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定向断裂控制爆破技术的应用摘要：文中介绍了岩石定向断裂控制爆破技术的研究成果, 提出爆破参数的设计要点,及其操作要点关键词：爆破技术断裂裂纹中图分类号： p633.2文献标识码： a 文章编号：前言在爆破作用的前期控制微裂纹的数量和优势的发展方向, 在实际应用中还不能消除对巷道周边围岩的破坏, 仍存在一些较严重的超欠挖现象, 浪费大量爆破和喷浆材料, 影响掘进效率, 增加工程成本。
采用聚能管改变周边眼装药方式和方法的定向断裂控制爆破技术克服了以上不足。
( 1)传统的光面爆破对围岩有较大的破坏作用, 普遍存在巷道成形效果差, 围岩破坏严重, 严重影响岩巷掘进的循环进尺及岩巷掘进成本。
( 2)应用岩巷定向断裂控制爆破技术, 合理确定周边眼的眼距和装药量, 通过科学合理的施工组织, 可有效地控制巷道成形, 保护围岩, 并降低工程成本, 加快工程进度。
一、技术原理( 1)传统的光面爆破对围岩有较大的破坏作用, 普遍存在巷道成形效果差, 围岩破坏严重, 严重影响岩巷掘进的循环进尺及岩巷掘进成本。
( 2)应用岩巷定向断裂控制爆破技术, 合理确定周边眼的眼距和装药量, 通过科学合理的施工组织, 可有效地控制巷道成形, 保护围岩, 并降低工程成本, 加快工程进度。
在爆破作用的前期控制微裂纹的数量和优势的发展方向, 在实际应用中还不能消除对巷道周边围岩的破坏, 仍存在一些较严重的超欠挖现象, 浪费大量爆破和喷浆材料, 影响掘进效率, 增加工程成本。
采用聚能管改变周边眼装药方式和方法的定向断裂控制爆破技术克服了以上不足。
定向断裂控制爆破技术原理, 就是利用聚能管改变巷道周边眼装药方式及方法, 以获得好的爆破效果。
即在周边眼装药时, 将炸药放在利用abs 塑料制成的聚能管内, 对炮孔实行不耦合装药, 使聚能管本身对爆轰力产生瞬时抑制和导向作用, 并通过切缝提供瞬态卸压空间, 使爆轰压力在切缝处形成高能流, 集中在巷道轮廓线方向优先产生裂隙并定向扩展, 形成断裂面, 从而实现周边眼的控制爆破获得良好的爆破效果。
定向断裂控制爆破机理及应用宋俊生;王雁冰;高祥涛;杨国梁;岳中文【期刊名称】《矿业科学学报》【年(卷),期】2016(001)001【摘要】综合运用高速激光纹影仪、超动态应变测试技术、数字激光动态焦散线试验系统等试验手段,着重研究了切缝药包定向断裂控制爆破机理,通过纹影试验多角度观测了爆轰波动的传播过程,实现了爆炸应力波与爆生气体的分离;分析了切缝药包径向不耦合装药爆破爆生裂纹动态断裂效应,对比了不同装药结构对爆生裂纹扩展的影响,确定了径向不耦合系数为1.67时定向断裂控制爆破效果最佳;开展了切缝药包轴向不耦合装药爆破水泥砂浆模型试验,揭示了爆炸应力场的空间分布规律;研究了双炮眼切槽方式下同时起爆,两炮眼间贯穿裂纹和炮眼外侧裂纹扩展的动态行为.最后,将切缝药包定向断裂控制爆破技术应用于煤矿岩巷、立井、隧道和边坡工程的爆破施工中,取得了较好的效果.研究成果可为工程实践提供试验依据和理论指导.【总页数】13页(P16-28)【作者】宋俊生;王雁冰;高祥涛;杨国梁;岳中文【作者单位】中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083【正文语种】中文【中图分类】TU45【相关文献】1.岩石定向断裂控制爆破机理分析 [J], 张志呈;肖正学;蒲传金;郭学彬;史瑾瑾2.岩巷定向断裂控制爆破机理与参数优化研究 [J], 薛勇军3.定向断裂控制爆破机理及应用 [J], 宋俊生; 王雁冰; 高祥涛; 杨国梁; 岳中文4.岩巷定向断裂控制爆破机理与参数优化 [J], 邱续发;申波;高培文5.切缝药包定向断裂控制爆破机理研究 [J], 张志呈;肖正学;胡键因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
