第一章 岩石性质及其分类

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1、第一章第一章 岩石性质及其分类岩石性质及其分类 1.1 1.1 岩石的物理性质岩石的物理性质 1.2 1.2 岩石的力学性质岩石的力学性质 1.3 1.3 岩石的分级岩石的分级1 1 岩石的孔隙度岩石的孔隙度为岩石中孔隙总体积为岩石中孔隙总体积V V0 0与岩石的总体积与岩石的总体积V V之比，之比，用百分率表示。用百分率表示。第一节岩石的物理性质第一节岩石的物理性质密度密度:不包括孔隙在内的岩石密度。不包括孔隙在内的岩石密度。(g/cm(g/cm3 3)容重容重:包括孔隙在内的岩石单位体积重量，包括孔隙在内的岩石单位体积重量，也称岩石的体重。也称岩石的体重。(t/m(t/m3 3)2 2 密

2、度密度和容重和容重 岩石的孔隙度、密度、容重孔隙度、密度、容重主要影响岩石的抛掷、堆积和装运岩石的抛掷、堆积和装运。几种岩石孔隙度、密度、容重见表1-1。表表1-1 1-1 几种岩石的孔隙度、密度、容重几种岩石的孔隙度、密度、容重岩石名称孔隙度（孔隙度（%）密度（密度（g/cmg/cm）容重（容重（t/mt/m3 3）花岗岩 玄武岩 辉绿岩 石灰岩 白云岩 砂 岩 页 岩 板 岩 片麻岩 大理岩 石英岩 粘 土 砂 子0.51.5 0.51.5 0.51.5 0.51.5 0.10.2 0.10.2 0.10.2 0.10.2 0.61.2 0.61.2 0.61.2 0.61.2 5.020

3、 5.020 5.020 5.020 1.05.0 1.05.0 1.05.0 1.05.0 5.025 5.025 5.025 5.025 1030 1030 1030 1030 0.51.5 0.51.5 0.51.5 0.51.5 0.52.0 0.52.0 0.52.0 0.52.0 0.10.8 0.10.8 0.10.8 0.10.8 45 45 45 45 30503050305030502.62.7 2.62.7 2.62.7 2.62.7 2.83.0 2.83.0 2.83.0 2.83.0 2.853.0 2.853.0 2.853.0 2.853.0 2.712.85

4、2.712.85 2.712.85 2.712.85 2.52.6 2.52.6 2.52.6 2.52.6 2.582.69 2.582.69 2.582.69 2.582.69 2.22.4 2.22.4 2.22.4 2.22.4 2.32.7 2.32.7 2.32.7 2.32.7 2.93.0 2.93.0 2.93.0 2.93.0 2.62.7 2.62.7 2.62.7 2.62.7 2.652.9 2.652.9 2.652.9 2.652.9 1.62.1 1.62.1 1.62.1 1.62.1 1.51.71.51.71.51.71.51.72.562.67 2.56

5、2.67 2.562.67 2.562.67 2.752.90 2.752.90 2.752.90 2.752.90 2.82.9 2.82.9 2.82.9 2.82.9 2.462.65 2.462.65 2.462.65 2.462.65 2.32.4 2.32.4 2.32.4 2.32.4 2.472.56 2.472.56 2.472.56 2.472.56 2.02.3 2.02.3 2.02.3 2.02.3 2.12.57 2.12.57 2.12.57 2.12.57 2.652.85 2.652.85 2.652.85 2.652.85 2.5 2.5 2.5 2.5 2

6、.542.85 2.542.85 2.542.85 2.542.85 1.62.0 1.62.0 1.62.0 1.62.0 1.41.61.41.61.41.61.41.63 3 碎胀性碎胀性碎胀性是指岩石破碎后，总体积增加的性质。碎胀性是指岩石破碎后，总体积增加的性质。表征岩石的碎胀性用碎胀系数表征岩石的碎胀性用碎胀系数K表示，碎胀系表示，碎胀系数也称为松散系数。数也称为松散系数。碎胀系数碎胀系数k也称为松散系数，一般为也称为松散系数，一般为k=1.31.6，在挤压爆破和深孔天井掘进中，在挤压爆破和深孔天井掘进中，k值非常重要。值非常重要。表表1-21-2几种岩石的碎胀系数几种岩石的碎胀系

7、数岩石名称砂、砾石砂质粘土中硬岩石坚硬岩石碎胀系数k1.051.201.201.251.301.501.502.504 4、岩石的波阻抗、岩石的波阻抗c为波阻抗，表示岩石对应力波传播的阻尼作用，一般c越大，凿爆越困难；岩石结构致密，坚硬，强度大，无大的地质构造弱面，则c大，日本关于岩石的分级多采用c指标（见表1-3）视频1表表1-3 1-3 几种材料的波阻抗几种材料的波阻抗材料名称材料名称密度密度(g/cm(g/cm3 3)纵波速度纵波速度(m/sm/s)波阻抗波阻抗(kg/cm(kg/cm2 2.s).s)钢钢 铜铜 花岗岩花岗岩 玄武岩玄武岩 辉绿岩辉绿岩 辉长岩辉长岩 石灰岩石灰岩 白云

