爆破工程教材123~131

表 ４ ７ 土壤及岩石 （ 普氏 ） 分类表

４ ． ３ ． ２ 岩石可钻性分级

岩石可钻性是表示钻凿炮孔难易程度的一种岩石坚固 性指标 。 国 外有用 岩石抗压强度 、普氏

坚固性系数 、 点载荷强度 、 岩石的侵入硬度等作为 可钻性指标的 。 国 内 东北工学院（ 现东北

大学 ， 下同 ） 根据多年的研究 ， 于 1980 年提出以凿碎比能 （ 冲击凿碎单位体积岩石所耗能量 ）

作为判据来表示岩石的可钻性 ， 见表 ４-８ 。 这种可钻性分级方法简单实用 ， 便于掌握 ， 现场 、

实验室均可测定 。

比能的测定可采用一种便携式岩石凿测 器在现场直接测 定 。 凿测 器由 钎头 、 承击台 、 落

锤 、 导向 杆和转动手柄等组成 。 锤重 40 Ｎ ， 可沿导向 杆锤击嵌有一字形刃 ， 直径为 40 ｍ

ｍ 的钎头 ， 落锤高度 １ ｍ 。 测定时先开好孔口 ， 冲击 480 次 ， 每次转动钎头 15° ， 每冲

24 次清除一次

孔底岩粉 ， 最后量取凿孔的总深度H （ ｍｍ ）， 便可得出岩石的凿碎比能 )/(/142493cm J H a =

３

） 如无测定条件 ， 也可根据普氏 岩石坚固 性系 数f ， 按f a 40=的近似关系式初估岩石的

凿碎比能 。

表 ４-８ 为岩石可钻性分级表 ， 共 ７ 级 ， 并给出某些矿山的代表性岩石 ， 供参考 。

表 ４-８ 岩石可钻性分级表

４ ． ３ ． ３ 岩石可爆性分级

岩石可爆性 （ 或称爆破性 ） 表示岩石在炸药爆炸作用 下发生破碎的难易 程度 ， 它是动载作

用下岩石物理力学性质的综合体现 。 岩石的可爆性分级要有一个合理的判据 ， 其重要意义在

于预估炸药消耗量和制定定额 ， 并为爆破设计优化提供基本参数 。

最早的分级方法是 １７ 世纪霍夫曼 （ F.Hoffman ） 提出 的按开挖方法 （ 爆破或不爆破 ） 和

开挖工具的不同 ， 将岩石分为 ６ 类 。 1889年齐哈 （ F.Rziha ） 提出按开挖工具 、 开挖消耗的

炸药量和人工将岩石分为 ４ 类 ９ 级 。 1926 年前苏联普氏提出以岩石坚固性系数 ｆ 为 主要判

据 ， 将岩石分为 １０ 级 ， 即著名 的普氏分级法 。 ２０ 世纪５０ 年代开始 ， 日本提出以弹性

波速 、 岩体裂隙间距 、 龟裂系数 、 抗剪强度等因素对岩石进行分级 。 美国 则有以 破碎功指数 、

岩石弹性变形能系数为指标的岩石爆破性分级法 。 这一时期 ， 前苏联则有苏哈诺夫以炸药单耗为指

标 ； 巴隆以岩石表面能为指标 ； 哈努卡耶夫以岩石波阻抗为 指标等等的爆破性分级法 。 由 此可

见对岩石进行可爆性分级的难度及复杂性 。

建国初期 ， 工程单位一般都以前苏联的普氏分级法和苏氏分级法作为 岩石爆破性分级的

依据 。 近年来科研和高等院校对此也做了大量的测试和研究 。 下面介绍 ３ 种目前用得较多的

岩石可爆性分级法 。

根据岩石的坚固性 ， 同时考虑了 岩体的裂隙性 ， 岩体中大块构体的不同含量 ， 前苏联 Б ． Н ．

库图佐夫提出 了 表 ４-９ 的岩石爆破性分级 。 表 ４-１０ 所示的岩石爆破破碎性分级法 ， 不仅

