定向斷裂控制爆破研究成果分析

張濤樊百平

（1安徽理工大學化學工程學院，安徽淮南232001 2西安慶華民用爆破器材股份有限公司，陜西西安710025）

定向斷裂控制爆破研究成果分析

張濤1樊百平2

（1安徽理工大學化學工程學院，安徽淮南232001 2西安慶華民用爆破器材股份有限公司，陜西西安710025）

從切槽爆破研究成果分析,得出切槽爆破在一定程度上可以控制巖體圍巖成形,其孔間距可加大1.5～2.0倍；從定向斷裂控制爆破(聚能藥包)研究成果分析,得出定向斷裂控制爆破(聚能藥包)具有較好的聚能效應,定向斷裂爆破效果較好,同時施工工藝簡單。

定向斷裂控制爆破 切槽爆破 聚能藥包 數(shù)值模擬

0 引言

為了改善光面爆破和預裂爆破的效果，保證巖石開挖面平整和較高的井巷輪廓線，關于石料開采的較高成材率，減少工程施工中的超挖和欠挖現(xiàn)象，降低圍巖（巷道）和減小露天邊坡?lián)p傷率，提高圍巖的力學和穩(wěn)定性能，爆破工作者和現(xiàn)場技術人員嘗試多種方法和手段，其中定向斷裂控制爆破也進行了試驗和分析。從20世紀中期，國內(nèi)外研究學者和現(xiàn)場技術人員對定向斷裂控制爆破技術進行分析和研究，取得一定的成果。下面從切槽爆破、聚能藥包定向斷裂控制爆破的成果進行分析。

1 切槽爆破

切槽爆破是改變炮孔形狀，在孔壁上預制V形對稱溝槽，以改變爆炸應力

場的分布，在溝槽尖端形成應力集中，使爆炸后優(yōu)先在溝槽尖端發(fā)展。楊仁樹等人［1］采用超動態(tài)測試系統(tǒng)對切槽爆破進行分析和研究，研究的形式是改變炮孔形狀和裝藥結構，得出在切槽方向應力場得到相應增強，從而在爆破裂縫的定向發(fā)展起到一定的促進作用。W.L.Fourney［2］通過對切槽爆破進行光彈試驗和分析也證實了楊仁樹等人的結論，并認為裂紋在擴展過程中其速度是變化的。Persson等人［3］通過理論計算得到了切槽爆破裂縫端部的應力強度因子。肖正學等人［4］詳細討論了V型切槽在沖擊波的動態(tài)壓力和爆轟氣體的準靜態(tài)壓力作用下所產(chǎn)生的力學效應。王艷梅［5］通過對螺旋孔和圓孔爆破的爆破機理、數(shù)值模擬等方面對比分析，得出螺旋孔爆破能有效地提高破巖面積，增加能量利用率。根據(jù)巖石斷裂力學和爆生氣體膨脹準靜壓理論，宗琦［6］提出了切槽爆破時的脆性斷裂力學模型，并應用該模型分析了爆生裂紋的發(fā)展規(guī)律。利用Westergarrd理論分析方法，王成端［7］得出預制V型切槽爆破裂紋尖端的應力場和位移場。應用巖石斷裂力學和爆生氣體膨脹準靜壓理論分析研究，解文彬等人［8］得到了適合切槽爆破切割漢白玉石材的基本爆破參數(shù)，并在現(xiàn)場實驗中獲得了較好的實驗效果。為了研究炸藥對巖石的做功過程，Zhu等人［9，10］采用數(shù)值模擬軟件AUTODYN進行研究，得出剪應力引起粉碎區(qū)，拉應力引起徑向裂紋，自由面的反射應力波引起周圍巖石產(chǎn)生損傷，同時對邊界條件、耦合介質(zhì)、炮孔直徑、不耦合系數(shù)和節(jié)理進行了討論。

2 聚能藥包定向斷裂控制爆破

聚能藥包定向斷裂爆破是通過改變藥卷自身結構，沿藥卷軸向壓制聚能槽，利用聚能穴的聚能作用，改變爆炸壓力的分布特征，從而在壓力積聚的方向優(yōu)先開裂擴展。

陳壽峰等人［11］應用綜合理論、試驗和數(shù)值模擬的研究成果，對聚能爆破破巖機理進行了初步分析，得出聚能爆破各主要參數(shù)對破巖效果影響的基本規(guī)律。郭德勇等人［12］針對低透氣性煤層瓦斯抽放率低問題，將聚能爆破技術應用于煤層增透中，制定了聚能爆破增透工藝，并將增透工藝分為選址、打鉆、裝藥、封孔、引爆5個步驟。并在鄭州大平煤礦13091工作面對煤層深孔聚能爆破增透瓦斯抽放工藝技術可行性進行了驗證。羅勇等人［13］根據(jù)爆炸力學、巖石斷裂力學理論，從當前控制爆破面臨的問題入手，對線性聚能藥包（Linearshaped charge）在巖石定向斷裂爆破中裂紋的產(chǎn)生及擴展進行了研究，并利用自制線性聚能藥包在巷道掘進中進行了工程試驗。謝華剛等人［14-19］發(fā)明了一種復合型切縫藥包裝藥結構，并采用相似模擬的方法對其進行了研究，得出切縫方向的應變峰值高于一般切縫藥包的應變峰值，同時得到比較理想的爆破效果。劉文革等人［20］通過理論計算，確定了軸對稱聚能藥管的參數(shù)及煤的裂隙長度，并選擇水膠炸藥在鋼管內(nèi)進行模擬實驗，得出較好的聚能爆破效果；同時對聚能爆破機理進行了模擬得出軸對稱聚能爆破藥管具有較好的聚能效應，有利于實現(xiàn)定向預裂爆破。何廣沂［21］針對多年青藏高原凍土的特征，重點論述了爆破方法與工藝及先進實用的聚能爆破技術。

