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第22卷第12期岩石力学与工程学报22(12)：2047～2051 2003年12月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec.，2003双向聚能拉伸爆破新技术＊ 何满潮1，2曹伍富1，3单仁亮1王树理2(1中国矿业大学(北京校区)力学与建筑工程学院北京 100083)( 2中国地质大学工程技术学院北京 100083) (3安徽理工大学淮南 232001)摘要针对光面爆破和当前聚能控制爆破存在的问题，以及某特大型硐室高强度岩体复杂断面成型爆破的工程现状，提出了双向聚能拉伸爆破新技术，对其特点、相应的聚能装置、聚能爆破机理、爆破力学行为及力学模型作了详细介绍。
在单孔、联孔爆破的基础上，将该技术应用于硐室的方形断面和岩台成型爆破，收到了良好的爆破效果。
该技术的开发与应用，为高强度岩体复杂断面成型爆破提供了一条高效低耗途径，有广阔的应用前景。
关键词爆破工程，双向聚能，爆破原理，拉张作用，成型爆破，大硐室分类号TD 235.4 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2003)12-2047-05NEW BLASTING TECHNOLOGY——BILATERAL CUMULATIVETENSILE EXPLOSIONHe Manchao1，2，Cao Wufu1，3，Shan Renliang1，W ang Shuli2(1School of Mechanics，Architecture and Civil Engineering，China University of Mining and Technology， Beijing100083 China) (2School of Engineering and Technology，China University of Geosciences， Beijing 100083 China)(3Anhui University of Science and Technology， Huainan232001 China)Abstract Bilateral cumulative tensile explosion，a new controll blasting technology of cumulative explosion，is put forward and defined，which aims at resolving the problems existing in conventional blasting，smooth blasting，present control blasting and the status of complex outline shaping blasting in rock masses with high uniaxial compressive strength. In application，the charge is put into a special set with cumulative effect in two designed directions，and then the charged set is put into the shot hole. After being detonated，even compressive stress and concentrated tensile stress from explosion are produced in non-controlled and controlled directions，respectively，and then the stresses act on corresponding wall of the shot hole. As a result，crannies are initiated and propagated and rock mass are fractured in controlled direction. The characteristics of new blasting technology，matching sets，explosion mechanism and mechanics models of explosion are detailedly introduced in the paper. On the basis of field experiments of explosion of single borehole and multi-boreholes， the