定向断裂控制爆破研究成果分析

2015-04-10张涛樊百平

宿州教育学院学报 2015年2期

关键词：药包切缝研究成果

张涛樊百平

（1安徽理工大学化学工程学院，安徽淮南232001 2西安庆华民用爆破器材股份有限公司，陕西西安710025）

定向断裂控制爆破研究成果分析

张涛1樊百平2

（1安徽理工大学化学工程学院，安徽淮南232001 2西安庆华民用爆破器材股份有限公司，陕西西安710025）

从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岩体围岩成形,其孔间距可加大1.5～2.0倍；从定向断裂控制爆破(聚能药包)研究成果分析,得出定向断裂控制爆破(聚能药包)具有较好的聚能效应,定向断裂爆破效果较好,同时施工工艺简单。

定向断裂控制爆破切槽爆破聚能药包数值模拟

0 引言

为了改善光面爆破和预裂爆破的效果，保证岩石开挖面平整和较高的井巷轮廓线，关于石料开采的较高成材率，减少工程施工中的超挖和欠挖现象，降低围岩（巷道）和减小露天边坡损伤率，提高围岩的力学和稳定性能，爆破工作者和现场技术人员尝试多种方法和手段，其中定向断裂控制爆破也进行了试验和分析。从20世纪中期，国内外研究学者和现场技术人员对定向断裂控制爆破技术进行分析和研究，取得一定的成果。下面从切槽爆破、聚能药包定向断裂控制爆破的成果进行分析。

1 切槽爆破

切槽爆破是改变炮孔形状，在孔壁上预制V形对称沟槽，以改变爆炸应力

场的分布，在沟槽尖端形成应力集中，使爆炸后优先在沟槽尖端发展。杨仁树等人［1］采用超动态测试系统对切槽爆破进行分析和研究，研究的形式是改变炮孔形状和装药结构，得出在切槽方向应力场得到相应增强，从而在爆破裂缝的定向发展起到一定的促进作用。W.L.Fourney［2］通过对切槽爆破进行光弹试验和分析也证实了杨仁树等人的结论，并认为裂纹在扩展过程中其速度是变化的。Persson等人［3］通过理论计算得到了切槽爆破裂缝端部的应力强度因子。肖正学等人［4］详细讨论了V型切槽在冲击波的动态压力和爆轰气体的准静态压力作用下所产生的力学效应。王艳梅［5］通过对螺旋孔和圆孔爆破的爆破机理、数值模拟等方面对比分析，得出螺旋孔爆破能有效地提高破岩面积，增加能量利用率。根据岩石断裂力学和爆生气体膨胀准静压理论，宗琦［6］提出了切槽爆破时的脆性断裂力学模型，并应用该模型分析了爆生裂纹的发展规律。利用Westergarrd理论分析方法，王成端［7］得出预制V型切槽爆破裂纹尖端的应力场和位移场。应用岩石断裂力学和爆生气体膨胀准静压理论分析研究，解文彬等人［8］得到了适合切槽爆破切割汉白玉石材的基本爆破参数，并在现场实验中获得了较好的实验效果。为了研究炸药对岩石的做功过程，Zhu等人［9，10］采用数值模拟软件AUTODYN进行研究，得出剪应力引起粉碎区，拉应力引起径向裂纹，自由面的反射应力波引起周围岩石产生损伤，同时对边界条件、耦合介质、炮孔直径、不耦合系数和节理进行了讨论。

