理面的压缩变形量主要是由岩块和节理面压密综合而成,平行节理面方向的压缩变形量主要是岩块和水平节理面的错动构成,节理岩体各方向的变形性质的差异由此而产生。与变形特征相类似,节理岩体也具有明显的强度各向异性特征。通常为了实际的需要将岩石近似地简化为各向同性体,基本上未考虑各向异性的性质,对一种岩石只给出一个确定的强度指标。在实际的岩石试验过程中发现,即使是同一地点取出的岩石,不同方向上的强度试验结果,往往也具有很大的离散性。因为本身就已经是各向异性的岩体,在后期构造改造的作用下,其各向异性表现得更加突出。参照图所示,对不含节理的完整岩体,可认为其在宏观上为均质、各向同性的材料对含有一组、二组或三组节理的岩体,其力学性质通常表现为各向异性若岩体被四组或四组以上的等规模、等间距及强度基

东北大学岩石力学讲义第二章岩石破坏机制及强度理论.

第二章 岩石破坏机制及强度理论 第一节 岩石破坏的现象 在不同的应力状态下，岩石的破坏机制不同，常见的岩石破坏形式有以下几种 一、拉破坏：岩石试件单向抗压的纵向裂纹，矿柱，采面片帮。特点出现与最大应力方向平行的裂隙。 二、剪切破坏：岩石试件单向抗压的X 形破坏。从应力分析可知，单向压缩下某一剪切面上的切向应力达到最大引起的破坏。 (a ) (b )

三、重剪破坏：即沿原有的结构面的滑动、重剪破坏 主要的机制：岩体受剪切作用或者受拉应力的作用、三向受压情况下多数为剪切应力的作用，侧向压力较小时可能是拉神破坏，实际工程中可能是不同机制的组合，但侧向应力较大时，可以认为剪切应力是岩石重剪破坏的主要破坏机制。 从岩石破坏的现象看，从小到几厘米的岩块到大的工程岩体，破坏形式雷同，并可归纳为两种，拉断与剪坏，因此有一定的规律可寻。 对岩石破坏的研究： 在单向条件下可以从实验得到破坏的经验关系。但是三向受力条件下，不同应力的组合有无穷多种，因此无法仅仅依靠实验得到破坏的经验关系，因此在一般应力状态，对岩石破坏的研究需要结合理论分析和试验研究两个方面。现代关于岩石破坏的理论分析一般归结为、寻求破坏时的主应力之间的关系 123(,)f σσσ= 研究的方法有：理论分析；2、试验研究；3、理论研究结合试验研究。 第二节 岩石拉伸破坏的强度条件 一、最大线应变理论 该理论的主要观点是，岩石中某个面上的拉应变达到临界值时破坏，而与所处的应力状态无关。强度条件为 c εε≤ (2-1) c ε—拉应变的极限值，ε—拉应变。

若岩石在破坏之前可看作是弹性体，在受压条件下σ1>σ2>σ3下， 3ε是最小主应力。按弹性力学有3 3E E σμ εσσ= -12（+），即33E εσμσσ=-12（+）。若3ε<0则产生拉应变。由于E >0，因此产生拉应变的条件是 3σμσσ-12（+）<0，3μσσσ12（+）> 若3ε=0ε<0则产生拉破坏，此时抗拉强度为0t E σε＝?0t E σε＝。 按最大线应变理论30εε≥破坏，即 312()t σμσσσ-+≥ (2-2) 式中0ε是允许的拉应变。 二、格里菲斯理论 格里菲斯理论的主要观点是：材料内微小裂隙失稳扩展导致材料的宏观破坏。 格里菲斯理论的主要依据是：1）、任何材料中总有各种微小微纹；2）、裂纹尖端的有严重的应力集中，即应力最大，并且有拉应力集中的现象；3）、当这种拉应力集中达到拉伸强度时微裂纹失稳扩展，导致材料的破坏。 格里菲斯理论的来源：由玻璃破坏得到的启示。 格里菲斯理论的基本假设为： 1、岩石的裂隙可视为极扁的扁椭圆裂隙； 2、裂隙失稳扩展可按平面应力问题处理； 3、裂隙之间互不影响。 按格里菲斯理论，裂纹失稳扩展条件为 1）、当1330σσ+>时，满足 21313()8()0t σσσσσ-++= (2-2)

冲击载荷作用下岩石破碎数值模拟及试验研究(精)