考虑了 岩石的基本性质 ， 而且考虑了为获取最好的爆破破碎效果 ， 对所采用的炸药品种和单位岩石

耗药量做了 相应的规定 。 表 ４-１１ 是东北工学院 １９８４ 年提出 的岩石可爆性分级法 ， 它是

以 爆破漏斗试验的体积及其实测的爆破块度分布率作为 主要判据 ， 并根据大量统计数据进行分析

建立一个爆破性指数 Ｎ 值 ［ 见公式 （ ４-４１ ）］， 按 Ｎ 值的级差将岩石的可爆性分成 ５ 级

１０ 等 。

???

??????=89.175.444.3803.242.722.67)(K K e c K e In N X V p s D ρ （ ４-４１ ） 式中 N ——— 岩石爆破性指数 ；

V ——— 爆破漏斗体积 （ ｍ 3）；

D K Ｄ ——— 大块率 （ ＞ ３０ｃｍ ， ％ ）； X K ｘ ——— 小块率 （ ＜ ５ ｃｍ ， ％ ）； K ——— 平均合格率 （ ％ ）；

s ρｓ ——— 岩石密度 （ ｋｇ ／ ｍ3３ ）；

e———自然对数的底；

c——岩石纵波声速（ｍ／ｓ）。

p

表４-９Б ．Н ．库图佐夫岩石爆破性分级表

表４-１０岩石爆破破碎性分级表

表４-１１东北工学院提出的岩石爆破性分级表

·东北工学院提出的分级法称为“ 岩石爆破指数分级法”，此法已为国内部分矿山采用。

除上述岩石分级方法外，在后面的章节中论述各类爆破方法的设计和施工时还会提到一些别的分级（分类）方法，可针对不同的工程特点和经验参考选用。

４．４地质条件对爆破影响

前面谈到岩石的基本性质决定了土壤和岩石的开挖方法，也决定了岩石的可钻性和可爆

性。在进行具体的爆破设计时，下述设计计算参数的选取也与岩性有密切的关系：

①炸药品种的选择；

②单位炸药消耗量的确定；

③进行爆破漏斗及方量计算时采用的压缩圈系数、上破裂线系数、预留保护层厚度系数、药包间排距系数；

④各种岩石的爆后松散系数，抛掷堆积计算的抛距系数和塌散系数；

⑤爆破安全计算中的不逸出半径、地表破坏圈范围，以及爆破振动计算中的有关系数

等等。

这些计算参数，都是针对相应的岩石采集大量试验和生产统计数据后经分析整理而得，带

有一定的经验性，在后面的有关章节中将予以介绍。

大量的工程实践表明，除岩性与爆破有关外，地形、地质条件对药包布置和爆破效果的影

响也不容忽视，有时甚至是爆破成败的关键。

４．４．１结构面对爆破影响

土石方爆破时，除炸碎孤石、大块的二次改炮及规模不大的浅眼爆破等少数情况是在单一的岩层（岩石）中进行外，大多数爆破的药包是布置在地壳的岩体中的。岩体是非连续介质的地质结构体，它是由岩石材料构成并受到多种地质结构面切割而成的多元体系。因此，结构面和结构体（岩块）是构成岩体结构的两个基本要素。岩体的变形和破坏不仅与岩石材料的力学性能有关，而且也取决于岩体中结构面的数量、分布、产状及其力学性能。例如，在葛洲坝工程对现场岩体和室内对岩石试件所做的试验表明，裂隙发育的半坚硬砂岩，其岩体的抗压强度约为岩石抗压强度的1/6育的软弱黏土岩，其岩体为岩石抗压强度的1/12对爆破来说，应力波在岩体中传播时与静载不同，遇到结构面将产生复杂的应力状态，结构面的影响将更为显著。