试验研究中深孔定向断裂爆破技术参数确定与应用张长根 宇黎亮 黄汉富 赵金旺 王安舍(山西潞安矿务局)摘 要 分析了定向断裂爆破的原理,提出了中深孔定向断裂爆破的合理技术参数,并结合王庄煤矿的实际情况进行了有效的应用。
关键词 开拓巷道 毫秒爆破 定向断裂在煤矿岩巷掘进中,采用中深孔定向断裂爆破技术,将浅孔爆破(小于1 8m)改为中深孔爆破(2m~3m),周边眼采用切缝药包定向断裂爆破,减少对岩巷围岩的破坏,提高施工速度和质量,降低成本。
其爆破效果和质量的获得是以选定合理爆破参数、采用缓冲装药结构等措施来实现的。
1 切缝药包定向断裂爆破机理在切缝药包爆破中,由于切缝管的作用,沿切缝方向的孔壁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,同时也抑制了动作用对其它方向的作用,在孔壁处产生定向裂隙,起到断裂导向的作用;高压的爆轰气体立即向切缝方向聚集,造成切缝方向的能流集中,速度加大,该方向的裂缝优先于其它方向扩展延深,消除了爆破贯通裂缝分维分形启裂和扩展的随机性,提高了断裂壁面的光滑程度,使岩面的不整度明显降低,断裂壁面所需能量减少。
此外,切缝外壳起着阻挡作用,使炸药爆炸后保持一个较高的爆轰气压,同时外壳对爆生气体的径向膨胀又有一定的限制作用,使爆生气体在装药空间内保留的时间相对延长,使裂缝扩展的时间延长,从而增大定向断裂爆破炮孔的间距。
切缝药包定向断裂爆破技术有三个主要特点:一是不需要事先减弱炮孔周围的力学强度,可不必象切槽炮孔需要开槽钻具而带来的麻烦,它简单方便,具有良好的能量集中和定向断裂作用;二是炮孔间距增大;三是周边成形规整,不平整度明显减少。
2 技术参数确定采用切缝药包来控制断裂面形成的中深孔定向断裂爆破技术,其效果的好坏取决于以下参数。
2 1 药包切缝宽度在一定装药条件下,药包切缝宽度有一个合适值。
如果切缝宽度太小,则动作用对孔壁的直接作用减弱,如果切缝宽度太大,则动作用对孔壁作用范围增大。
切缝药包定向断裂爆破技术在岩巷中的应用田运生1 田会礼1 杨仁树2 杨永琦2(1河北建筑科技学院资源系,邯郸,056038;2中国矿业大学北京研究生部,100083) 摘 要 根据切缝药包定向断裂爆破机理,介绍了切缝药包的制作及其施工工艺。
通过在云岗矿200m巷道施工中的应用,定向槽切缝药包的定向断裂控制爆破技术得到进一步完善和发展。
关键词 切缝药包 定向断裂爆破 应用1 概 述 目前,在岩巷施工中仍普遍存在着较严重的超欠挖现象,直接影响着岩巷成型质量和单进水平的提高。
因此,近年来许多专家学者致力于研究岩石炮孔的定向断裂控制爆破技术,提出了切槽孔爆破、异型药包爆破和切缝药包爆破3种有效控制断裂面的方法。
其中切缝药包爆破在岩巷实际应用中更显示了其优越性。
自1986年开始研究切缝药包以来,在完成了切缝药包合理结构参数试验后,在大黄山矿进行了初次试验,取得了良好的光爆效果。
1993年在改进了药包外壳材料后,又在大同马脊梁矿进行了43个正规循环作业,眼深2.45m,炮眼利用率达94%,周边眼痕率达83.6%,单位炸药和雷管消耗分别降低25%和37%〔1〕。
切缝药包爆破方法简单,易于实现,在要求达到精确控制断裂面的爆破工程上,更有其良好的应用前景。
2 切缝药包定向断裂爆破机理 在相同试验条件下,采用切缝药包定向断裂爆破炮孔周围应力场不同于光爆孔,装药能量将发生转化,沿切缝方向将产生能量集中,而相应地会减少炮孔其它方向的爆炸作用。
这是由于对准切缝处的孔壁,在爆炸后空腔内尚未形成均布压强,而是由于冲击波的动作用使孔壁产生微小的径向裂缝,能流密度集中于较小范围。
与此同时,由于爆生气体的准静作用,使因动作用下已形成的径向裂缝继续扩展。