0引言 花岗岩是钨矿围岩中常见的一种岩石。目前许 多钨矿矿山为了延长矿山服务年限,急需加强矿山外围和深部勘探,这就需要进行大量的矿岩破碎工程。冲击载荷作用下破碎岩石是目前运用较为广泛的一种破岩方法,但其破岩机理还有待进一步研究。近年来,非线性科学中的分形理论、系统科学中的突变理论和数值模拟方法等现代科学理论开始渗入岩石破碎研究领域[1-5],取得了一些成果。但是,分形理论在岩石破碎中主要被用于研究破碎块度,无法建立破碎结果与破碎的物理机制之间的相互关系;突变理论主要研究系统参数发生微小变化后结构的稳定与否,它在岩石破碎领域的应用目前主要局限于地震与岩爆等由缓慢变形到突然破裂的现象,尚没有用于研究凿岩等由于冲击载荷产生的破坏现象;数值模拟方法是用来沟通理论模型和实验研究的桥梁,但岩石的本构模型准确性、客观性以及岩石性质参数和边界条件还需要加以研究。因此冲击载荷破岩的数值模拟与试验研究相接合对丰富冲击破岩理论具有重要意义。 1冲击载荷破岩特点 1.1岩石断裂形态 如图1所示,压头侵入硬岩时一般产生径向、中 间和侧向裂纹,同时在压头下方还会形成一个密实核,在钠玻璃上进行侵入试验表明,形成的密实核近似于半球形,其主要特征是发生了剪切变形[6]。由此可看出侧向裂纹是从剪切变形区底部起裂的。侧向裂纹一般在卸载过程产生并扩展,中间裂纹产生于加载过程,并在卸载过程有部分弹性恢复;径向裂纹既可产生于加载过程,又可出现在卸载期间,但不论何时产生都在卸载过程继续发展。 1.2冲击破岩特点 岩石在冲击载荷作用下将引起应力波在岩石中的传播。对应力波的描述包括频谱(即频率分布、能量分布、波速、波长等,同时岩石中裂纹或缺陷也有尺寸分布或

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

第二单元第11课《岩石碎裂了》练习

第二单元第11课《岩石碎裂了》练习 粤教粤科版小学科学四上第二单元第11课时 《岩石碎裂了》同步练习 一、填空题。 1、长期的（）变化、（）在岩石的裂缝中生长、（）等自然因素会引起岩石之间互相（）和（）也会对岩石造成破坏，使其碎裂！ 2、巨大的岩石块会变成（），再由（）变成（），最终形成颗粒更细小的（）。 3、在自然界中常能看到岩石（）的现象，如山上裸露的岩石有大小不一的（），山脚下常堆有（），河滩有很多的（）。 4、河中的岩石受河水搬运和冲磨，同时岩石之间长期互相（）和（），不断发生碎裂、变小、变圆滑。经过漫长的作用，就形成了（）。 5、由坚硬的（）变为松软的（），通常都要经历漫长的过程。所以，我们一定要珍惜宝贵的（）资源。 二、实验题。 （一）模拟温度变化对岩石的影响。 1、正确的顺序是（）（）（）（）。 A、接着再加热，再冷却，反复多次。 B、用镊子夹一块页岩放在酒精灯的火焰上烧。 C、观察岩石的变化。 D、把加热后的页岩迅速放进水里冷却。 2、现象：。 3、实验结论是（）。 A、坚硬的岩石经过冷热交替也不会发生变化。 B、坚硬的岩石经过冷热交替也会渐渐碎裂了。 （二）比较岩石硬度的实验。 1、正确步骤是（）（）（）（）。 A、然后用铜钥匙分别在岩石上刻划，记录结果。

B、首先用指甲分别在岩石上刻划，记录结果。 C、最后用铁钉分别在岩石上刻划，并记录结果。 D、准备实验材料：页岩、石灰岩、花岗岩、铜钥匙、铁钉。 2、实验结论是（）。 A、页岩最软，花岗岩最硬。 B、石灰岩比页岩软。 粤教粤科版小学科学四上第二单元第11课时 《岩石碎裂了》同步练习答案 一、填空题。 1、昼夜温度植物的根系流水、风碰撞摩擦 2、碎石碎石沙粒土壤 3、破碎裂缝碎石砾石 4、碰撞摩擦鹅卵石 5、岩石土壤土壤 二、实验题。 （一）模拟温度变化对岩石的影响。 1、B D A C 2、岩石会碎裂，变小，碎石边缘比较锋利，用来冷却岩石的水中也有从岩石上脱落的碎屑。 3、B （二）比较岩石硬度的实验。 1、D B C A 2、A 第一单元第07课《胎生动物》练习 粤教粤科版小学科学四上第一单元第7课时 《胎生动物》同步练习 一、填空题。 1、有些动物通过（）的方式繁殖后代，有些动物通过（）的方式繁殖后

岩石破碎力学作业

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 crusher 1 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