（１）结构面成因类型

岩石在成岩的过程尤其是在形成以后的地质历史中，长期经受地壳的内力地质作用和外力地质作用，使岩石发生变形、断裂以及内部结构的改变，在岩石中形成各种结构面。结构面可分为３大类：原生的、构造形成的和次生的。

原生的，包括沉积岩的层面、不正合面、夹层，岩浆岩的流层、与围岩的接触带和挤压带、节理、喷出岩的间歇层等，变质岩的片理面、板理面等；构造形成的，包括节理裂隙、劈理、断层、层间错动等；次生的，包括风化裂隙、卸荷裂隙、泥化类层等。

在工程地质学中，把上述破裂面，统称为结构面。单从强度的观点来讲，不论是较小的裂隙、层面、劈理面等单个裂面，还是较大的断层破碎带等软弱物质带，其强度都比相邻的岩石小，其差别只是量的变化。从动力学的观点看，岩体不仅有个（动）强度问题，而且还有个应力波在其中传播的问题。当岩石中只存在一个裂面，裂面两侧的介质仍为同一种岩石，且裂面闭合、挤压较紧，在这种情况下，应力波的传播，基本上不受裂面的影响（从工程的观点讲，其影响可以忽略不计）。但当岩石中存在一断层破碎带，即在岩石介质中存在有一定厚度的另一种软弱介质，如断层泥、断层角砾等，此软弱介质的密度、弹性模量和应力波传播的速度，均与岩石介质相差较大，且软弱介质与两侧岩石介质间存在两个界面，在这种情况下，应力波传播至此界面处将要发生两次复杂的波效应，产生反射、折射以及波型转换等，从而使应力波在断层破碎带两侧产生的动应力和动应变将有显著的差别。因此，可把没有包夹一定厚度软弱物质的地质界面，称为“ 软弱面”，如裂隙面、层面、劈理面等等。把夹有一定厚度软弱物质的地质界面，称为“ 软弱带”，如断层破碎带、软弱夹层、喷出岩的间歇层等。

（２）结构面对爆破效果的影响

结构面对爆破的影响可归纳为６种作用。

１）应力集中作用

由于软弱带或软弱面的存在，岩石的连续性遭到破坏。当岩石受力时，岩石便从强度最小的软弱带或软弱面处首先裂开，在裂开的过程中，在裂缝尖端发生应力集中，特别是岩石在爆破应力作用下的破坏是瞬时的，来不及进行热交换，且处于脆性状态，结果使应力集中现象更加突出。因此，在岩石中软弱面较发育的爆破地区，其单位岩石炸药消耗量应相应降低。

２）应力波反射增强作用

前已述及，由于软弱带的密度、弹性模量和纵波速度均比两侧岩石的值小，当波传至两者的界面处，便发生反射，反射回去的波与随后的继续传来的波相叠加，当其同相位时，应力波便会增强，使软弱带迎波一侧岩石的破坏加剧。对于张开的软弱面，这种作用亦较明显，例如图４-１０中，有一张开裂隙，其迎波一侧破坏加剧，产生如虚线所示的裂隙。

但是，应该说明，哪一级软弱带或软弱面足以产生明显的反射增强作用，这与爆破规模有关，也就是取决于压缩应力波传播过程中引起的岩石压缩变形，足以使张开的软弱面紧密闭合，或者使软弱带的密度增大到和两侧岩石相差不大时，软弱面或软弱带对应力波的反射增强作用可忽略不计。因此，软弱带和软弱面对爆破效果的影响问题，必须视爆破规模区别对待，对于施工开挖小炮，不大的裂隙面即可影响其效果，对于大规模的群药包爆破，小的断层破碎

带对其影响也不会很显著。

３）能量吸收作用

由于界面的反射作用和软弱带介质的压缩变形与破裂，使软弱带背波侧应力波因能量被吸收而减弱。它与反射增强作用同时产生。因而，软弱带可保护其背波侧的岩石，使其破坏减轻。