此外,由于有切缝外壳,也增强了定向断裂爆破效果。
当爆轰波直接作用于外壳时,除产生透射波外,尚有向爆炸中心反射的压缩波,透射波外壳中的冲击波经过环形空间衰减后再作用于孔壁,由于外壳的阻挡作用,使炸药爆炸后保持较高的爆轰压力,对爆生气体的径向膨胀又起着限制作用,延长了爆生气体在装药空间的滞留时间,而对准切缝方向无外壳阻挡部分,爆生气体即向切缝方向聚集,能流速度加大,增强了切缝药包定向爆破效果〔2〕。
定向断裂控制爆破下层理页岩的致裂机理杨国梁;毕京九;董智文;赵桐德;赵建宇;赵康朴【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2024(44)6【摘要】为探究定向断裂控制爆破下层理页岩的爆破致裂机理,采用切缝药包,对四种切缝角度下的页岩立方体试件进行爆破试验,采用数字图像相关技术(DIC)对页岩试件表面应变场的演化过程进行监测,分析了微裂纹孕育至宏观裂纹贯通的内在机理,并基于盒维数理论计算了不同切缝角度下页岩试件表面裂纹的分形维数,采用Matlab软件对爆后块度的筛分方法进行了编程分析,开发了全自动的粒径分析程序,实现了粒径圈定的可视化。
试验结果表明:试件在不同比例爆距内的裂纹总密度与比例爆距之间存在负相关的幂函数关系,切缝方向与层理弱面的夹角对微观损伤区域出现的位置影响显著,当层理弱面与切缝方向平行时,损伤区域多集中于层理弱面处,对宏观裂纹的扩展路径影响显著,易于形成单一裂纹;层理弱面处的能量泄漏是造成页岩爆破破碎效果较差的重要因素,当切缝方向与层理弱面一致时,试件爆后的大块占比较高,爆后块度的分形维数平均值在各组间最低,仅为0.7843,而当切缝方向与层理面垂直时,试件的爆后块度分布较为均匀,爆后块度的分形维数平均值达到了2.5233,爆破破碎效果相对较好。
【总页数】15页(P1-15)【作者】杨国梁;毕京九;董智文;赵桐德;赵建宇;赵康朴【作者单位】中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院【正文语种】中文【中图分类】O389;TU452【相关文献】1.岩石定向断裂控制爆破机理分析2.岩巷定向断裂控制爆破机理与参数优化研究3.定向断裂控制爆破机理及应用4.高应力状态下穿过层理爆破致裂的动态行为研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
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采矿、油气开采等工程爆破中，通过可控的断裂系统和独特的爆破布置，实现爆破效果的调控和改善。
它是一种可以改善采矿、油气、煤层气开采效率和成品率、阻止混杂物污染源等重要特点的新型爆破技术。
定向控制断裂爆破技术的发展，将极大地改善采矿、油气开采的爆破效果，使工程爆破更加精细、高效。
随着社会经济的发展，伴随着能源和资源的不断压缩，工程爆破技术也发生巨大变化，以提高采矿、油气开采的效率和成品率，减少工程投入以及污染源的产生。
定向控制断裂爆破技术，尤其是断裂密集和定向爆破技术，已经在工程爆破领域受到广泛应用。
断裂密集和定向爆破技术能够有效地增加爆破效率，减少爆破伤害，减少工作量，提高成品率，确保爆破安全。
断裂密集爆破是一种使用多排集断裂和定向爆破手段，实现定向控制爆破精度的爆破技术。
它是在断裂布置上采用较小冲击量和合理的冲击定向，通过多排集断裂和定向布置，实现更高效控制的采矿、油气开采爆破技术。
断裂密集爆破的关键技术定义有：冲击量、冲击定向、断裂集合规律、定向布置等。
断裂密集爆破的研究主要包括两个方面：一是对爆破的物理指标的研究，包括爆轰压力、爆炸物波及范围、火山爆口直径等；二是对爆破场景模拟及优化分析，包括爆炸模拟、断裂通道模拟、爆轰偏转模拟等。