2 聚能药包定向断裂控制爆破

聚能药包定向断裂爆破是通过改变药卷自身结构，沿药卷轴向压制聚能槽，利用聚能穴的聚能作用，改变爆炸压力的分布特征，从而在压力积聚的方向优先开裂扩展。

陈寿峰等人［11］应用综合理论、试验和数值模拟的研究成果，对聚能爆破破岩机理进行了初步分析，得出聚能爆破各主要参数对破岩效果影响的基本规律。郭德勇等人［12］针对低透气性煤层瓦斯抽放率低问题，将聚能爆破技术应用于煤层增透中，制定了聚能爆破增透工艺，并将增透工艺分为选址、打钻、装药、封孔、引爆5个步骤。并在郑州大平煤矿13091工作面对煤层深孔聚能爆破增透瓦斯抽放工艺技术可行性进行了验证。罗勇等人［13］根据爆炸力学、岩石断裂力学理论，从当前控制爆破面临的问题入手，对线性聚能药包（Linearshaped charge）在岩石定向断裂爆破中裂纹的产生及扩展进行了研究，并利用自制线性聚能药包在巷道掘进中进行了工程试验。谢华刚等人［14-19］发明了一种复合型切缝药包装药结构，并采用相似模拟的方法对其进行了研究，得出切缝方向的应变峰值高于一般切缝药包的应变峰值，同时得到比较理想的爆破效果。刘文革等人［20］通过理论计算，确定了轴对称聚能药管的参数及煤的裂隙长度，并选择水胶炸药在钢管内进行模拟实验，得出较好的聚能爆破效果；同时对聚能爆破机理进行了模拟得出轴对称聚能爆破药管具有较好的聚能效应，有利于实现定向预裂爆破。何广沂［21］针对多年青藏高原冻土的特征，重点论述了爆破方法与工艺及先进实用的聚能爆破技术。

3 结论

近年来国内外对定向断裂控制爆破的研究取得了一些成果，使其在工程应用领域得到广泛的应用，特别是贵重石材的开采、低透气性煤矿瓦斯抽放中的应用等等。下面是从切槽爆破、聚能药包定向断裂控制爆破研究成果分析得出的结论：

⑴从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岩体围岩成形，其孔间距可加大1.5～2.0倍；

⑵从定向断裂控制爆破（聚能药包）研究成果分析，得出定向断裂控制爆破具有较好的聚能效应，定向断裂爆破效果较好，同时施工工艺简单。

［1］杨仁树,宋俊生.切槽孔爆破机理模型试验研究［J］.煤炭学报,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］肖正学,郭学彬.切槽爆破在爆炸冲击波和爆轰气体作用下的力学效应［J］.岩石力学与工程学报,1998,17(6)：650-654.

［5］王艳梅,李成芳.螺旋孔和圆孔切槽爆破的对比分析［J］.重庆建筑,2005(11)：51-53.

［6］宗琦.岩石炮孔预切槽爆破断裂成缝机理研究［J］.岩土工程学报,1998,20(1)：30-33.

［7］王成端.预制V型裂纹尖端应力强度因子的研究［J］.应用数学和力学,1992,13(5)：469-477.

［8］解文彬,周翔.切槽爆破技术在汉白玉石材开采中的应用研究［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］陈寿峰,薛士文,高伟伟,等.岩石聚能爆破试验与数值模拟研究［J］.爆破,2013,29(4)：14-18.

［12］郭德勇,宋文健,李中州,等.煤层深孔聚能爆破致裂增透工艺研究［J］.煤炭学报,2009,34(8)：1086-1089.

［13］罗勇,崔晓荣,沈兆武.聚能爆破在岩石控制爆破技术中的应用研究［J］.力学季刊,2007,28(2)：234-239.

［14］谢华刚,阮怀宁,吴玲丽.复合型切缝药包成缝机理及数值模拟实验［J］.高压物理学报,2012,V26(02)：205-210.

［15］谢华刚,吴玲丽.切缝药包定向断裂控制爆破研究综述［J］.工程爆破,2011(02)：26-30.

［16］谢华刚,阮怀宁,吴玲丽,等.复合型切缝药包机理分析及微差爆破试验［J］.煤炭学报,2010(S1)：68-71.

［17］阮怀宁,谢华刚,赵正信,等.切缝夹砂药包及其爆破安装装置和生产工艺：江苏,CN101825417A［P］.2010-04-15.

［18］阮怀宁,谢华刚,赵正信,等.切缝夹砂药包及其爆破安装装置：江苏,CN201637355U［P］.2010-04-15.

［19］阮怀宁,谢华刚,余华中,等.一种复合聚能型爆破药包及其生产方法：江苏,CN101709933A［P］.2009-12-07.

［20］刘文革,题正义,黄文尧.轴对称聚能药管及其聚能效应［J］.辽宁工程技术大学学报,2006(S2)：126-128.

［21］何广沂.青藏高原多年冻土地带爆破研究［J］.中国工程科学,2001,3(6)：57-64.

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