technology is applied to blast rock window and bench in some special large caverns. The satisfactory blasting effects have been achieved. The application results show that the technology is practicable and effective to complex outline shaping blasting of rock mass with high uniaxial compressive strength. The technology shows a bright future of widespread applications.Key words blasting engineering，bilateral cumulative energy，mechanism of explosion，tensile action，shaping blasting，large rock caverns2003年4月3日收到初稿，2003年5月30日收到修改稿。
控制爆破技术研究现状及发展建议摘要：与传统的爆破技术相比，控制爆破具有显著的特征，其爆破工作的实施主要是通过采取一定的技术手段对爆破所产生的能量及范围进行有效控制，从而使得爆破之后工程的倾倒方向、所造成的飞石以及相应的破坏区域能够符合所规定的标准。
关键词：控制爆破；现状；发展1控制爆破概述针对于不同的爆破对象，所要求的爆破目的以及所需要采取的爆破方法往往是不同的。
目前对于控制爆破技术的定义为：根据爆破工程实际的爆破需求，通过精心地设计并采取有效的防护措施，对于爆破过程中所释放的能量以及爆破过程中所产生的碎石、爆破之后所涉及到的范围进行严格控制。
不仅要使得工程爆破之后达到相应的爆破目标和效果，同时还需要保证工程爆破之后的倒塌方向、塌方范围以及倒塌之后所造成的影响控制在相应的范围内。
对于这种既能完成爆破任务，又能将爆破过程中所产生的危害降到最低的方式叫做控制爆破。
目前控制爆破技术已经被广泛地应用于各个工程领域中，不仅在岩土开挖的过程中可以采用控制爆破技术，在大型土石方工程以及建筑的拆除改造等过程中都有应用。
2现代应用2.1抛松控制爆破随着大型土石方工程的发展，在剥离、场平生产过程中，一侧抛掷而另一侧松动（成加强松动）的抛松控制爆破正在扩大其应用范围。
因此，研究抛松控制爆破的理论和实践，对加速我国大型土石方工程的发展和提高控制爆破的技术水平，均具有现实的意义。
抛松控制爆破是利用单药包或群药包的爆炸能量抛掷（破碎与抛出）爆区的一侧岩土，同时还必须使另一侧岩土松动（破碎）或加强松动，利用抛松两侧最小抵抗线的不等性，使炸药的爆炸能量按设计所需来分配，达到爆破作用的不等性：抛掷侧单位体积内分配的爆炸能量多，介质破碎后尚有多余能量用于抛掷；松动侧单位体积内分部的爆炸能量少，故只能使介质破碎（即加强松动），塌落于原地，不产生抛掷现象。
在进行抛松控制爆破设计中，应根据爆区的地形地质条件，结合被保护物的分布状况和对爆破的具体要求，进行综合分析。
定向控制断裂爆破技术的研究定向控制断裂爆破技术是指在爆破作业中，根据作业规模、施工现场环境、爆破技术要求和施工安全等多种因素，利用布雷原理、炸药类型及爆破方法等，采取的爆破技术，以达到获得满意的结果。
定向控制断裂爆破技术有助于减少施工成本，提高爆破效果，并有助于减少爆破施工带来的环境污染。
定向控制断裂爆破技术的研究也是当前施工技术研究的重点。
具体研究内容包括两个部分：一是炸药力学特性研究，即研究不同炸药类型、不同配量对应爆破效果的影响；二是爆破施工工艺研究，即研究不同爆破方式、爆破时间序列以及定向控制断裂爆破技术下爆破效果的影响。
要研究定向控制断裂爆破技术，就必须掌握分析爆破过程中的物理机理和施工工艺的基本原理，实现爆破的精确控制。
首先，基于炸药特性，分析和预测炸药开爆后受力分布状态，从而进行断裂设计，满足爆破施工要求。
其次，通过试验确定爆破施工参数，如炸药型号、配量、安装方式，钻孔等，确保爆破施工的安全性及准确性。
最后，结合施工现场的实际情况，设计定向控制断裂爆破爆破工艺，从而获得理想的爆破效果。
定向控制断裂爆破技术的研究不仅包括爆破等物理机理的研究，还包括安全管理、爆破施工质量控制、爆破施工安全评估等研究内容。
具体而言，定向控制断裂爆破研究应充分考虑施工现场、爆破施工过程等安全性因素，推广应用爆破事故的预防措施，从而控制断裂爆破施工的安全性。
此外，定向控制断裂爆破技术的研究还应关注爆破施工质量的控制。
爆破施工质量可以通过严格控制施工参数、定期检查爆破效果以及不断改进施工工艺等来实现。
