从矿山地质安全角度看矿岩性质    矿山地质工作是矿山开采中不可缺少的基础技术工作，是指在矿床开采过程中，根据矿山工作的需要，对矿床生产地段或矿区进行的直接为生产服务的地质工作，矿山地质工作以地质学为基础，以矿山采掘活动的对象，是矿山采掘生产经营活动的技术基础与依据。采掘活动必须随采掘作业的推进而迁移，没有固定的工作空间和场所，工作环境条件受工程地质和水文地质状况的影响较大。因此，为了保证采矿活动的顺利进行，必须了解矿山地质构造、水文地质以及岩石的性质等对矿山开采安全的影响。

一、岩石的物理力学性质

岩石的物理力学性质与采矿工作有密切的联系，它影响着采矿方法的选择，采矿工程的部署和爆破工用。其中，有些性质往往与采掘工作安全有关。岩石的物理力学性质主要有岩石的弹性、塑性、脆性、硬度、韧性、强度、容重、比重、碎胀性和特征阻抗等。

（一）岩石的弹性、塑性、脆性

弹性是指受到外力作用的岩石，在除去外力后恢复原来的形状和体积的性质。弹性大的岩石，在凿岩爆破时不易破碎。塑性是指岩石在解除外力后发生变形而不被破碎的性质。如含水的黏土或泥质灰岩等，在爆破时易使炮眼矿大，爆破效果差。脆性是指岩石受力后变形很小就发生碎裂的性质。岩石的脆性愈大，愈容易被爆破所破碎。

（二）岩石的硬度和韧性

岩石的硬度是指岩石抵抗外物侵入的能力。硬度大的岩石往往比较脆，所以易于爆破。韧性又叫动力硬度，是指岩石抵抗外力保持整体状态的属性。它的大小与岩石的组织和构造有关，韧性大的岩石，凿岩爆破就比较困难。

（三）岩石的强度

岩石的强度是完整的岩石开始被破坏时的极限应力值。在爆破工程中，岩石以承受冲击荷载为主，强度只是用来说明岩石坚固性的一个方面。由于受力性质不同，岩石的强度分为抗压强度、抗拉强度、抗剪强度三种。常见岩石的抗压强度在200～300kg/cm2到2000～3000kg/cm2之间。岩石的抗拉强度为抗压强度的1/10～1/50，抗剪强度为抗压强度的1/8～1/12。因此，岩石怕拉不怕压。在巷道或采场中，以及当露天边坡过陡或形成伞岩时，岩体处于拉伸或剪切状态，容易发生冒顶片帮和岩体坍塌事故。

（四）岩石的比重和容重

岩石的比重是指单位体积的致密岩石（除去孔隙）的质量，容重是单位体积原岩（包括孔隙）的质量。岩石容重的大小与岩石的组成成分、密度、空隙大小和含水量有关。岩石的容量对爆破、特别是抛掷爆破的影响比较大，容重越大，所需炸药越多。

（五）岩石的孔隙度

岩石的孔隙度是指岩体中空孔隙的体积与岩石体积之比，常用百分数来表示。孔隙度大的岩层，往往含水较多，因此要注意防排水工作。

（六）岩石的碎胀性

碎胀性是指岩石破碎后，其体积比原岩石体积增大的性质。碎胀程度的大小常用碎胀系数（或松散系数）K来表示：

K= V 2/ V 1

式中  V 1——破碎前原岩石的体积，m3；

V2——破碎后岩石的体积，m3。

通常，坚硬而致密的岩石的碎胀系数比松软的岩石的碎胀系数要大。几种岩石的碎胀系数如表3所示。

表3  几种岩石的碎胀系数

岩石种类

纯砂和砾石

砂质黏土

中硬岩石

坚硬岩石

碎胀系数K

1.05～1.2

1.2～1.25

1.3～1.5

1.5～2.5

在掘进和采矿工作中,要充分考虑岩石的碎胀性。例如，为了容纳破碎后体积增大的岩石，需留出足够的空间；相反，为了提高爆破效果，可适当减小爆破空间，形成挤压爆破。

（七）岩石的特征阻抗

岩石的密度与纵波在岩石中传播速度的乘积叫做岩石的特征阻抗。特征阻抗的大小反映了岩体对波的传播阻力大小，所以又叫波阻抗。实验表明，炸药的特征阻抗与岩石的特征抗愈接近，则炸药爆炸时传给岩石的能量愈多，爆破效果越好。空气的特征阻抗比岩石和炸药的特征阻抗都要小得多，所以，当炸药能量从炸药伟给空气再传给岩石时，能量损失极其重为严重，这就要求在选择炸药结构时加以弥补。

二、矿岩的坚固性和稳固性

（一）岩石的坚固性

岩石的坚固性是岩石抵抗各种物理力学能力的综合表现。不同的岩石具有不同的坚固性。同一种岩石由于其结构，构造和风化程度不同，其坚固性系数。常见的岩石坚固性系数介于0.3～20之间，共分为十级，见表4。