8、岩白云岩 砂砂 岩岩 板板 岩岩 石英岩石英岩7.8 7.8 8.48.9 8.48.9 2.63.0 2.63.0 2.72.86 2.72.86 2.853.05 2.853.05 2.93.1 2.93.1 2.32.8 2.32.8 2.32.8 2.32.8 2.12.9 2.12.9 2.32.7 2.32.7 2.652.92.652.95130 5130 3670 3670 40006800 40006800 45007000 45007000 47007500 47007500 56006300 56006300 32005500 32005500 52006700 5200

9、6700 30004600 30004600 25006000 25006000 50006500500065004000 4000 3170 3170 8001900 8001900 14002000 14002000 18002300 18002300 16001950 16001950 7001900 7001900 12001900 12001900 6001300 6001300 5751620 5751620 11001900110019001 1 变形特征变形特征变形特征变形特征研究动、静载荷作用下应研究动、静载荷作用下应力和应变的关系力和应变的关系1）应力与应变静载载荷不随时间

10、变化或随时间变化不大。岩石应力应变曲线见图1。图 1静载变形特性曲线第二节岩石的力学性质第二节岩石的力学性质脆性脆性岩石岩石没有没有产生显著的产生显著的永久变形永久变形就开始破坏的性质，就开始破坏的性质，一般岩石呈脆性破坏。一般岩石呈脆性破坏。塑性塑性与脆性相反，在破坏前与脆性相反，在破坏前有有较明显的较明显的永久变形永久变形，如泥，如泥页岩，高岭土矿，巷道底鼓。页岩，高岭土矿，巷道底鼓。弹性弹性在弹性变形范围内，当外载去掉后，岩石恢复原形在弹性变形范围内，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

11、数一样表示。各弹性常数一样表示。视频1视频2视频32 2）岩石动载变形特性）岩石动载变形特性（1 1）动载的特点）动载的特点动载荷随时间而变化动载荷随时间而变化P=P=f(tf(t)；冲击载荷冲击载荷就是一种动载荷，凿岩中活塞与钎尾、钎头与就是一种动载荷，凿岩中活塞与钎尾、钎头与岩石爆破中的起爆、传爆、爆轰波，应力波对岩石的作岩石爆破中的起爆、传爆、爆轰波，应力波对岩石的作用都是冲击载荷。用都是冲击载荷。图图1-2 1-2 冲击载荷与时间的关系冲击载荷与时间的关系岩石变形不均匀，质点运动速度不一致岩石变形不均匀，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，岩石不是均匀地即岩石中各质点不

12、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。如图变形，这是与静载作用根本区别所在。如图1-31-3。图图1-3 1-3 钎杆中应变波传播情况钎杆中应变波传播情况 运动与变形首先开始运动与变形首先开始于受冲击的端面，端面处于受冲击的端面，端面处质点受到扰动后，产生变质点受到扰动后，产生变形和应力，由于质点间的形和应力，由于质点间的弹性联系，变形和应力以弹性联系，变形和应力以速度速度c c传播，在时间传播，在时间t t内，内，变形范围为变形范围为ct.ct.2 2 岩石的强度特征岩石的强度特征（1 1）岩石的强度特征的定义）岩石的强度特征的定义岩石的强度特征岩石的强度特征是指

13、岩石能承受一定是指岩石能承受一定外力的作用而不破坏的性能，它是以岩石外力的作用而不破坏的性能，它是以岩石恰在恰在破坏时应力大小破坏时应力大小来表示的。分动、静来表示的。分动、静载强度。载强度。表表1-4 1-4 几种岩石的动、静强度表几种岩石的动、静强度表岩石种类岩石种类应力波的平均应力波的平均传播速度传播速度（m/sm/s）抗压强度（抗压强度（MPaMPa）抗拉强度抗拉强度（MPaMPa）加载速度加载速度(Mpa/sMpa/s)载荷持续载荷持续时间时间（msms）静态静态动态动态静态静态动态动态大理石大理石 和泉砂岩和泉砂岩 多湖砂岩多湖砂岩 群马砂岩群马砂岩 辉绿岩辉绿岩 石英石英-闪长岩

14、闪长岩45006000 45006000 37004300 37004300 18003500 18003500 41005700 41005700 53006000 53006000 370059003700590090110 90110 100140 100140 1525 1525 200240 200240 320350 320350 240330240330120200 120200 120200 120200 2050 2050 350500 350500 700800 700800 30040030040059 59 89 89 23 23 1623 1623 2232 2232