同时，要求爆破施工人员对施工现场环境有全面深刻的认识，详细分析每一环节以及爆破施工的具体情况，以最大限度确保施工质量。
总之，定向控制断裂爆破技术的研究，不仅需要研究其物理机理，还需要重视爆破施工的安全性和质量控制，从而获得满意的爆破效果。
只有充分考虑安全性、施工质量及施工实际情况，才能保证定向控制断裂爆破技术在施工中的实施效果。
收稿日期:2004-09-07作者简介:田运生(1961-),男,副教授,北京科技大学在读博士,主要从事工程爆破教学和科研工作。
定向断裂控制爆破理论分析及现场应用田运生1,田会礼1,杨永琦2(1 河北工程学院,河北邯郸 056038;2 中国矿业大学北京校区,北京 100083)摘 要:基于断裂动力学理论,文章论述了切缝药包定向断裂控制爆破炮孔间贯通裂纹形成的机理。
按照切缝药包定向断裂控制爆破参数计算公式确定的炮孔间距和装药量,经现场实际应用证明是有效的和合理的。
关键词:岩石爆破;定向断裂;控制爆破;爆破参数中图分类号:TD235 4 文献标识码:B 文章编号:1671-0959(2005)03 0051 03Theory analysis of directional split of rock by controlled blasting and practical applicationTIAN Yun sheng 1,T IAN Hui li 1,YANG Yong qi 2(1 Hebei University of Engineering,Handan 056038,China;2 Beijing Campus of China Universi ty of M ining and T echnology,Beijing 100083,China)Abstract:Based on the theory of dynam ic fracture mechanics,the mechanism of crack forming among shot holes in the directional split of rock by controlled blasting is ex pounded.Equations for calculation parameter of directional split of rock by controlled blasting are used to determine the hole spacing and ex plosive charge,it is effective and reasonable in practice.Keywords:rock blasting;direction splitting;controlled blasting;blasting parameter为了使开挖巷道能得到规整的轮廓、减小爆破超挖量、降低围岩的损伤程度,以利于围岩的稳定,在岩巷掘进的周边眼爆破中可以采用定向断裂控制爆破技术。
定向控制断裂爆破技术的研究断裂爆破技术是一种用爆炸能量来控制地下岩石断裂的技术，广泛应用于矿山、建筑、隧道等领域。
定向控制断裂爆破技术则是在传统断裂爆破技术基础上，引入了定向控制的概念，旨在进一步提高爆破效果和降低环境影响。
本文将探讨定向控制断裂爆破技术的研究内容、应用前景和存在的问题。
首先，需要对岩石的物理力学性质进行研究，包括其抗压强度、抗拉强度、弹性模量等参数。
这些参数的研究将为断裂爆破参数的选择提供基础。
其次，需要研究爆破药剂的选择和调整。
传统断裂爆破技术中通常使用炸药作为爆破药剂，但炸药的爆炸能量难以掌控。
因此，在定向控制断裂爆破技术中，研究人员需要尝试使用新型的爆破药剂，如高能炸药、热释放材料等，以获得更好的爆破效果。
另外，需要研究合适的爆破参数，包括装药量、孔距、孔深等参数。
这些参数的选择将直接影响断裂爆破的效果。
因此，研究人员需要通过试验和模拟分析等手段，寻找最佳的爆破参数组合。
此外，还需要研究爆破震动的传播规律。
爆破震动会对周围环境产生一定的影响，如地震、噪音等。
因此，了解爆破震动的传播规律，选择合适的爆破技术和参数，将能够减小爆破对周围环境的影响。
定向控制断裂爆破技术具有广阔的应用前景。
首先，在矿山开采中，定向控制断裂爆破技术可以提高爆破效率，减少爆破成本。
其次，在建筑工程中，该技术可以用于爆破拆除建筑物和岩石，提高工程进度和效率。
此外，在隧道建设中，使用定向控制断裂爆破技术可以减小对周围岩石的破坏，提高施工质量。
不过，定向控制断裂爆破技术也面临一些问题。
首先，由于岩石的物理性质和地质条件的差异，针对不同地区和不同场景的断裂爆破技术需要进行不同的研究和设计，这给技术的推广应用带来一定的困难。
其次，定向控制断裂爆破技术在实际应用中还存在一定的安全隐患，如控制失灵、设备故障等。
因此，在研究的同时，需要持续加强技术的安全性和可靠性。