断裂密集爆破技术的研究，必须结合实际工程，深入分析爆破所涉及的地质结构、爆轰型式、影响因素以及冲击量要求等各方面因素，以及爆破效果模拟分析等技术，研究断裂采矿、油气开采的定向控制断裂爆破技术。
主要内容如下：1.对采矿、油气开采各项工程爆破，系统研究断裂充填和控制爆破的技术和方法；2.过对不同爆轰型式及地质结构的分析，研究断裂埋设技术、定向爆破布置技术、断裂火山爆破技术及其规律；3.究爆破效率、气体排量、破岩粉化程度及断裂布置技术的优化等；4.强实验室理论研究，研究不同条件下的断裂爆破的数值模拟，探究爆破过程中涉及参数的优化研究；5.合实际工程，开展爆破安全性及爆破效率的检验，力求提高工程爆破技术水平；6.展大型实验，持续发现断裂爆破新方法、新技术，探究较大规模断裂爆破技术的可行性及其应用性；定向控制断裂爆破技术的研究，既要有针对性地深入研究各方面参数和爆破效果，另外也要注重实际工程的检验，提高爆破技术的应用水平，最终打造具有高精度、高效率和安全性的工程爆破技术。
第25卷第5期 辽宁工程技术大学学报 2006年10月Vol.25 No.5 Journal of Liaoning Technical University Oct2006 收稿日期：2004-10-18基金项目：河南省高校杰出科研人才创新工程资助项目（2006KYCX012）；河南省科技攻关资助项目（0624210002）； 河南教育厅科技攻关基金资助项目（200510460005）作者简介：梁为民（1967-），男，河北 承德人，博士，副教授，主要从事爆破工程、岩土工程方面研究，Email ：liangwm@ 本文编校：赵 娜文章编号：1008-0562(2006)05-0702-03定向断裂控制爆破理论与技术应用梁为民1，2，杨小林2，余永强2，王金星2(1.总参工程兵 科研三所，河南 洛阳 471000 ；2.河南理工大学 土木工程学院，河南 焦作 454000)摘 要：基于定向断裂控制爆破技术参数的选取有别于普通光面爆破，研究了定向断裂控制爆破理论及应用成果。
分析了定向断裂控制爆破理论聚能装药结构和装药外壳切缝爆破技术定向导向缝成缝机理，提出了炸药爆炸能量随爆炸动静作用变化分配观点，指出定向断裂控制爆破实质是对炸药爆炸能量在介质中的作用加以控制的问题，研究新型装药结构，提高炸药爆炸的能量利用率和定向断裂方向的爆炸能流是改善定向断裂控制爆破效果的主要研究方向。
关键词：断裂控制；控制爆破；爆炸能量中图分类号：TD 235 文献标识码：AResearch on theory on directional fracture controlled blastingLIANG Wei-min 1,2，YANG Xiao-lin 2，YU Yong-qiang 2，WANG Jin-xin 2(1.The Third Engineering Institute of Headquarters of General Staff, Luoyang 471000, China;2.College of Civil Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China )Abstract ：Base on the fact that the technical parameters of the direction fracture controlled blasting differ from those of the smooth-wall blasting, the theory and loaded constitution of the direction fracture controlled blasting are researched. In the paper, the mechanism of