15、 111911192040 2040 5070 5070 1020 1020 2030 2030 5060 5060 2030203010107 710108 8 10107 710108 8 10106 610107 7 10107 710108 8 10107 710108 8 10107 710108 81030 1030 2030 2030 50100 50100 1020 1020 2050 2050 305030503 3 岩石的坚固性岩石的坚固性坚固性坚固性坚固性坚固性是指岩石对是指岩石对是指岩石对是指岩石对外界各种机械破坏外界各种机械破坏外界各种机械破坏外界各种机械破坏的的的的

16、综合综合综合综合抵抗能力。抵抗能力。抵抗能力。抵抗能力。1 1 1 1）强度）强度）强度）强度岩石能承受一定外力作用而不破坏的性能岩石能承受一定外力作用而不破坏的性能岩石能承受一定外力作用而不破坏的性能岩石能承受一定外力作用而不破坏的性能岩石表面抵抗工具侵入的性能，与凿岩性密切相关。凿岩岩石表面抵抗工具侵入的性能，与凿岩性密切相关。凿岩岩石表面抵抗工具侵入的性能，与凿岩性密切相关。凿岩岩石表面抵抗工具侵入的性能，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。时，比单向抗压强度更有意义，指岩石表面被破坏的性能。时，比单向抗压强度更有意义，指岩石表面被破坏的性能。时，比

17、单向抗压强度更有意义，指岩石表面被破坏的性能。2 2 2 2）硬度）硬度）硬度）硬度3 3 3 3）磨蚀性）磨蚀性）磨蚀性）磨蚀性岩石对工具的磨蚀能力，主要与岩石的成分有关。岩石对工具的磨蚀能力，主要与岩石的成分有关。岩石对工具的磨蚀能力，主要与岩石的成分有关。岩石对工具的磨蚀能力，主要与岩石的成分有关。4 4 4 4）凿岩性）凿岩性）凿岩性）凿岩性表示岩石被爆碎的难易程度：用表示岩石被爆碎的难易程度：用单位原岩的单位原岩的单位原岩的单位原岩的炸药消耗量和所需炮眼长度炸药消耗量和所需炮眼长度炸药消耗量和所需炮眼长度炸药消耗量和所需炮眼长度表示。表示。岩石被凿碎的难易程度：用岩石被凿碎的难易程度

18、：用每米炮眼所消耗每米炮眼所消耗每米炮眼所消耗每米炮眼所消耗的钎头数，纯凿速，比能的钎头数，纯凿速，比能的钎头数，纯凿速，比能的钎头数，纯凿速，比能三指标表示三指标表示5 5 5 5）爆破性）爆破性）爆破性）爆破性1 1 普氏分级法普氏分级法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、爆破性是一致的。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/10,或共分10级。第三节岩石的分级第三节岩石的分级等级等级等级等级坚固性程度坚固性程度坚固性程度坚固性程度典型的岩石典型的岩石典型的岩石典型的岩石f f f f值值值值

19、最坚固最坚固最坚固最坚固最坚固、细致和有韧性的石英岩、玄武岩及其最坚固、细致和有韧性的石英岩、玄武岩及其最坚固、细致和有韧性的石英岩、玄武岩及其最坚固、细致和有韧性的石英岩、玄武岩及其它坚固岩石它坚固岩石它坚固岩石它坚固岩石20202020很坚固很坚固很坚固很坚固很坚固花岗岩、石英斑岩、硅质片岩、较坚固很坚固花岗岩、石英斑岩、硅质片岩、较坚固很坚固花岗岩、石英斑岩、硅质片岩、较坚固很坚固花岗岩、石英斑岩、硅质片岩、较坚固的砂岩和石灰岩的砂岩和石灰岩的砂岩和石灰岩的砂岩和石灰岩15151515坚固坚固坚固坚固致密花岗岩、很坚固砂岩和石灰岩，石英质矿致密花岗岩、很坚固砂岩和石灰岩，石英质矿致密花岗

20、岩、很坚固砂岩和石灰岩，石英质矿致密花岗岩、很坚固砂岩和石灰岩，石英质矿脉等脉等脉等脉等10101010a a a a坚固坚固坚固坚固坚固的石灰岩、砂岩、大理岩、不坚固的花岗坚固的石灰岩、砂岩、大理岩、不坚固的花岗坚固的石灰岩、砂岩、大理岩、不坚固的花岗坚固的石灰岩、砂岩、大理岩、不坚固的花岗岩、黄铁矿岩、黄铁矿岩、黄铁矿岩、黄铁矿8 8 8 8较坚固较坚固较坚固较坚固一般的砂岩、铁矿一般的砂岩、铁矿一般的砂岩、铁矿一般的砂岩、铁矿6 6 6 6a a a a较坚固较坚固较坚固较坚固砂质页岩、页岩质砂岩砂质页岩、页岩质砂岩砂质页岩、页岩质砂岩砂质页岩、页岩质砂岩5 5 5 5中等中等中等中等坚

