張濤樊百平

（1安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)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(xué)化學(xué)工程學(xué)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(yīng),定向斷裂爆破效果較好,同時(shí)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(yù)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(guān)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(xué)和穩(wěn)定性能，爆破工作者和現(xiàn)場技術(shù)人員嘗試多種方法和手段，其中定向斷裂控制爆破也進(jìn)行了試驗(yàn)和分析。從20世紀(jì)中期，國內(nèi)外研究學(xué)者和現(xiàn)場技術(shù)人員對(duì)定向斷裂控制爆破技術(shù)進(jìn)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(jìn)行分析。

1 切槽爆破

切槽爆破是改變炮孔形狀，在孔壁上預(yù)制V形對(duì)稱溝槽，以改變爆炸應(yīng)力

場的分布，在溝槽尖端形成應(yīng)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(dòng)態(tài)測試系統(tǒng)對(duì)切槽爆破進(jìn)行分析和研究，研究的形式是改變炮孔形狀和裝藥結(jié)構(gòu)，得出在切槽方向應(yīng)力場得到相應(yīng)增強(qiáng)，從而在爆破裂縫的定向發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用。W.L.Fourney［2］通過對(duì)切槽爆破進(jìn)行光彈試驗(yàn)和分析也證實(shí)了楊仁樹等人的結(jié)論，并認(rèn)為裂紋在擴(kuò)展過程中其速度是變化的。Persson等人［3］通過理論計(jì)算得到了切槽爆破裂縫端部的應(yīng)力強(qiáng)度因子。肖正學(xué)等人［4］詳細(xì)討論了V型切槽在沖擊波的動(dòng)態(tài)壓力和爆轟氣體的準(zhǔn)靜態(tài)壓力作用下所產(chǎn)生的力學(xué)效應(yīng)。王艷梅［5］通過對(duì)螺旋孔和圓孔爆破的爆破機(jī)理、數(shù)值模擬等方面對(duì)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(xué)和爆生氣體膨脹準(zhǔn)靜壓理論，宗琦［6］提出了切槽爆破時(shí)的脆性斷裂力學(xué)模型，并應(yīng)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(yù)制V型切槽爆破裂紋尖端的應(yīng)力場和位移場。應(yīng)用巖石斷裂力學(xué)和爆生氣體膨脹準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)中獲得了較好的實(shí)驗(yàn)效果。為了研究炸藥對(duì)巖石的做功過程，Zhu等人［9，10］采用數(shù)值模擬軟件AUTODYN進(jìn)行研究，得出剪應(yīng)力引起粉碎區(qū)，拉應(yīng)力引起徑向裂紋，自由面的反射應(yīng)力波引起周圍巖石產(chǎn)生損傷，同時(shí)對(duì)邊界條件、耦合介質(zhì)、炮孔直徑、不耦合系數(shù)和節(jié)理進(jìn)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(jié)構(gòu)，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(kuò)展。

陳壽峰等人［11］應(yīng)用綜合理論、試驗(yàn)和數(shù)值模擬的研究成果，對(duì)聚能爆破破巖機(jī)理進(jìn)行了初步分析，得出聚能爆破各主要參數(shù)對(duì)破巖效果影響的基本規(guī)律。郭德勇等人［12］針對(duì)低透氣性煤層瓦斯抽放率低問題，將聚能爆破技術(shù)應(yīng)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(gè)步驟。并在鄭州大平煤礦13091工作面對(duì)煤層深孔聚能爆破增透瓦斯抽放工藝技術(shù)可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。羅勇等人［13］根據(jù)爆炸力學(xué)、巖石斷裂力學(xué)理論，從當(dāng)前控制爆破面臨的問題入手，對(duì)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(kuò)展進(jìn)行了研究，并利用自制線性聚能藥包在巷道掘進(jìn)中進(jìn)行了工程試驗(yàn)。謝華剛等人［14-19］發(fā)明了一種復(fù)合型切縫藥包裝藥結(jié)構(gòu)，并采用相似模擬的方法對(duì)其進(jìn)行了研究，得出切縫方向的應(yīng)變峰值高于一般切縫藥包的應(yīng)變峰值，同時(shí)得到比較理想的爆破效果。劉文革等人［20］通過理論計(jì)算，確定了軸對(duì)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(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，得出較好的聚能爆破效果；同時(shí)對(duì)聚能爆破機(jī)理進(jìn)行了模擬得出軸對(duì)稱聚能爆破藥管具有較好的聚能效應(yīng)，有利于實(shí)現(xiàn)定向預(yù)裂爆破。何廣沂［21］針對(duì)多年青藏高原凍土的特征，重點(diǎn)論述了爆破方法與工藝及先進(jìn)實(shí)用的聚能爆破技術(shù)。

3 結(jié)論

近年來國內(nèi)外對(duì)定向斷裂控制爆破的研究取得了一些成果，使其在工程應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，特別是貴重石材的開采、低透氣性煤礦瓦斯抽放中的應(yīng)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(jié)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(yīng)，定向斷裂爆破效果較好，同時(shí)施工工藝簡單。

［1］楊仁樹,宋俊生.切槽孔爆破機(jī)理模型試驗(yàn)研究［J］.煤炭學(xué)報(bào),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(xué),郭學(xué)彬.切槽爆破在爆炸沖擊波和爆轟氣體作用下的力學(xué)效應(yīng)［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),1998,17(6)：650-654.

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

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

［7］王成端.預(yù)制V型裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子的研究［J］.應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué),1992,13(5)：469-477.

［8］解文彬,周翔.切槽爆破技術(shù)在漢白玉石材開采中的應(yīng)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(yàn)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(xué)報(bào),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(shù)中的應(yīng)用研究［J］.力學(xué)季刊,2007,28(2)：234-239.

［14］謝華剛,阮懷寧,吳玲麗.復(fù)合型切縫藥包成縫機(jī)理及數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)［J］.高壓物理學(xué)報(bào),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(fù)合型切縫藥包機(jī)理分析及微差爆破試驗(yàn)［J］.煤炭學(xué)報(bào),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(fù)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(duì)稱聚能藥管及其聚能效應(yīng)［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),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(xué),2001,3(6)：57-64.

TB41

A

1009-8534（2015）02-0174-01

2014-3-2

張濤（1963-），男，安徽泗縣人，實(shí)驗(yàn)師，雙?？?，從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。