凿岩爆破之岩石性质及其分级

1.4 岩石分级和围岩分类
岩体的结构和力学性都很复杂，为便于研究、 类比，有必要对岩体进行分类。

1.4.1 普氏岩石分级法（坚固性系数） 我国矿山长期使用的普氏岩石分类，是以普 氏岩石坚固性系数f（其值等于固结性岩石单 轴抗压强度 kg/cm2 数值的百分之一 { 十分之 一 } ）为准，按 f 值的变动范围将岩石划分为 10级。 表
d— 试件直径；cm；
t—试件厚度，cm； a，h—方形试件边长和厚度，cm。
1.3.2.3 岩石的剪切强度τf
1、剪切面上无压应力的剪切试验
2、剪切面上有压应力的剪切试验
试件尺寸：直径或边长不小于50mm，高度应等 于直径或边长。
P A
T A
3、斜剪试验
忽略端部摩擦力，根据力的 平衡原理，作用于剪切面上的 法向力N和切向力Q可按下式计 算：
井巷工程
采矿就是为了将地下的矿藏开采出来，要
达到这样的目的，就必须从地面到各煤层 开掘各种通道。 直立的通道称为竖井； 倾斜的通道称为斜井（上山、下山）； 水平或近似水平的通道称为平巷； 这些通道统称为井巷。
平硐开拓
斜井开拓
竖井开拓
在煤矿建设、生产中，常常说到的开拓开采，


1.4.2 围岩分类法
岩体的工程分类应当能反映出岩石的强度、 岩石破坏前后的变形特征和岩体结构等。这种分类在矿山ຫໍສະໝຸດ 采用。 表 表
1.4.3 岩石质量指标 10厘米以上岩芯累计长度与钻孔长度之比。


这种分类在石油系统采用。
表

思考题：
1. 岩石和岩体的概念？
就是开掘一系列井巷，并将煤炭从地层上采 下来的一系列工作。 而井巷工程就是其中开拓工作，它是煤矿建 设、生产中先行，没有开拓就没有开采。 井巷工程的对象：岩石。

（2）台阶开挖法
将设计断面分上半部断面和下半部断面两次开挖成 型；或采用上弧形导坑超前开挖和中核开挖及下部开挖 （即台阶分部开挖法）。
台阶开挖法特点：
（1）有利于开挖面的稳定，尤其是上部开挖支护后，下部 断面作业就较为安全；
（2）具有较大的工作空间和较快的施工速度，但上下部作 业有相互干扰影响；
（4）在软弱破碎围岩地段，使断面及早闭合，以有效地发挥支护体 系的作用，保证隧道的稳定；
（5）二次衬砌原则上是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下修 筑的，围岩与支护结构形成一个整体，因而提高了支护体系的安 全度；
（6）尽量使隧道断面周边轮廓圆顺，避免棱角突变处应力集中； （7）通过施工中对围岩和支护结构的动态观察、量测，合理安排施
爆破附加知识：
• 地基加固 • 核武器当量 • 广岛原子弹
爆破作用指数
• 爆破作用指数（英译：index of blasting action），它是爆破漏斗半径r和最小抵抗 线W的比值，以n表示，可以用下式表示：
•
n=r/w
• 自由面——被爆破的岩石与空气接触的面 叫做自由面，又叫临空面。自由面在工程 爆破中起着非常重要的作用，有了自由面 ，爆破后的岩石才能向这个面破坏和移动 。在工程爆破中为了控制爆破作用人们常 常在爆破附近人为地创造自由面。在长期 爆破实践中人们总结下一条简单的经验， 即自由面多，爆破效果好。
锚杆
• 锚杆，英文“Bolt”；“bolting（准确称 谓）”；“anchor（早期称谓）”是当代 煤矿当中巷道支护的最基本的组成部分， 他将巷道的围岩加固在一起，使围岩自身 支护自身。现在锚杆不仅用于矿山，也用 于工程技术中，对边坡，隧道，坝体进行 主体加固。
新奥法施工程序流程:

2· 岩石性质与其结构和构造有关。 如岩石中矿物的结晶程度、颗粒形状和大小、颗粒之间的胶结程 度等。当矿物成分一定时，呈细晶、隐晶结构时，岩块强度较高； 反之则低。 3· 岩石性质与胶结物的性质有关。 如硅质胶结的强度最大、铁质、钙质、泥质、凝灰质胶结相继次 之。如花岗岩、黄铁矿、石灰岩、泥岩等。 4· 岩石强度与其成因有关。 火成岩的强度一般大于沉积岩和变质岩。 5· 岩石强度与变质和风化程度有关。 变质程度越高，强度越大、反之越低；风化程度越高，而强度越 低。 研究岩石性质时，常用到岩石、岩块与岩体这三个术语。
井巷施工最基本的过程就是将岩石从岩体上破碎下来，形成所需 的井巷空间，这个过程称为破岩。破碎下来的岩石，用装岩设备装 入矿车或输送机运出，这个过程称为装岩运输。接着对这些空间进 行必要的维护，防止围岩的破坏和垮落，这个过程称为支护。因此 破岩和井巷维护成为井巷工程的主要问题。为了合理和有效地进行 破岩和井巷维护，就要对岩石与岩体的物理力学性质有所了解，研 究岩石的工程特性，为设计和施工提供依据。 岩石是由一种或多种矿物组成的天然结构体，每种矿物都有其一 定的内部结构和比较固定的化学成分，因而也各具有一定的物理性 质和形态。不同的岩石，具有不同的力学特性。 1· 岩石性质与它的矿物组成有关。 一般说来，岩块中所含硬度大的粒状和柱状矿物（石英、长石、 角闪石、辉石、橄榄石等）越多，岩块强度越高。含硬度小的矿物 （云母、绿泥石、滑石、蒙脱石、伊犁石、高岭石）越多，其强度 越低。
第二节岩石的物理性质
4.岩石的软化性: 岩石浸水后其强度明显降低的特性 为之岩石软化。岩石软化性用 软化系数表示： η C ＝RCW/RC ≤1 (1－7) ηc----岩石的软化系数，无量纲 ; R ----水饱和状态下岩石试件的单向抗压强度,MPa; R ----干燥状态下岩石试件的单向抗压强度, MPa; 5.岩石的膨胀性和崩解性 膨胀性：指软岩吸水后体积增大的现象。 崩解性：指软岩吸水后解体的现象。 四.岩石的碎胀性 K＝V1/ V >1 （1· 8－2· 0） (1－8) K----岩石的碎胀系数; V1----岩石破碎后的体积,m3; V----岩石破碎前的体积, m3;

密度（g/cm）
2.6~2.7 2.8~3.0 2.85~3.0 2.71~2.85 2.5~2.6 2.58~2.69 2.2~2.4 2.3~2.7 2.9~3.0 2.6~2.7 2.65~2.9 1.6~2.1 1.5~1.7
容重（t/m3）
2.56~2.67 2.75~2.90 2.8~2.9 2.46~2.65 2.3~2.4 2.47~2.56 2.0~2.3 2.1~2.57 2.65~2.85 2.5 2.54~2.85 1.6~2.0 1.4~1.6
视频1
视频2
ρ不包括孔隙在内的岩石密度。
M
V
V0
γ包括孔隙在内的岩石单位体积重 量，也称岩石的体重。
G V
视频1 视频2
岩石的孔隙度、密度、容重主要影 响岩石的抛掷、堆积和装运。 一般来说，密度和容重越大，就越 难破碎，在抛掷爆破时需消耗较多的能 量去克服重力的影响。 几种岩石孔隙度、密度、容重 见表1-1。
第1章 岩石的性质及其分级
岩石的物理性质 岩石的力学性质 岩石的分级
凿岩爆破的对象是岩石， 正确认识岩石的相关性质，并 在此基础上对岩石进行分级， 能为爆破设计、施工、制定生 产定额以及成本核算等提供依 据。
1
岩石的矿物成分和组织特性
1）矿物成分 三大类岩石(侵入岩、沉积岩、变质 岩)具有不同的矿物成分，含有方解石 CaCO3，长石K[AlSi3O6]，硅酸盐和氧化 物(SiO2)的岩石硬度高，如花岗岩、玄武 岩；含泥质矿物的岩石硬度低，如石炭 岩、泥页岩等。 硬度高低对凿岩效果有重要影响。
视频1 视频2
2）岩石的结构构造 结构 矿物晶粒的形状及晶粒之间的连结。 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。