表4  普氏岩石坚固性系数分级表

等级

坚固性程度

岩  石  类  型

f

Ⅰ

最坚固的岩石

最坚固、致密和有韧性的石英岩、玄武岩以及其他各种特别坚固的岩石

20

Ⅱ

很坚固的岩石

很坚固的花岗质岩石、石英斑岩、很坚硬的花岗岩、硅质片岩、比上一级较不坚硬的石英岩、最坚硬的砂岩和石灰岩

15

Ⅲ

坚固的岩石

花岗岩（致密的）和花岗质岩石，很坚固的砂岩和石灰岩，石英质脉矿，坚固的砾岩，极坚硬的铁矿

10

Ⅲa

坚固的岩石

石灰岩（坚固的），不坚固的花岗岩，坚固的砂岩，坚固的大理岩和白云岩，黄铁矿

8

Ⅳ

颇坚固的岩石

一般的砂矿，铁矿

6

Ⅳa

颇坚固的岩石

砂质页岩，页岩质砂岩

5

Ⅴ

中等的岩石

坚固的黏土质岩石，不坚固的砂岩和石灰岩

4

Ⅴa

中等的岩石

各种页岩（不坚固的），致密的泥灰岩

3

Ⅵ

颇软弱的岩石

软弱的页岩，很软弱的石灰岩、白垩、岩盐、石膏冻结的土壤，无烟煤，普通的泥灰岩，破碎的砂岩，胶结砾石，硬化的黏土

2

Ⅵa

颇软弱的岩石

碎石质土壤，破碎的页岩，凝结成块的砾石和碎石，坚硬的煤，硬化的黏土

1.5

Ⅶ

软弱的岩石

黏土（致密的），软弱的烟煤，坚固的冲击层黏黏土质土壤

1.0

Ⅶa

软弱的岩石

轻砂质黏土，黄土，砾石

0.8

Ⅷ

土质岩石

腐质土，泥煤，轻砂质土壤，湿砂

0.6

Ⅸ

松散性岩石

砂，山麓堆积，细砾石，松土，采用的煤

0.5

Ⅹ

流沙性岩石

流砂，沼泽土壤，含水黄土及其他含水土壤

0.3

（二）矿岩的稳固性

稳固性是指矿石可岩石的空间允许暴露面积的大小和暴露时间长短的性能。影响矿石稳固性的因素十分复杂，它不仅与矿石的成分、结构、构造、节理状况、风化程度以及水文地质条件有关，还与开采过程所形成的实际状况有关（如巷道的方向及其形状、开采深度等）。稳固性和坚固性既有联系又有区别，一般在节理发育、构造破碎地带，岩石的破碎性虽好，但其稳定性却大为下降。确定岩石的稳定性，首先要考虑岩体的结构。岩体结构有整体结构、块状结构、层状结构、碎裂结构和松散结构等几种类型：

矿岩按稳固性分成极稳定，稳定，中等稳定，不够稳定，不稳定五级：

1、极不稳固  是指掘进巷道或开辟采场时，不允许有暴露面积，否则可能产生冒顶片帮现象。在巷道掘进时，须超前支护进行维护。

2、不稳固  在这类矿岩石中，允许有较小的不支护的暴露空间，一般允许的暴露面积在50 m2以内。

3、中等稳固  是指不支护的暴露面积为50～200㎡。

4、稳固：是指不支护的暴露面积为200～800㎡。

5、极稳固：是指不支护的暴露面积800㎡以上。

矿岩的稳固性对采矿工程中正确选择采矿方法、合理确定矿山工程的支护、维护以及施工设计有重要意义。矿体围岩的稳固程度与矿山安全生产的关系极为密切。采场顶板的稳固程度主要取决于岩性和岩层压力两个因素。当顶板的岩性较松软，岩层压力较大时，就容易发生冒顶片帮事故。如果围岩较稳固，岩层压力也不大，则不易破裂冒落。因此，在矿山井巷开采和工作面掘进前，既要查清围岩的稳固性，又要摸清岩层压力大小，以便为矿山安全生产提供依据。在巷道掘进时，遇到岩石松软，节理发育，断层裂隙较多，有破碎带时，必须及时加以支护，以防冒顶片帮事故。

三、矿岩的物理化学性质

（一）放射性  地球内部放射性元素含量很少，但分布很广，且多聚集在地壳上部的花岗岩中，向地心则逐渐减少。地球所含放射性元素主要是铀、钍、镭，此外，钾、铷、钐等也具有放射性同位素，氡及其子体，当剂量超过允许值时，也会影响人体健康。

（二）氧化性和自然性  矿石的氧化性是指硫化矿石在水和空气的作用下，发生氧化还原反应，变为氧化矿石的性质。高硫矿石的含硫率在18%～20%以上时，即具有自燃性，在地面或地下贮存时间过长就会被氧化。硫化矿石在空气中氧化，并放出热量，如果散热不良，经过一定时间后，矿石温度将升高，发生自燃，引起内因火灾。

（三）有害物质  在矿山开采过程中常产生粉尘浮游在空气中，其中有些粉尘对人体危害很大。粉尘对人体的危害不仅取决于其化学成分，还与粉尘的矿物组成、颗粒形状及粒度等有关。如引起尘肺病的粉尘，不仅取决于其中硅的含量，更主要的是取决于硅是游离的二氧化硅（石英等），还是其他硅酸盐矿物，引起矽肺病的主要是游离的二氧化硅。砷、汞等金属能引起人员中毒。在矿山开采过程中还可能逸出一些对人体有毒有害的气体，如氡及其子体SO2、CO、CH4、H2S等。

在矿山生产过程中，应对上述有害物质进行调查，以便采取适当的防护措施，保护工人的身体健康。

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