creating guide fracture of the cumulative blasting and the lancing cartridge blasting is analyzed. The allocating viewpoint of the blasting energy change with blasting is proposed. By analyses, the paper puts forward that the essential of directional fracture controlled blasting is the control of dynamite energy, and the new type of dynamite configuration that can increase dynamite energy-using ratio and explosion energy density in the fracture direction is the main research direction, Key words ：fracture control ；control blasting ；explosion energy0 引 言断裂控制爆破作为爆破领域的一个研究方向，现在从理论研究和技术发展上都有了很大的进展。
断裂控制爆破与过去以爆破漏斗为理论基础的普通爆破相比，在爆破目的、作用机制、装药结构和炸药品种选择上都有很大的区别。
不再以破碎为主要目的，而是以对作用介质形成一定宽度的平滑裂缝为主要目的。
传统的光面爆破是以通过不耦合装药结构或空气柱间隔装药结构，降低装药爆炸对炮孔壁的作用，达到保护围岩的目的，确定光爆层参数就表明光面爆破仍是以爆破漏斗理论作为其理论研究基础。
而定向断裂控制爆破理论主要是研究装药爆炸时介质预定方向裂缝的形成，即裂纹的起裂、扩展、和止裂。
本文将分析定向断裂控制爆破理论和技术研究成果，并提出今后研究方向建议。
1 定向断裂控制爆破理论关于定向断裂控制爆破理论的研究，目前主要以岩石断裂力学、损伤力学和分形几何等理论为研究手段，对定向导向缝形成、裂纹扩展、扩展速度，以及爆破断裂能量方面做了许多工作。
1.1 定向导向缝形成机理在采用的定向断裂控制爆破技术中，除炮孔预切槽技外，聚能装药结构和装药外壳切缝技术是爆破切割效果最好的。
其主要原理就是在炮孔之间的连线方向上首先形成初始裂缝。
当炸药爆炸时，聚能装药结构的药包在一个方向产生一定宽度B 的爆轰产物聚能流，先期到达炮孔表面；同样由于装药外壳有切缝，限制了爆轰产物的向外扩散，也在一定方向产生一定宽度B 的爆轰产物聚能流，以压力p 先期到达炮孔表面如图1。
第5期 梁为民等：定向断裂控制爆破理论与技术应用 703图2 炸药爆轰产物流作用下定向裂缝的形成 Fig.2 the formation of directional fracture as a resultof detonation outgrowth爆轰产物流对岩石的冲击作用，受切缝宽度的限制，以及聚能装药的药形罩锥角的影响，首先是有一个射流尖端作用于炮孔壁面，之后，爆轰产物流才作用到整个宽度为B 的炮孔壁面。
将爆轰产物流看作一个侵入岩石的压头，由于受到高压爆轰产物流直接冲击作用，在宽度为B 的炮孔壁处的岩石首先形成密实核，在接触面的边界处，沿径向产生拉应力[1]。
在高压爆轰产物流的继续作用下，密实核与临近岩石间发生局部滑移，以及与径向拉应力的共同作用，在炮孔壁面上形成初始导向裂缝。
炸药爆轰产物流作用下形成的岩石定向断裂导向裂缝长度a [2]，根据莫尔－库仑强度准则，岩石密实核两侧剪切滑移面之间的夹角δ为π2δϕ＝－ （1）式中， φ为岩石的内摩擦角根据图2几何关系，定向断裂导向裂缝长度a 为2cot 2δB a =（2） 式中， B 为聚能射流宽度。
