岩石破碎

采掘作业中使部分岩体脱离母体并破碎成岩块的工艺和理论

岩石破碎是采掘作业中使部分岩体脱离母体并破碎成岩块的工艺和理论。有爆炸破碎、机械破碎、水射流破碎和热力破碎等四种。研究岩石破碎的主要任务是：揭示破碎岩石的能耗和破碎效果间的联系，探求破碎载荷和岩石坚固性及破碎参数间的关系，研制安全、经济、高效采掘机具和器材，寻求新的破碎方法。

发展简史

古代采矿，广泛采用火爆法，春秋时期前，中国就已应用火爆法落矿。这是一种将岩石火烧加热后，泼水淬冷，使岩石变酥，然后用手工撬挖的岩石破碎方法。直到19世纪中叶，采用了凿岩机械和火药爆破技术之后，岩石爆破才成为采矿工程中最常用的岩石破碎手段。第二次世界大战后，随着矿石需求的增长，研制出了许多新类型的凿岩机械、爆破器材和开采机械，诸如牙轮钻机、潜孔钻机、微差雷管、铵油炸药、采掘联合机等，同时也要求在现代科学的基础上，更准确地反映破碎岩石的规律。岩石破碎在采矿工程中的重要地位，逐渐被人们认识。50年代苏联斯柯钦斯基矿业研究院创建了岩石破碎研究室，70年代中国也建立了类似的研究室，岩石力学与工程学采矿学会还成立了专门的学术组织，使岩石破碎技术和理论得到发展，成为一门新的学科。由于岩石爆破不便于实现自动化连续作业，自70年代以来，世界各国不断探索各种新的岩石破碎技术的可行性。

分类

爆炸破碎

利用炸药或其他爆炸物瞬间释放的巨大能量破碎岩石，应用最广也最有效。

机械破碎

分切削、冲凿、碾压、研磨四种方式。破岩时,破岩工具进入岩石，在工具移动前方的岩体内，出现密实核。在密实核周围产生较大块的崩碎体。机械破碎在硬岩中应用不广的主要原因是工具磨损严重。其磨损程度主要取决于岩石内硬矿物（主要是石英）的含量和颗粒大小。

水射流破碎

分低压大流量和高压小流量两种。前者压力不超过2×107Pa，多用于水力采矿或采煤；后者压力可达几亿帕（Pa）以上，用来切割岩石。此外还研制出脉冲式射流技术，可有效地破碎坚固岩石而无需很大功率。最高的瞬间压力，已达5.6GPa。高压水射流破碎岩石的能耗高，机械构造较复杂，多作为掘进机和露天牙轮钻机破碎岩石的辅助手段。

热力破碎

在岩体内形成高的温度梯度，并利用岩石各组分的热胀系数不同，形成热应力，使岩体剥落或酥碎。含石英较多的岩石使用此法效果较好。现代加热方法有铝热剂、火焰喷射、等离子焰、微波、红外线照射、高能电子束、强大的击穿电流、激光等。但除火焰喷射法（火钻）外，其他均处于试验阶段。

为选用合理的岩石破碎方法，将岩石按破碎难易程度分级。分级指标有普氏坚固性系数f、可钻性、可爆性、侵入硬度和凿岩比功等。20世纪50年代以来，中国矿山曾普遍应用普氏坚固性系数 f作为分级指标。正在研究更完善的分级方法。

基本方法

采矿工程中破碎岩石的主要方法有：

（1）机械破岩。由机械直接施载于工具使岩石局部破碎，如锹镐挖掘、钎子打眼、滚刀碾压、刀具切削等。这类破岩方法的共同特点是，将工具侵入岩石，使其周围岩石产生崩落或劈开。（2）岩石爆破。利用炸药爆炸所产生的高温高压和大量的气体来破碎岩石，也包括用热核爆炸和用化学反应来破碎岩石，后者也称为静态膨胀。岩石爆破是破碎硬岩最常用的方法。（3）物理破岩。利用热能、电子、电磁波、激光和高压水射流等能源来破碎岩石。19世纪60年代，火焰喷烧（即火钻）曾在生产中得到应用，大流量的水射流（即水枪），在采煤中得到应用，其它方法都尚处在试验研究阶段，有时也作为机械破岩的辅助手段。

发展方向

岩石破碎是采矿工程的基础学科之一，其发展的主要方面有：（1）研究与破碎有关的岩石物理力学性质及其测定方法，包括岩石坚固性、岩石可钻性、岩石可爆性和岩石崩落性等。（2）研究岩石破碎的物理机制、破碎过程，寻求这一过程的监控方法。（3）确定破碎工艺的合理工作参数，它与机械的控制系统相结合，可使机械在最优状态下工作。（4）探索岩石破碎新方法、新工艺、新器材，提高破碎质量和效率，降低破碎能耗和成本。

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