第二章：岩石破碎基本原理

《冲击荷载下岩石切削破碎能量耗散特征分析》篇一一、引言在岩石工程中，冲击荷载下的岩石切削破碎是一个复杂的物理过程。

随着工程技术的发展，对于岩石的破碎效率和效果的要求不断提高。

而要研究并提升破碎效率，关键在于深入理解岩石在受到冲击荷载时能量耗散的特征。

本文以这一需求为出发点，对冲击荷载下岩石切削破碎的能量耗散特征进行详细分析。

二、冲击荷载下岩石切削破碎的基本原理在冲击荷载作用下，岩石的切削破碎过程主要涉及到冲击力、切削力和岩石内部的应力分布等多个方面。

其中，冲击力能够引发岩石的应力波传播，产生局部破碎；而切削力则直接影响到岩石的切削效果和破碎粒度。

这两种力的作用相互影响，共同决定了岩石的破碎效果。

三、能量耗散的特征分析（一）能量耗散的形式在冲击荷载下，岩石切削破碎过程中的能量耗散主要表现在以下几个方面：一是由于材料变形和破碎引起的能量转化；二是由于摩擦和接触损耗导致的能量损失；三是由于热能产生导致的能量损失。

这些形式的能量耗散都直接影响着破碎过程的效率和效果。

（二）能量耗散的分布特点在岩石切削破碎过程中，能量耗散的分布是不均匀的。

一般来说，冲击力作用区域和切削力作用区域的能量耗散较为集中，而其他区域的能量耗散则相对较小。

此外，随着破碎过程的进行，能量耗散的分布也会发生变化，这主要是由于岩石内部应力分布的变化所导致。

（三）能量耗散与破碎效果的关系能量耗散与破碎效果之间存在着密切的关系。

一般来说，能量耗散越大，岩石的破碎效果越好。

但是，过大的能量耗散也会导致设备能耗增加，降低工作效率。

因此，如何在保证破碎效果的同时降低能量耗散，是提高岩石切削破碎效率的关键。

四、实验研究与分析为了更好地研究冲击荷载下岩石切削破碎的能量耗散特征，我们进行了大量的实验研究。

通过实验数据的分析，我们发现：在不同类型的岩石中，能量耗散的分布和形式存在差异；在切削速度和切削深度不同的条件下，能量耗散的大小和分布也会发生变化；此外，切削工具的材质和形状也会对能量耗散产生影响。

爆破原理及爆破方法第一节爆破作用原理一、岩体爆破破坏机理爆破是当前破碎岩石的主要手段。

关于岩石等脆性介质爆破破坏机理，有许多假设，按其基本观点，归纳起来有爆轰气体膨胀压力作用破坏论、应力波及反射拉伸破坏论、冲击波和爆轰气体膨胀压力共同作用破坏论三种。

1．爆轰气体膨胀压力作用破坏论该理论认为炸药爆炸所引起脆性介质(岩石)的破坏，使其产生大量高温高压气体，它所产生的推力，作用在药包四周的岩壁上，引起岩石质点的径向位移，由于作用力的不等引起的径向位移，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破裂，当爆轰气体的膨胀推力足够大时，会引起自由面四周的岩石隆起，鼓开并沿径向推出。

这种观点完全否认冲击波的动作用，这是不符合实际的。

2．应力波反射拉伸破坏论该理论认为药包爆炸时，强大的冲击波冲击和压缩四周岩石，在岩石中激发成激烈的压缩应力波，当传到自由面反射变成拉伸应力波，其强度超过岩石的极限抗拉强度时，从自由面开始向爆源方向产生拉伸片裂破坏作用。

这种理论只从爆轰的动力学观点出发，而忽视了爆生气体膨胀做功的静作用，因而也具有片面性。

3．冲击波和爆轰气体膨胀压力共同作用破坏论该理论认为爆破时，岩石的破坏是冲击波和爆轰气体膨胀压力共同作用的结果。

但在解释岩石破碎的原因是谁起主导作用时仍存在不同的观点，一种认为冲击波在破碎岩石时不起主要作用，它只是在形成初始径向裂隙时起了先锋作用，但在大量破碎岩石时则主要依靠爆轰气体膨胀压力的推力作用和尖劈作用。

另一种观点则认为爆破时岩石破碎谁起主要作用要取决于岩石的性质，即取决于岩石的波阻抗。

关于高波阻抗的岩石，即致密坚韧的整体性岩石，它对爆炸应力波的传播性能好，波速大。

关于低波阻松软而具有塑性的岩石，爆炸应力波传播的性能较差，波速较低，爆破时岩石的破坏主要依靠爆轰气体的膨胀压力；关于中等波阻抗的中等坚硬岩石，应力波和爆轰气体膨胀压力同样起重要作用。

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。

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。

履带式单头液压岩石破碎机功效一、岩石破碎机的基本原理岩石破碎机是一种专门用于破碎岩石的设备，其基本原理是利用机械力对岩石进行压缩和破碎，从而使其达到所需的粒度和形状。

岩石破碎机通常包括进料装置、破碎腔、排料装置和传动装置等部分。

二、履带式单头液压岩石破碎机的特点1. 自动化程度高：履带式单头液压岩石破碎机采用液压系统控制，具有自动化程度高、操作简单、维护方便等特点，能够有效提高生产效率，降低劳动强度。

