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1、第4章 爆破工程地质 4.1 岩石的性质 1.岩石的物理性质 (1)孔隙度 岩石中孔隙的总体积V0与岩石的总体积V之比。即 岩石(体)存在孔隙,会削弱岩石的强度。,爆破工程,(2)密度 岩石的质量M与其体积(V-V0)之比。即 (3)容重 包括孔隙在内的岩石单位体积重量,又称岩石的体重。 岩石的孔隙度、密度、容重主要影响岩石的抛掷、堆积和装运。 几种岩石的孔隙度、密度、容重详见表1-1(P6)。,4 爆破工程地质,(4)岩石的碎胀性 碎胀性是指岩石破碎后,总体积增加的性质。 碎胀性常用碎胀系数或松散系数K,则 。 采掘工程中,选用装载、运输、提升等设备容器时,必须考虑碎胀系数; 岩石爆破所需膨
2、胀空间与岩石碎胀系数有关。,4 爆破工程地质,(4)岩石的波阻抗 岩石密度与纵波在岩石中传播速度的乘积。即 波阻抗表示岩石对应力波传播的阻尼作用,一般波阻抗越大,凿爆越困难; 波阻抗对爆破能量在岩体中的传播效率有直接影响,当炸药的波阻值与岩石的波阻抗值相接近(相匹配)时,爆破传给岩石的能量就多,在岩石中所引起的应变值就越大,获得的爆破效果就越好。,4 爆破工程地质,2.岩石的静力学性质 静载载荷不随时间变化或随时间变化不大。 (1)岩石的弹性、塑性及脆性 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。这种性质的变形称为弹性变形。 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
3、数一样表示。 塑性:载荷去掉后,岩石形状大小不能完全恢复而产生残余(永久)变形的性质,这种性质的变形称为塑性变形。 如泥页岩,高岭土矿,巷道底鼓。,4 爆破工程地质,脆性:在外载荷作用下,岩石没有产生显著的永久变形(塑性变形)就开始破坏的性质,一般岩石呈脆性破坏。 注:与脆性相反,塑性岩石在破坏前有较明显的永久变形。 (2)岩石的强度和硬度 强度:指岩石抵抗外力破坏的能力。 硬度:指岩石抵抗工具侵入的能力。,4 爆破工程地质,3.岩石的动力学性质 动载:载荷随时间而变化。它不是一个常数,而是时间的函数。 动载特点: a.其大小与加载速度有关,不是一个定数; b.抗压强度比静载大得多,而抗拉强度
4、与静载相近。,4 爆破工程地质,1.炸药爆炸的载荷性质 炸药爆炸产生的载荷属冲击载荷。 2.岩石在爆炸冲击载荷作用下的力学反应 爆炸冲击载荷作用下,岩石中产生(爆炸)应力波。 爆炸应力波在岩石中传播时,岩石既产生运动,又产生变形甚至破坏。,4 爆破工程地质,4.2 岩石分级 一、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,以正确有效地处理采矿中破坏与维护岩石这一最基本的矛盾。,4 爆破工程地质,二、岩石分级方法 1.普氏分级法(按岩石坚固性分类) (1)基本观点 岩石的
5、坚固性是凿岩性、爆破性及采掘性等的综合,也是岩石物理力学性质的概括体现,即岩石硬度、强度、凿岩性、爆破性是一致的。 (2)分级方法 用普氏坚固性系数f来大致概括,作为分级的根据。 共分10级,详见P89,表4-1。,4 爆破工程地质,(3)该分级方法的评价 强调了一致性,忽视了各岩石特性的特殊性和差异性,因此有一定的误差,显得有些片面和笼统,如难凿的岩石不一定难爆,但简单易行,易于推广。多年来在各类矿山流行使用。,4 爆破工程地质,2.苏氏分级法 (1)基本观点 与普氏分级法的基本观点相反,强调个性、差异性。 (2)分级方法 用生产现场实测的数据,按照凿岩性和爆破性的四个指标分类,将岩石分为1
6、6个等级。 (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。,4 爆破工程地质,3.哈努卡耶夫岩石分级方法 分级依据:岩石波阻抗。 岩石波阻抗值小者易爆,大都难爆。 根据岩石波阻抗值的大小可将岩石分为5级。 4.以能量消耗为准则的利文斯顿爆破漏斗岩石分级方法 (1)基本观点 能量准则是研究岩石破坏的根本准则。 (2)分级方法 根据爆破漏斗的体积大小和岩块的组成来分级。,4 爆破工程地质,5.我国岩石分级 概念上用普氏分级,但普氏系数f值的确定并无统一一标准。 东北工学院(现为东北大学)建议根据岩石的可钻性、爆破性和稳定性分别进
7、行分级。 东北工学院岩石可爆性分级: 分级依据:可爆性指数F 根据可爆性指数F,可将岩石分为5个等级。,4 爆破工程地质,评价: (1)具有可行性; (2)块度测定工作的劳动强度大,并有一定的随机性; (3)求算指数的计算式不够简便。,4 爆破工程地质,4.3 地质条件对爆破作用的影响 一、岩石性质对爆破作用的影响 主要影响:炸药单耗、孔网参数、爆破松散系数、爆破地震强度计算系数等很多爆破设计参数和安全计算系数。 二、岩体结构对爆破作用的影响 1.结构面对爆破作用的影响 结构面:是指发育于岩体中,具有一定方向和延伸性的各种地质界面,如断层、节理、层理及不整合面等。,4 爆破工程地质,结构面对爆
