为了提高坚硬岩石定向涨裂破岩效率, 从坚硬岩石涨裂定向破岩机理出发, 基于空孔效应理论对200 mm、250 mm、300 mm、400 mm空孔间距以及20 mm、40 mm、90 mm、120 mm空孔半径下空孔孔壁的应力变化规律展开研究, 将理论计算与数值模拟进行对比分析验证。研究结果显示：空孔的存在使得空孔靠近涨裂孔一侧产生应力集中, 随着空孔间距增大、空孔半径减小, 空孔效应应力集中现象越弱; 空孔圆周上受拉区为±40°以内, 最大拉应力出现在空孔与涨裂孔圆心连接线上, 最大压应力出现在空孔圆周±70°附近。孔间连线上I型岩石应力强度因子与应力变化规律相对应, 在孔间距达到400 mm时, 应力强度因子KI小于岩石的断裂韧度KIC, 无法达到形成贯通裂纹的条件。依据研究成果设置空孔参数, 并在深圳市铁岗-石岩水库石岩北清水引水隧洞进行涨裂破岩试验。试验结果显示：空孔对于裂纹扩展方向具有引导作用, 能够促使空孔与涨裂孔连线方向产生贯通的主裂纹, 有利于提高坚硬岩石的涨裂破岩效率, 能够为相似工程提供借鉴和参考。

在露天矿台阶爆破时, 台阶区域内的岩石移动轨迹是露天矿实现精准采矿的重要影响因素, 尤其针对矿化不均匀的矿体。针对乌山铜钼矿台阶爆破过程中内部岩石移动轨迹尚不明确的难点问题, 将通过采用信号标志物的跟踪算法, 并依托满洲里乌山铜钼矿开展了现场台阶爆破测试。通过现场智能信标安装、定位、监测和数据分析, 研究结果表明: 第一排信标运动时间长, 移动速度快, 平均速度达到5.8~9.8 m/s, 运动距离在18.4~29.4 m; 由于受到台阶前段岩体的约束和阻碍, 2#监测信标的运动时间、飞行速度与移动距离明显下降, 平均速度为1.8~4.8 m/s, 运动距离为5.3~14.2 m; 3#爆破孔信标移动距离和移动时间最小, 3-3号信标斜向下俯冲角度达到25°左右, 6-1、6-2、6-3号信标斜向下俯冲角度较为平缓2°~8°左右。从深度上来看, 浅部信标在前冲的这段时间内, 前半段水平向前移动, 后半段有明显的下降趋势, 深部信标的垂直运动距离明显小于浅部信标。

延期时间的优选对于矿山爆破振动的控制以及爆破技术经济效果的保障都至关重要。改进的线性叠加法可用于研究爆破振动质点峰值振速(PPV)与不同延期时间的关系。首先, 利用傅里叶级数来表示实测单孔爆破振动波形; 其次, 在傅立叶级数展开式的系数和相位中加入随机变量生成指定数量的单孔爆破振动波形; 再次, 利用蒙特卡洛模拟计算0 ms到250 ms之间每个延期时间对应的PPV均值, 得到PPV随延期时间变化曲线。实例分析结果表明: 若以距离爆源531 m处的民房为保护目标, 以0.45 cm/s为峰值质点振速控制标准, 7 ms以上的延期时间均可选择, 并且当延期时间增大, PPV呈减小趋势。结合矿山岩石破碎效果试验, 大块量随米延期时间增大呈先减小后增大的抛物线变化规律, 其最小值出现在米延期为7 ms/m处。若以爆破振动监测所在矿山的6 m孔距算, 其岩石破碎最优延期时间约为40 ms。综合爆破振动蒙特卡洛模拟结果和矿山岩石破碎效果试验结果, 得到该矿山爆破最优延期时间可选择为40 ms。