综上所述，定向控制断裂爆破技术是一种有着广泛应用前景的技术，但在实际应用中还存在一些问题需要解决。
第21卷 第1期山 西 煤 炭V ol 21 N o 12001年3月SHAN XI COAL M ar.2001定向断裂控制爆破技术研究新动向孙仁元李剑刚 李 义(太原理工大学)(晋城煤管局)(太原理工大学)摘 要 分析了多种定向断裂控制爆破方法的原理、实质及优缺点,并提出了一种新型定向断裂控制爆破方法,总结了定向断裂控制爆破的共性,指出了此种爆破的优点。
关键词 定向断裂控制爆破;原理;切槽爆破;炮孔水压爆破中图分类号 TD 235 1 文献标识码 A 多年来,光面爆破在井巷施工中发挥了较好作用,取得了良好的经济效益,但是由于技术原理及操作工艺等多方面因素的影响,单靠光面爆破还不能精确控制周边质量,特别在煤系和软岩地层结构发育条件下,普通光爆无法保证整个周边形成光滑面,因而超挖现象仍很普通,并且钻眼工作量大,影响掘进成本和效率。
本文在总结前人研究成果的基础上,分析了各种定向断裂控制爆破的实质和特点,并提出了一种新的定向断裂控制爆破方法。
1 定向断裂控制爆破技术国内外很早就进行了定向断裂控制爆破的研究,目前,我国在断裂控制爆破技术的研究、设计和施工等方面已居世界前列。
下面分述各种定向断裂控制爆破新技术。
1 1 炮孔切槽爆破炮孔切槽爆破(如图1)就是在炮孔上按预期开裂的方向刻制一定长度的切槽,然后在槽孔内装药爆破,实现岩石破碎的断裂控制。
此方法的基本特征是通过改变爆炸能量释放的各向均匀性来实现爆炸力相对集中作用。
通过用脉冲激光全干涉法对炮孔刻槽进行了模型实验。
与普通炮孔的爆破作用相比,切槽孔爆破的干涉条纹有明显不同,整个条纹主形状大致呈椭圆状(普通炮孔呈同心圆状),切槽连线方向即是长轴。
说明切槽方向的爆破作用强于其它方向,图2为切槽捣槽爆孔布置示意图。
1 切槽;2 炮孔;3 不耦合装药;4 要求的爆裂面图1切槽爆破孔1 切槽;2 不耦合装药;3 耦合装药;4 要求的爆裂面图2 切槽捣槽爆孔布置示意图由碳酸脂板拍摄的动光弹照片可看出,普通炮孔的等差线条纹以炮孔为中心呈对称分布,而切槽孔爆破的等差线条纹在切槽两端十分密集,似发射状,条纹级数很高,形成两股半圆形闭和曲线。
切槽方向形成了较大的应力集中。
切槽尖端的应力集中系数愈大,则愈有利于切槽尖端处径向裂纹的首先开裂,有利于爆破的定向断裂。
此方法的优点是可以减少炮孔数量,从而减少打眼长度;缺点是切槽孔爆破受钻具质量和切槽工艺的制约,特别是在深孔施工中难度很大。
1 2 聚能装药定向断裂爆破第一作者:孙仁元,男,1973年生,太原理工大学,在读硕士,030024收稿日期:2000 07 05聚能装药(图3)定向爆破是利用聚能穴的聚能作用进行切割爆破。
其原理是:药卷爆炸产生的爆轰波到达凹槽时,波头后面的爆炸产物将垂直凹槽表面运动,在槽内互相碰撞,沿对称轴面产生聚合的爆炸产物流(射流),该爆炸产物流比朝其它方向飞散的爆炸产物流具有更高的密度和速度。
因此,朝向槽底中间位置,即在对称面附近形成一个具有一定厚度、能量密度极高的能流面。
显然,在这个方向上对障碍物的破坏力极大。
图3 聚能装药结构示意图在动光弹的模型实验中发现,与聚能穴相对应的方向,条纹十分密集,条纹级数增大,具有明显的定向断裂作用。
要形成聚能射流必须采用高爆速炸药。
在生产试验中,采用2号岩石铵锑炸药,用铜片做聚能穴,也取得了良好爆破效果,但在爆破后曾发现残余铜片。
由于2号岩石炸药爆速低,难以形成金属聚能射流,不能使铜片熔化,但因存在聚能效应和应力集中作用,因而能获得定向断裂效果。
此方法的优点是定向准确,爆裂面成型质量好;缺点是对炸药的要求较高,一般采用高爆速炸药。
1 3 切缝药包断裂控制爆破切缝药包装药结构如4所示。
图4 切缝药包的装药结构套管中药卷爆炸后,由于切缝的存在,沿切缝方向的孔壁将直接受到爆炸冲击波的作用,在爆炸的动作用过程中,沿切缝方向孔壁处优先产生预裂隙,爆生气体的静作用使形成的预裂纹优先扩展,从而吸引了其他非切缝方向释放的能量。
与光面爆破(特点是降低爆炸的动压对孔壁的作用,主要利用静压成缝)相比,切缝药包爆破不仅利用静压作用,更主要的是通过切缝引导爆炸的动作用对孔壁的定向作用,同时也抑制了动作用对孔壁其它方向作用的影响。
利用激光全息干涉实验系统对切缝药包断裂控制爆破作用进行模拟实验。
从典型全息干涉图可发现,条纹分布大致呈椭圆状,切缝连线方向即是长轴。
切缝方向应力波超前传播,形成较强的应力作用。
此方法具有定位准确,成型质量好的优点,正在推广使用,但其理论尚不完善,还需进一步研究。
1 4 不耦合装药爆破不耦合装药就是药柱直径远小于炮孔直径的装药。
爆炸应力波作用于孔壁形成预加载裂缝,裂缝形成以后传播的越长越好。
如果裂缝是张开的,爆生气体可以挤入其中,压力沿裂缝从孔壁开始至裂端逐渐减小。