2. 破碎能力强：履带式单头液压岩石破碎机采用先进的液压技术和优质的合金刀具，具有强大的破碎能力，能够快速、高效地对各种硬度和大小的岩石进行破碎。

3. 适用范围广：履带式单头液压岩石破碎机适用于破碎各种硬度和大小的岩石，如花岗岩、石灰岩、页岩等，适用范围广泛。

4. 可移动性强：履带式单头液压岩石破碎机采用履带式底盘设计，具有良好的通过性和移动性，能够灵活地在各种复杂地形和环境中进行作业。

三、履带式单头液压岩石破碎机的功效1. 提高采矿效率履带式单头液压岩石破碎机具有破碎能力强、适用范围广、移动灵活等特点，能够提高采矿作业的效率。

特别是在采矿现场对岩石进行破碎和处理时，履带式单头液压岩石破碎机能够快速、高效地解决岩石破碎问题，节约人力、物力和时间成本。

2. 保障工程质量岩石在土木工程中占据着重要的地位，对岩石的破碎和处理质量直接影响着工程的质量和安全。

履带式单头液压岩石破碎机具有强大的破碎能力和精准的控制系统，能够确保岩石破碎的粒度和形状符合工程要求，保障工程质量和安全。

3. 减少能源消耗履带式单头液压岩石破碎机采用先进的液压技术和优质的合金刀具，具有破碎能力强、能耗低的特点。

在岩石破碎作业中，履带式单头液压岩石破碎机能够通过精准的控制系统和优化的工作参数，实现能源的高效利用，降低能源消耗，降低生产成本。

4. 保护环境在岩石破碎作业中，传统的破碎方法往往会产生大量的粉尘和噪音污染，对环境和周边居民造成影响。

7.4 岩石的爆破破碎机理7.4.1 岩石爆破破碎的主因破碎岩石时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窨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。

7.4.1.1 冲击波拉伸破坏理论该理论的代表人物：日野熊雄(Kunao Nino)、美国矿业局的戴维尔(Duvall W.L)(1）基本观点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，一直将漏斗范围内的岩石完全拉裂为止。

因此岩石破碎的主要部分是人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）观点的依据1）固体应力波的研究成果提供了可贵的借鉴①玻璃内的冲击波。

1947年，K．M．贝尔特（K．M，erd）用高速摄影机实测了冲击波的速度。

用电力引爆直径0．25rum的铜丝在玻璃板中爆炸，产生的冲击波速度为5600～11900m／s、破坏的顺序是，爆源附近十边界端、玻璃板中部。

这个结果与日野氏提出的“粉碎圈”、“从自由面反射波拉断岩片”的论述相同。

②日野氏等吸收了H．考尔斯基（Kolsky）对固体应力波研究最主要的成果，例如：炸药爆轰在固体内激发的冲击波；冲击波在自由面反射形成介质的拉伸破坏；多自由面反射波的重复作用等观点。

2）脆性固体抗拉强度①抗拉强度的重要性。

岩石的抗压强度决定着爆源附近粉碎圈的半径。

由于岩石的抗压强度很高，通常粉碎圈半径很小。

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。

凿岩爆破工程知识点总结一、爆破原理凿岩爆破的基本原理是利用爆炸能量将岩石破碎为较小的块状物，以便进行后续的处理和清理。

爆破的基本原理是在爆破孔内装填火药或其他爆炸药，通过对火药或爆炸药进行引爆，使其瞬间释放出巨大的能量，产生冲击波和高温气体，从而使岩石发生破碎和破裂，达到破碎岩石的目的。

凿岩爆破的爆破原理是根据岩石的物理和力学性质，合理设计和布置爆破孔，通过对爆破孔和爆破参数的控制，使岩石在爆破作用下破碎成合适的颗粒，以便于装运和处理。

二、爆破材料1、爆破药爆破药是凿岩爆破的核心材料，它直接决定了爆破效果和爆破成本。

主要的爆破药有硝化甘油炸药、硝化纤维素炸药、水凝胶炸药等。

硝化甘油炸药具有爆炸威力大、安全性好、适应性广等特点，是目前应用最广泛的爆破药品。

硝化纤维素炸药燃烧速度快、爆炸威力大，适合用于岩石的冲击爆破。

水凝胶炸药是一种新型的爆破药，具有低爆炸温度、安全性好等特点，适合用于高温环境和潮湿环境的爆破作业。

2、引爆药引爆药是用来引爆主爆破药的药剂，主要有导爆索、导爆管、导爆带等多种形式。

导爆索是一种细长的导爆药品，常用于起爆装置的连接和传导。

导爆管是一种中空的导爆药品，常用于在爆破孔中起爆主爆破药。

导爆带是一种片状的导爆药品，可以用于起爆装置的连接和传导。

三、爆破设计1、爆破参数在进行凿岩爆破工程时，需要根据爆破岩体的物理和力学性质，合理确定爆破参数。

常用的爆破参数包括爆破孔的直径、深度、间距、密度、装药量、装药方式、引爆顺序、引爆时间等。

这些参数的合理设置将直接影响到爆破成效和爆破安全。

2、爆破方案爆破方案是指根据爆破设计要求，制定合理的爆破作业方案。

在进行凿岩爆破工程时，需要根据工程的具体情况，确定爆破方案，包括爆破孔的布置、装药方式、引爆顺序、引爆时间等多个方面。

爆破方案的合理性将直接影响到爆破效果和安全性。

四、爆破作业1、爆破孔的布置在进行凿岩爆破工程时，需要对爆破孔进行合理的布置。