3 結論

近年來國內(nèi)外對定向斷裂控制爆破的研究取得了一些成果，使其在工程應用領域得到廣泛的應用，特別是貴重石材的開采、低透氣性煤礦瓦斯抽放中的應用等等。下面是從切槽爆破、聚能藥包定向斷裂控制爆破研究成果分析得出的結論：

⑴從切槽爆破研究成果分析，得出切槽爆破在一定程度上可以控制巖體圍巖成形，其孔間距可加大1.5～2.0倍；

⑵從定向斷裂控制爆破（聚能藥包）研究成果分析，得出定向斷裂控制爆破具有較好的聚能效應，定向斷裂爆破效果較好，同時施工工藝簡單。

［1］楊仁樹,宋俊生.切槽孔爆破機理模型試驗研究［J］.煤炭學報,1995,20(2)：197-200.

［2］FOURNEY W L,DALLY J W,HOLLOWAY D C. Controlled blasting with ligamented charge holders［C］,15, 1978：121-129.

［3］PERSSON P A,LUNDBORG N,JOHANNSSON C H.The basic mechanisms in rock blasting［R］,1970.

［4］肖正學,郭學彬.切槽爆破在爆炸沖擊波和爆轟氣體作用下的力學效應［J］.巖石力學與工程學報,1998,17(6)：650-654.

［5］王艷梅,李成芳.螺旋孔和圓孔切槽爆破的對比分析［J］.重慶建筑,2005(11)：51-53.

［6］宗琦.巖石炮孔預切槽爆破斷裂成縫機理研究［J］.巖土工程學報,1998,20(1)：30-33.

［7］王成端.預制V型裂紋尖端應力強度因子的研究［J］.應用數(shù)學和力學,1992,13(5)：469-477.

［8］解文彬,周翔.切槽爆破技術在漢白玉石材開采中的應用研究［J］.爆破,2007,24(2)：45-48.

［9］ZHU Z, MOHANTY B, XIE H. Numericalinvestigation of blasting -induced crack initiation andpropagation in rocks ［J］. International Journal of RockMechanics and Mining, 2007, 44(3)： 412-424.

［10］ZHU Z, XIE H, MOHANTY B. Numericalinvestigation of blasting -induced damage in cylindricalrocks［J］. International Journal of Rock Mechanics andMining, 2008, 45(2)： 111-121.

［11］陳壽峰,薛士文,高偉偉,等.巖石聚能爆破試驗與數(shù)值模擬研究［J］.爆破,2013,29(4)：14-18.

［12］郭德勇,宋文健,李中州,等.煤層深孔聚能爆破致裂增透工藝研究［J］.煤炭學報,2009,34(8)：1086-1089.

［13］羅勇,崔曉榮,沈兆武.聚能爆破在巖石控制爆破技術中的應用研究［J］.力學季刊,2007,28(2)：234-239.

［14］謝華剛,阮懷寧,吳玲麗.復合型切縫藥包成縫機理及數(shù)值模擬實驗［J］.高壓物理學報,2012,V26(02)：205-210.

［15］謝華剛,吳玲麗.切縫藥包定向斷裂控制爆破研究綜述［J］.工程爆破,2011(02)：26-30.

［16］謝華剛,阮懷寧,吳玲麗,等.復合型切縫藥包機理分析及微差爆破試驗［J］.煤炭學報,2010(S1)：68-71.

［17］阮懷寧,謝華剛,趙正信,等.切縫夾砂藥包及其爆破安裝裝置和生產(chǎn)工藝：江蘇,CN101825417A［P］.2010-04-15.

［18］阮懷寧,謝華剛,趙正信,等.切縫夾砂藥包及其爆破安裝裝置：江蘇,CN201637355U［P］.2010-04-15.

［19］阮懷寧,謝華剛,余華中,等.一種復合聚能型爆破藥包及其生產(chǎn)方法：江蘇,CN101709933A［P］.2009-12-07.

［20］劉文革,題正義,黃文堯.軸對稱聚能藥管及其聚能效應［J］.遼寧工程技術大學學報,2006(S2)：126-128.

［21］何廣沂.青藏高原多年凍土地帶爆破研究［J］.中國工程科學,2001,3(6)：57-64.

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1009-8534（2015）02-0174-01

2014-3-2

張濤（1963-），男，安徽泗縣人，實驗師，雙?？?，從事實驗教學工作。