8、破有如下影响作用: (1)应力集中作用 结构面尖端产生应力集中,使岩体从结构面处先开裂。 (2)应力波反射拉伸作用 压应力波遇结构面反射为拉应力波,产生反射拉伸裂隙. (3)能量隔离与吸收作用 应力波通过张开裂隙或软弱带时,引起应力波反射以及软弱带内的介质产生压缩变形,对爆破能量起到了一定程度的隔离或吸收作用。,4 爆破工程地质,(4)能量泄漏作用 软弱带或软弱面与地表或溶洞贯通,炸药爆炸的部分能量将以“冲炮”或其他形式向临空面或溶洞泄出,使爆破效果明显降低。 (5)高压气楔作用 高温、高压爆轰气体侵入岩体结构面,对岩体产生气楔劈裂破坏作用,使结构面进一步扩展。,4 爆破工程地质,2.岩体结构
9、面对爆破作用的影响 主要取决于结构面的性质、产状与药包位置的关系。 (1)结构面对爆破块度的影响。 爆破碎块大小首先取决于原生裂隙面,其次为爆破作用形成的新鲜破裂面(次生破裂面)。 结构面的发育程度对块度分布有控制性影响,原生裂隙越多,块度愈大。,(2)断层对爆破效果的影响 断层通过药包位置。 对爆破不利,容易引起冲炮或爆轰气体泄漏,降低爆破威力,影响爆破效果。,4 爆破工程地质,断层与最小抵抗线相交 断层远离药包,影响小,反之则大;断层与最小抵抗线的交角大,影响小;反之则大。,4 爆破工程地质,断层切割爆破漏斗 影响爆破漏斗体积的大小:距药包远影响小,反之则大。,4 爆破工程地质,断层在爆破
10、漏斗范围以外 对爆破影响较小;如果断层在边坡体内,爆破后将严重影响边坡的稳定性。,4 爆破工程地质,另外,当山体较薄,出露于山体后面的断层,或侧向有深切山沟,出露于冲沟附近的断层,都有可能引起最小抵抗线方向的改变。,断层的存在,可能改变抛掷方向。I为可能改变的抛掷方向。,4 爆破工程地质,处理断层对爆破作用影响的措施 a.在断层两侧布置药包; b.避免最小抵抗线与断层平行,最好是互相垂直,可防止弱面突出; c.用多药包齐爆,有时可以减弱断层的影响。,4 爆破工程地质,(3)层理对爆破效果的影响 层理面对爆破的影响,主要取决于层理面的产状与最小抵抗线方向的关系。 平行:不改变抛掷方向,将减少爆破
11、方量,爆破漏斗呈方形坑,岩块抛掷距离比预计的要远;爆后常出现欠挖,容易留根底,还有可能顺层发生冲炮。,4 爆破工程地质,垂直:不改变抛掷方向,将扩大爆破漏斗,增加方量。,4 爆破工程地质,斜交:爆破抛掷方向将受到影响,爆破方量多数是减少,少数也可能增加;一般来说爆破方量在钝角一侧会增大,锐角一侧会缩小。,4 爆破工程地质,(4)节理裂隙对爆破效果的影响 岩体仅受1组节理切割时,对爆破的影响与层理的影响相似。 当两组X型交割时,W方向为其钝角等分线时,爆破方量可能增大; W方向为其锐角等分线时,爆破方量可能减少,但两者均不改变抛掷方向。,4 爆破工程地质,说明: 当岩体受到多组发育节理交割时,其
12、情况与上述有所不同。 由于岩体被切割成碎块,所以各节理都不能起主导作用,这时岩体接近于均质岩体。因此对W方向、爆破漏斗形状及爆破方量,基本上都不产生不利影响,但要适当减少炸药单耗。,(5) 溶洞或老硐对爆破效果的影响 影响:改变W方向;降低爆破威力造成破碎不均匀,影响爆破效果;严重时会引起冲炮,造成安全事故。,冲炮,4 爆破工程地质,3.地形条件对爆破效果的影响 (1)地形对爆漏斗形状的影响 平地:倒立的圆锥体; 斜坡:倒立的椭圆锥体; 山脊:两个倒立椭圆锥体组成; 孤立山头:多个倒立椭圆锥体组成。 (2)地形对抛掷方向的影响 平地:向上抛; 斜坡:沿斜坡面法线方向抛出; 山脊:向两侧抛掷;
13、孤立山头:四面开发; 山嘴:向三个方向飞散。,4 爆破工程地质,(3)地形与爆破方量的关系 临空面多,夹制作用小,方量大; 临空面少,夹制作用大,方量小。 如孤立山头爆破的方量要比平地大,平地爆破方量要比洼地、山沟大。 (4)地形与不同爆破类型的关系 松动爆破和加强松动爆破一般不受地形条件限制。 岩石破碎,但不抛掷。 抛掷爆破对地形条件的要求较高 岩石破碎、抛掷;将岩石抛向指定位置,并堆积成一定的形状,故对地形条件要求较高。 地形坡度愈陡,抛掷率愈高。,4 爆破工程地质,4.地下水对爆破的影响 地下水会降低炸药的敏感度和威力,甚至使炸药失效而产生拒爆; 使堵塞不紧而产生冲炮; 使雷管受潮或电爆网路短路,影响网路的质量。 在有水的地方爆破,应采取严密的防水措施。,4 爆破工程地质,4.4 爆破引起的工程地质问题 1.爆破裂隙 爆破一般会产生爆破裂隙,它分为两类: 一类是新裂隙;另一类是原有裂隙的扩展(由于爆破作用引起岩体中原有节理、裂隙的张开或扩大)。 2.后缘地表破坏:崩塌、危石、滚石等 3.爆破引起的工程地质问题 边坡稳定问题:滑坡、崩塌等; 基础稳定问题:爆破裂隙所至; 渗漏问题:爆破裂隙所至。,4 爆破工程地质,
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