同样，空气充填的张开裂隙，也有能量吸收作用，例如，图４-10中张开裂隙背波侧的岩石未发生破坏。

４）泄能作用

当软弱带或软弱面穿过爆源通向临空面，且由爆源到临空面间软弱带或软弱面的长度小

于爆破药包最小抵抗线Ｗ的某个倍数时，炸药的能量便可以“ 冲炮” 或其他形式泄出，使爆破效果明显降低。

在爆破作用范围以内，如果有大溶洞存在，亦会发生泄能作用，例如图４１１中的Ａ、Ｂ两药包的爆破效果远较Ｃ、Ｄ、Ｅ药包为小，由于爆炸气体经过软弱面或软弱带泄入溶洞，使炮孔（或硐室）的爆破压力迅速降落，从而导致其他方向的爆破径向裂隙停止扩展。

图４-１０张开裂隙两侧爆破破坏的差异性图４-１１溶洞的泄能作用使裂隙过早终止５）楔入作用

在高温高压爆炸气体的膨胀作用下，爆炸气体沿岩体软弱带高速侵入时，将使岩体沿软弱带发生楔形块裂破坏。

６）改变破裂线作用

当爆破漏斗范围存在较大的结构面（如断层面、层理面等），根据其结构面与药包的相对位置和产状不同，将会影响漏斗形状大小，减小或增加爆破方量，不能达到预定的抛掷方向和堆积集中程度。硐室爆破中常见如下几种情况对爆破漏斗的影响。

①结构面在药包后且截切上破裂线'R时（如图４- １２所示），爆破后上破裂线势必沿结构面发展，使上破裂线比原设计缩小，减少了爆破方量，抛掷作用加强。

②当结构面在药包前，且截切上破裂线'R时，爆破后上部岩块将会沿结构面坍滑，使上破裂线后仰，爆破方量增大，大块率较高（如图４-１３所示）。

③当一组结构面与最小抵抗线斜交时，爆破时漏斗形状和抛掷方向都将受到影响。

④当一组结构面（如层理）与最小低抗线垂直或平行时，抛掷方向不会改变，但爆破漏斗

图４- １２结构面在药包后图４-１３结构面在药包前

图４１４层理对爆破漏斗的影响

（ａ）水平岩层；（ｂ）垂直岩层

形状和爆破方量将受影响，产生图４-１４所示的漏斗变化。

通过结构面对爆破影响的６种作用的分析，在设计布置药包和选择相关爆破参数时，应充

分利用结构面的有利作用，避开其不利作用，才能达到满意的爆破效果。

（３）结构面对爆破岩块的破裂特征和块度影响

岩体的强度受岩石强度和结构面强度的控制，在更多的情况下，主要受结构面强度的控制，所以岩块的破裂面大多数是沿岩体内部的结构面形成的。爆后岩块特征的统计表明，凡是沿结构面形成的爆块表面，均呈风化状态；凡是由岩石断裂形成的岩块表面，均呈新鲜状态。据某个工程的统计，爆块表面的风化面数占统计面数的７９％～９０％，而新鲜面数仅占１０％～２１％。爆破块径愈大，风化面数占的比例也愈大（表４-１２）。

表４-１２不同块径岩块上风化面所占比例统计表

注：Ｌ表示岩块上原生裂隙面数量；Ｚ表示岩块总表面数。

研究表明，结构面的分布不仅对岩块的破裂特征有重要影响，而且对爆堆的块度分布规律也有重要影响。中国水利水电科学研究院的研究表明，结构面发育程度对较大粒径的块度分布有控制性影响，而２ｃｍ以下的粒径块度分布主要受岩石力学强度的影响。因此要想得到准确的爆破块度预报，进行详细的工程地质勘察非常必要，尤其必须进行节理裂隙的统计分析。

４．４．２地形对爆破影响

地形条件是影响爆破效果和经济效益的重要因素。所谓地形条件，就是爆破区的地面坡