研究已经表明,耦合装药加载率太高,爆生气体无法挤入裂缝,导致裂缝长度减小。
大的炮孔压力将导致孔壁粉碎产生大量碎粒,使裂缝堵塞。
爆炸加载率太高,孔壁近区出现残余压缩压力,从而使径向裂缝闭合。
为使裂缝充分延伸,可采用不耦合装药,其目的是利用药柱与炮孔之间的耦合介质起缓冲作用来延长爆炸应力波作用时间,降低峰值压力,减轻爆炸时作用在炮孔壁上的冲击压力,防止产生残余压缩压力。
许多学者研究证明了不耦合系数和耦合介质的改变对爆破作用的效果影响很大。
本文主要介绍了空气和水作为耦合介质的两种定向控制爆破方法。
1 4 1 空气不耦合装药定向断裂控制爆破对于以空气为介质的不耦合装药,药包爆炸时,由于空气的可压缩性,爆炸初始阶段爆轰气体的部分能量储存在空气间隙内,使爆炸初始作用得到缓冲。
在爆轰的后面阶段,受压空气再释放能量做功。
与普通的爆破相比,空气不耦合装药可减少爆炸产生的初始动压力并能延长作用时间。
适当调节不耦合系数并调整药柱在炮孔中的位置,可起到定向断裂控制作用。
1 42 炮孔水压爆破理论和实践均已证明,较为合理的装药结构形式是空气不耦合装药和空气垫层装药,然而,在某些钻爆施工中,由于工作面涌水和井壁淋水等原因,炮孔往往充满水,装药爆破不是以空气而是以水为介质传递爆破能量的,因此研究炮孔水压爆破具有重要意义。
炮孔水压爆破又称水介质不耦合装药爆破法,其理论基础是水压爆破理论。
70年代末,日本的桥本博等人将城市拆除爆破中的水压爆破经验应用于隧道掘进和石材开采,发明了所谓的ABS 法,如图5所示。
这种方法炮眼布置简单,在降低炸药消耗量和减少震动强度方面效果十分显著。
其不足23第1期 孙仁元:定向断裂控制爆破技术研究新动向之处在于结构复杂,制造费用较高。
2 炮孔内带有隔板的炮孔水压爆破通过对上述定向断裂控制爆破的分析并根据爆炸波的反射特点,本文尝试提出一种新型定向断裂控制爆破方法,即炮孔内带有隔板的炮孔水压爆破(如图6)。
1 反射凹面板;2 药包;3 注水;4 AB 管图5 ABS管结构图1 水介质;2 隔板;3 炮孔;4 装药图6 带隔板的炮孔水压爆破示意图此方法是在不耦合装药的炮孔内沿炮孔方向安置一刚性弧形隔板并注入水进行爆破。
该方法的基本原理是具有炮孔水压爆破的优点,同时水中爆炸应力波遇弧形隔板后发生反射,能量朝炮孔中心汇聚,从而增加汇聚方向的能量,有利于岩石破碎。
另外,由于隔板的反射作用使得隔板背面能量降低,从而降低了孔壁压力,保护了围岩而达到了定向断裂控制爆破的目的。
我们正在进行进一步的理论推导和实验研究工作。
3 结论a.定向断裂控制爆破可分为两大类:一类是改变炮孔形状,如炮孔切槽爆破;另一类是改变装药结构,如聚能爆破、切缝药包爆破、炮孔水压爆破及带隔板的炮孔水压爆破。
这两类方法的共同目的都是为了有效的控制孔周围裂缝的发展方向,以达到所需的要求。
b.药包形状采用延长药包而不是集中药包。
延长药包在岩体爆炸引起柱面波,其波阵面只与传播距离的一次方成正比增加,而集中药包爆炸引起球面波,其波阵面与传播距离的平方成正比增加。
因此,延长药包在岩体中爆炸引起的应力波在传播过程中,其波参数随距离增加衰减要比集中药包的慢。
因而沿炮孔可获得较好的破碎效果。
c.采用断裂控制爆破方法可以大大减少周边炮孔的数量。
其炮孔间距增大39%~83%.此外围岩的稳定程度也比较高,超挖量减少10%~30%,装药量减少43%~69%,并通过不同的微差起爆,爆破地震可以减少20%~50%.The study of new technique of directional fracture blastingSun Renyuan Li Jiangang Li Yi(T aiyuan Univer sity of T echnology )(J incheng Coal M anagement Bur eau )(T aiy uan Univer sity of T echnology )Abstract The principle and essential of several kinds of directional fracture blasting is analyzed in this pa per,and then a new method of that is put forward.In conclusion,the paper gave commonness of directional fracture blasting and its merit.Key words directional fracture blasting;principle;cut blasting;w ater pressure blasting of hole本文责任编辑 胡广权24山 西 煤 炭 第21卷。
