端面起爆爆破震动方向性研究

陈 光，杨泽进，赵耀宙，桑宗其

（煤炭工业太原设计研究院，山西 太原 030001）

爆破技术广泛用于矿产开采、边坡开挖、隧道掘进等领域,带来了显著的经济和社会效益；但爆破也出现一些负面效应[1]，爆破震动效应就是其中之一；震动可能引起边坡、基岩、建构筑物等发生破坏，还会影响到人类的心理。因此，对于降低爆炸震动效应进而保护周边环境安全的研究课题，很有工程应用价值。

有关研究表明[2]，炸药爆炸能量既与爆轰、几何参数有关，还与约束条件、起爆方式有关。目前，对端面起爆时爆炸能量分布研究的报道较少，仅在军事领域研究应用[3]较广。本文从理论上分析条形炸药爆炸后的能量分配情况，再经设计现场爆破试验，验证条形炸药爆炸后的爆破震动方向性；得出了关于降低爆炸震动效应的具有工程应用价值的结论。

1 一维流动下爆炸能量分布情况

见图1，炸药置于真空刚性管中，构成一维流动流场。设取引爆面两端的药柱长为b、a、（a+b=l，b≤a），炸药的爆速为DJ，装药截面积为A0，初始密度为ρ0。炸药起爆后，爆轰波将向两侧进行传播。运用爆轰理论和爆轰波传播理论知识分析得知：一定时间后流场中将有八种流场区域[4]，各区域内爆轰产物的质点速度u 和声速c 的方程解，如表1所示。

由能量定义分析知[5]，当从左端起爆时（即b=0），可得出当炸药经过无穷时间爆炸后，分布到左、右两侧的能量Ea、Eb分别为：

图1 一维流动下的爆轰

表1 流场区域速度与声速的方程解

从式（1）知，炸药爆炸后分配到起爆点左、右两侧的能量存在差异，爆轰传播方向对炸药能量分布存在影响，分布到爆轰正方向的能量大于反方向，且其能量相对百分率为：

2 设计现场爆破试验

通过上述理论可知，条形炸药起爆后爆轰正方向的能量大于反方向，而此特性将由爆炸地震波体现到地面相连结构的震动效应上。为了验证炸药爆破震动的方向性，进行现场爆破试验，利用导爆索构成条形炸药，用监测仪采集爆轰正、反方向上各测点的爆破震动数据。见图2。在试验场地中央水平布置导爆索，起爆雷管设置在导爆索的最左端，起爆方向为自左向右。在左侧距爆心8 m、12 m、16 m处依次布置1、2、3号监测仪，在右侧距爆心8m、12m、16m处依次布置4、5、6号监测仪。试验共进行3次，分别采用1根、2根、3根导爆索（单长5 m）构成条形炸药。

试验顺利完成：表2为整个爆破试验中六个监测仪采集到的数据和等爆心距上的振速相对百分率。从表分析得出：等爆心距处爆轰正方向的振速大于反方向，炸药爆破震动具有方向性；且在一定范围内，等爆心距爆轰正、反两方向上振速相对百分率约为30%，这与能量相对百分率32%相近。试验达到预期目的。

表2 现场爆破试验振速数据（cm·s-1）及相对百分率

3 结束语

通过理论分析可知，爆轰传播方向对炸药能量分布存在着影响，条形炸药端面起爆后爆轰正方向的能量比反方向大约32%。能量体现到地面结构的震动效应上，通过试验证实了爆破震动具有方向性这一特性。利用此特性，爆破中就可利用炸药爆轰方向来操控作用于岩体破碎的能量，使爆轰正方向沿空旷方向，爆轰反方向沿有需保护物方向，使炸药爆炸能量最大有效地运用到欲破碎等有益方面，相对减少爆破震动破坏等有害方面，进而起到保护周边环境安全的作用。

[1]赵新涛.爆破震动机理及爆破震动效应控制的研究[D].南宁：广西大学，2006.

[2]杨泽进.柱状装药爆轰方向对爆破震动影响的研究[D].太原：太原理工大学，2012.

[3]宋浦,肖川,袁宝慧，等.端面起爆驱动圆柱壳体的分析[J].弹箭与制导学报,2006,26(2)：61-64.

[4]张宝平，张庆明,黄风雷.爆轰物理学[M].北京:兵器工业出版社,2001.

[5]林大超，白春华.爆炸地震效应[M].北京:地质出版社,2007.