21、固的粘土质岩石、不坚固的砂岩和石灰岩坚固的粘土质岩石、不坚固的砂岩和石灰岩坚固的粘土质岩石、不坚固的砂岩和石灰岩坚固的粘土质岩石、不坚固的砂岩和石灰岩4 4 4 4a a a a中等中等中等中等各种不坚固的页岩、致密的泥灰岩各种不坚固的页岩、致密的泥灰岩各种不坚固的页岩、致密的泥灰岩各种不坚固的页岩、致密的泥灰岩3 3 3 3较软弱较软弱较软弱较软弱软弱的页岩，很软的石灰岩，白垩、岩盐、石软弱的页岩，很软的石灰岩，白垩、岩盐、石软弱的页岩，很软的石灰岩，白垩、岩盐、石软弱的页岩，很软的石灰岩，白垩、岩盐、石膏、冻土膏、冻土膏、冻土膏、冻土2 2 2 2a a a a较软弱较软弱较软弱较软弱碎石

22、质土壤，破碎页岩、坚固的煤等碎石质土壤，破碎页岩、坚固的煤等碎石质土壤，破碎页岩、坚固的煤等碎石质土壤，破碎页岩、坚固的煤等1.51.51.51.5软弱软弱软弱软弱致密黏土，软弱的烟煤、坚固的冲击层、黏土致密黏土，软弱的烟煤、坚固的冲击层、黏土致密黏土，软弱的烟煤、坚固的冲击层、黏土致密黏土，软弱的烟煤、坚固的冲击层、黏土质土壤质土壤质土壤质土壤1.01.01.01.0aaaa软弱软弱软弱软弱轻砂质黏土、黄土、砾石轻砂质黏土、黄土、砾石轻砂质黏土、黄土、砾石轻砂质黏土、黄土、砾石0.80.80.80.8土质岩石土质岩石土质岩石土质岩石腐植土、泥煤、轻砂质土壤、湿砂腐植土、泥煤、轻砂质土壤、湿砂

23、腐植土、泥煤、轻砂质土壤、湿砂腐植土、泥煤、轻砂质土壤、湿砂0.60.60.60.6松散性岩松散性岩松散性岩松散性岩石石石石砂、细砾石、松土、采下的煤砂、细砾石、松土、采下的煤砂、细砾石、松土、采下的煤砂、细砾石、松土、采下的煤0.50.50.50.5流沙性岩流沙性岩流沙性岩流沙性岩石石石石流沙，沼泽土壤、含水黄土及其它含水土壤流沙，沼泽土壤、含水黄土及其它含水土壤流沙，沼泽土壤、含水黄土及其它含水土壤流沙，沼泽土壤、含水黄土及其它含水土壤0.30.30.30.33 3）该评价方法的评价）该评价方法的评价强调了一致性，忽视了各岩石特性的特强调了一致性，忽视了各岩石特性的特殊性和差异性，因此有一

24、定的误差，显得有殊性和差异性，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，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。多年来在各类矿山但简单易行，易于推广。多年来在各类矿山流行使用。流行使用。2 2 2 2 可钻性分级可钻性分级可钻性分级可钻性分级可钻性分级的测定是使用便携式岩石凿测器测定岩石的可钻性分级的测定是使用便携式岩石凿测器测定岩石的可钻性分级的测定是使用便携式岩石凿测器测定岩石的可钻性分级的测定是使用便携式岩石凿测器测定岩石的凿碎比能（破碎单位体积岩石所消耗的能量（凿碎比能（破碎单位体积岩石所消耗的能量（凿碎比能（破碎单位体积岩石所消耗的能量（凿碎比能（破碎单位体积岩石所消耗的能量（J/cmJ/cmJ/cmJ/cm3 3 3 3）和）和）和）和凿凿凿凿480480480480次后钎刃磨钝的宽度，将岩石分次后钎刃磨钝的宽度，将岩石分次后钎刃磨钝的宽度，将岩石分次后钎刃磨钝的宽度，将岩石分3 3 3 3类类类类7 7 7 7级。级。级。级。1-钎头；2-承击台；3-销钉；4-导向杆；5-落锤(4kg)；6-卡套；7-转动手柄视频13 3 爆破性分级爆破性分级爆破性爆破性是岩石本身物理力学性质和炸药性是岩石本身物理力学性质和炸药性能，爆破参数和爆破工艺的综合效应。岩石爆能，爆破参数和爆破工艺的综合效应。岩石爆破性指数为：破性指数为：