硬岩矿山巷道在机械冲击凿岩和炸药爆破的动力扰动作用下极易发生冒顶片帮和岩爆等动力灾害, 研究巷道变形破坏机理的动载效应意义重大。为了弄清动力扰动下巷道围岩的力学行为, 将硬岩巷道简化为岩石力学孔口问题, 采用50 mm杆径的改进型霍普金森压杆实验系统对系列含孔洞板状砂岩进行了冲击加载实验, 探索孔洞尺寸和形状对岩石动态力学参数、破坏模式及能量耗散特征的影响。研究结果表明: 孔洞的存在对岩石的动态强度、动态弹性模量和峰值应变均具有显著的弱化作用。随着孔洞尺寸的增大, 岩石动态力学特性参数显著降低; 不同孔洞形状中, 方形孔洞试样的动态强度和峰值应变最大, 紧接着是马蹄形孔洞和圆形孔洞试样, 而它们的弹性模量大小呈现相反的结论。岩石破坏形态方面, 冲击作用下完整岩石和孔洞岩石分别发生劈裂拉伸破坏和拉剪破坏。另外, 马蹄形孔洞试样能耗密度和分形维数同比最大, 分别为1.94 J/cm3和2.11 J/cm3, 表明其破坏过程最为剧烈, 而圆形和方形孔洞试样的破碎块度相差不大。该研究成果科学揭示了硬岩巷道围岩破裂特征, 为硬岩巷道支护设计和岩石灾变防治奠定了重要理论基础。

岩石颜色不仅反映沉积环境而且指示特有矿物与元素, 是纵向横向沉积演化, 地层对比的重要依据和指标之一。 目前岩石颜色主要依赖肉眼识别和主观描述, 或使用色卡进行对比判读。 这些方法受个体差异和环境影响较大, 缺少定量计算方法, 无法满足颜色批量精准识别的需要。 因此快速、 批量、 高效实现颜色的客观识别和数值量化对地质工作研究和应用具有重要意义。 该研究基于色度学原理, 利用光谱分析技术, 结合Python计算机语言编译的岩石颜色定量化识别软件, 实现岩石颜色的数值定量化和批量自动化转换, 提高颜色的判断精度和识别效率。 通过对《Munsell Rock Book》对比发现, CIE RGB颜色系统计算结果与色卡一致性较高, Munsell系统计算结果中色相值(＜3个NBS单位)一致性达到86.7%, 明度值和纯度值的一致性分别达到92.2%和82.2%, 相关性为98.83%和87.50%, 均属于较小色差范围。 相较于Munsell系统计算结果, 31个岩石样品的CIE RGB计算结果与样品颜色的一致性和准确性更高。 造成颜色差异的原因复杂多样, 不仅与颜色系统之间的转换误差和人为主观对比及判读有关, 而且与岩石样品的特殊性和环境等因素密切相关。 本次研究为岩石颜色的快速、 高效、 客观批量化和定量化表征提供了一种可行性方法和思路, 具有较好的应用价值。

利用太赫兹时域光谱技术信噪比高、频带宽、入射波光子能量低等特点，以及仪器操作简单、测试速度快等优势，对地学领域中的岩石矿物的成分、结构等参量的表征进行了总结，特别是围绕岩石矿物的光学性质、矿物中水的含量、填料矿物的表征、矿物对太赫兹波的调制等方面进行阐述。为研究岩石矿物的形成条件、矿化过程、矿物应用等内容提供一种新型的分析手段，拓展了太赫兹光谱技术的应用范围。

激光破岩技术在油气开采、矿业挖掘等方面具有很大潜力，然而现阶段有关激光破岩的多数研究还处于理论与实验探索阶段。高能激光钻井破岩是一项涉及光学、材料、力学等学科的复杂技术，需要对激光与岩石作用过程中的物理化学变化、岩石力学性质、激光参数等问题进行研究，在实际应用之前有许多难题需要解决。本文针对激光与岩石作用机理，对近年来的相关研究成果在多方面进行了归纳总结。现阶段对激光破岩机理的研究仍在不断进行，其中数值仿真、实验研究是研究激光破岩的主要方式。此外，本文还总结了激光破岩的应用研究进展，并分析了未来激光破岩的发展趋势。