岩石破碎

古代採礦，廣泛採用火爆法，春秋時期前，中國就已應用火爆法落礦。這是一種將岩石火燒加熱後，潑水淬冷，使岩石變酥，然後用手工撬挖的岩石破碎方法。直到19世紀中葉，採用了鑿岩機械和火藥爆破技術之後，岩石爆破才成為採礦工程中最常用的岩石破碎手段。第二次世界大戰後，隨着礦石需求的增長，研製出了許多新類型的鑿岩機械、爆破器材和開採機械，諸如牙輪鑽機、潛孔鑽機、微差雷管、銨油炸藥、採掘聯合機等，同時也要求在現代科學的基礎上，更準確地反映破碎岩石的規律。岩石破碎在採礦工程中的重要地位，逐漸被人們認識。50年代蘇聯斯柯欽斯基礦業研究院創建了岩石破碎研究室，70年代中國也建立了類似的研究室，岩石力學與工程學採礦學會還成立了專門的學術組織，使岩石破碎技術和理論得到發展，成為一門新的學科。由於岩石爆破不便於實現自動化連續作業，自70年代以來，世界各國不斷探索各種新的岩石破碎技術的可行性。

利用炸藥或其他爆炸物瞬間釋放的巨大能量破碎岩石，應用最廣也最有效。

分切削、衝鑿、碾壓、研磨四種方式。破巖時,破巖工具進入岩石，在工具移動前方的巖體內，出現密實核。在密實核周圍產生較大塊的崩碎體。機械破碎在硬巖中應用不廣的主要原因是工具磨損嚴重。其磨損程度主要取決於岩石內硬礦物（主要是石英）的含量和顆粒大小。

分低壓大流量和高壓小流量兩種。前者壓力不超過2×10⁷Pa，多用於水力採礦或採煤；後者壓力可達幾億帕（Pa）以上，用來切割岩石。此外還研製出脈衝式射流技術，可有效地破碎堅固岩石而無需很大功率。最高的瞬間壓力，已達5.6GPa。高壓水射流破碎岩石的能耗高，機械構造較複雜，多作為掘進機和露天牙輪鑽機破碎岩石的輔助手段。

在巖體內形成高的温度梯度，並利用岩石各組分的熱脹係數不同，形成熱應力，使巖體剝落或酥碎。含石英較多的岩石使用此法效果較好。現代加熱方法有鋁熱劑、火焰噴射、等離子焰、微波、紅外線照射、高能電子束、強大的擊穿電流、激光等。但除火焰噴射法（火鑽）外，其他均處於試驗階段。

為選用合理的岩石破碎方法，將岩石按破碎難易程度分級。分級指標有普氏堅固性係數f、可鑽性、可爆性、侵入硬度和鑿巖比功等。20世紀50年代以來，中國礦山曾普遍應用普氏堅固性係數 f作為分級指標。正在研究更完善的分級方法。

採礦工程中破碎岩石的主要方法有：

（1）機械破巖。由機械直接施載於工具使岩石局部破碎，如鍬鎬挖掘、釺子打眼、滾刀碾壓、刀具切削等。這類破巖方法的共同特點是，將工具侵入岩石，使其周圍岩石產生崩落或劈開。（2）岩石爆破。利用炸藥爆炸所產生的高温高壓和大量的氣體來破碎岩石，也包括用熱核爆炸和用化學反應來破碎岩石，後者也稱為靜態膨脹。岩石爆破是破碎硬巖最常用的方法。（3）物理破巖。利用熱能、電子、電磁波、激光和高壓水射流等能源來破碎岩石。19世紀60年代，火焰噴燒（即火鑽）曾在生產中得到應用，大流量的水射流（即水槍），在採煤中得到應用，其它方法都尚處在試驗研究階段，有時也作為機械破巖的輔助手段。

岩石破碎是採礦工程的基礎學科之一，其發展的主要方面有：（1）研究與破碎有關的岩石物理力學性質及其測定方法，包括岩石堅固性、岩石可鑽性、岩石可爆性和岩石崩落性等。（2）研究岩石破碎的物理機制、破碎過程，尋求這一過程的監控方法。（3）確定破碎工藝的合理工作參數，它與機械的控制系統相結合，可使機械在最優狀態下工作。（4）探索岩石破碎新方法、新工藝、新器材，提高破碎質量和效率，降低破碎能耗和成本。 ^[2]