1.2 裂纹扩展机理及扩展过程在炮孔内炸药爆轰产物的准静态压力作用下，根据断裂动力学理论，如果下式满足，则定向导向裂缝起裂扩展。
IC K K ≥1 （3）式中，K I 为I 型裂纹尖端的应力强度因子；K IC 为断裂韧度。
根据[3]断裂动力学裂纹尖端的应力强度因子K I 表达为(/)K a r Ι= （4）式中， p 为爆轰产物准静态压力，MPa;k bc d d D k p 220)()1(21ρ+=（5）式中， k 为等熵指数，一般取3； ρ0为装药密度；D 为炸药爆速； d c 为装药直径；d b 为炮孔直径； r 为炮孔半径； f (a/r )为形状因子。
断裂韧度K IC 的确定，在文献[3]中给出断裂韧度与单轴抗压强度之间关系15.1141.0t C K σ=Ι （6）式中，σt 为岩石单轴抗压强度，MPa ；裂纹扩展过程理论研究很多，一般认为裂纹扩展过程可分为稳定扩展阶段和非稳定阶段[4],而且扩展速度具有一定的起伏波动[5]。
作者[6]基于岩石细观损伤断裂理论，认为裂纹扩展的过程就是裂纹尖端到周围岩石的逐渐损伤引起的损伤区移动过程；建立了这两个区域的损伤断裂准则和裂纹尖端的损伤局部化模型，得到爆生气体驱动下爆破近区裂纹尖端的损伤局部化带长度为0π()[1sin ]2()l C p θθσσσ+=−+ （7）爆破中区裂纹尖端的损伤局部化带长度为0[1cos(π/2)]l C θσσ=− （8） 式（7）和式（8）可以更好地反映爆生气体作用下裂纹扩展的实际过程。
1.3 定向断裂爆破的能量问题定向断裂控制爆破是利用炸药爆炸瞬间释放的能量对周围介质产生强烈冲击和压缩作功的。
炸药的爆炸作用可分为动作用和静作用。
假定炸药爆炸释放的总能量为U 总，动作用所占能量为U 动，静作用所占能量为U 静，则有图1 爆轰产物流作用炮孔壁示意图 Fig.1 the diagrammatic sketch of detonationoutgrowth act on the holea 药包聚能装药结构b 外壳切缝药包结构辽宁工程技术大学学报 第25卷704U 总＝U 动＋U 静 （9）炸药爆炸能量可认为是一个恒定值，在对周围介质作功时，U 动和U 静互为增减关系。
换言之，U 动大，U 静则小；U 静大，U 动则小。
对定向断裂控制爆破，一旦介质初始裂纹形成，之后主要利用爆生气体的准静态压力对裂纹进行扩展延伸。
装药结构能够改变炸药爆炸对介质的动作用和静作用的大小，也就是能够调节U 动和U 静分配比例。
从爆轰产物的射流能量密度表达式2224181v v E ρρ+= （10）可看出，爆轰产物流穿透能力与射流速度v 和爆轰产物密度ρ密切相关。
提高爆轰产物的密度ρ，更易于在介质中产生初始裂缝，控制裂缝方向。
所以研究新型装药结构，提高炸药爆炸的能量利用率和断裂方向的爆炸能流是改善定向断裂控制爆破效果的主要研究方向。
通过对控制断裂能量与爆破效果的分形分析[7]知，当井巷周边的不平整度从0.1 m 减小到0.05 m 时，断裂能量可以节省25%，炮孔间距可以增大25%；当不平整度从0.2 m 减小到0.05 m 时，断裂能量可以节省32%，炮孔间距增大2倍。
该研究成果就说明定向断裂控制爆破特殊装药结构，炸药爆炸能量在预定方向的贡献大于其他方向，消除了普通光爆和预裂爆破贯通裂缝启裂和扩展的随机性，表现在特定方向上裂缝优先于其他方向扩展延伸。
2 定向断裂控制爆破技术应用据理论分析，明确装药结构改变了炸药能量分配，提高了裂缝扩展所需的U 静，减少了引起炮孔周边损伤的U 动，极大地提高了炸药能量利用率。
中国矿业大学北京研究生部采用装药外壳切缝技术在大同煤矿（集团）有限责任公司马脊梁矿、开滦（集团）有限责任公司唐山矿和范各庄矿进行了现场试验[8-9]，试验结果见表 1。
