小断面硬岩巷道大空孔角柱式直眼掏槽爆破试验
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应力波垂直传播 到空孔时 ，即传播 中的应力波为 纵 波 ，则 根据式 （１）和式 （２）得 ：
“ Ｌ Ｐ— Ｍ ：
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ｒｏｌ
旦＿Leabharlann Ｐ — ，’ Ｕ Ｔ ：
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ｒｏ２
将 式 （５）代 入式 （４）中 ，得
（ 【５ ） ）
Ｌ ＋ 旦＿＿：
入 到 已爆 裂 的 岩 石 中 ，形 成 “气 楔 ”，使 岩 石 膨 胀 、碎 化 、抛 出 ，进而形 成糟 腔 ． １．１ 空孔 应力 集 中效应
如图 Ｉ，槽孔近似为偶合柱状装药．假设装药孔 中
介 绍 了大 空孔 角柱 式 直 眼 掏槽 爆 破 方 式 ，通 过 理 论 分 的炸药 为 同时起 爆 ，透射 进 人 岩 石 的 冲击 波 不 断 向外
用 于孔壁 的初 始压 力 ，ＭＰａ；ｒ。：炮 孔 半 径 ，ｒｅ；ｒ：岩 石 中 某 点 距 炮 孔 中 心 的 距 离 ，ｍ；ｄ：应 力 波 衰 减 系 数 ， ｄ ＝２一ｕ／（１一 ）； ：岩 石泊 松 比；Ａ ：应 力 波 侧应 力 系数 ．
式 中 ， ，ｕ：应力 （Ｐａ）和质点 速度 （ｍ／ａ），下标 Ｉ，Ｒ，和 Ｔ分 别代 表入 射 、发 射和 透射 的应力 波．
析与 现场 实验 ，证 明 了此 掏 槽 方 式适 用 于小 断 面 硬 岩 传 播 ，并 逐渐 衰减 ，很快 衰 减成 应 力 波 ．装 药孔 Ａ起爆
巷道 掘进 爆破 ．
后 ，在其 周 围岩石 中激起 爆 炸 应 力 波 ，并 向外传 播 ，随
１ 大 空孔直 眼掏槽爆破破岩原理
文献 ［３］指 出 ，空 孔 起 到 提 供 自由 面 和 破 碎 岩 石 的补偿 空 间 ，装 药孔 爆 破 就 是 在 ２个 自由面 的情 况 下 进 行 的 ，当装药 孔起 爆后 ，在 周 围岩石 中产 生强 冲击应 力 波 ，并 作 用 于装 药 孔孔 壁 ，随 即激 活 孔壁 附近 岩石 的
摘 要 ：针对 目前普遍存在小 断面硬 岩巷道爆破 效果差 的问题 ，介绍 了大空孔角柱 式直 眼掏槽爆破 方 式．理论分 析表 明，空孔 可提供 自由面和 为破 碎岩石提供补偿空 间的作用 ，空孔直径越大爆破 效果越好．结合岩 石性质和 断面 大小给 出 了掏槽装 药孔 与空 孔 之间 的合理 间距 、掏槽药量．现场试验 表明 ，大 空孔角柱 式直眼掏槽方 式，炮 眼利用率高达 ９４％ ，炸 药消耗量低 ，证 明此 掏槽 方 式 适 用于小断面硬岩巷道掘进爆破．
进率 低 、爆 破 效果 差 、掘 进 成 本 高 ，严 重 影 响着 矿井 的 采掘 比和开 采效率 ｊ．对 此 ，如何 提 高爆 破 效 率 ，改 善 爆破 效果 ，增 加进 尺 ，断 面 成 型 质 量好 ，仍 是 小 断 面硬 岩巷 道掘 进 爆 破 工作 中应 解 决 的主 要 课 题 Ｊ．本 文
第 ２７卷 第 ３期 ２０１２年 ９月
矿 业 工 程 研 究 Ｍ ｉｎｅｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ
Ｖｏｌ＿２７ Ｎｏ．３ Ｓｅｐｔ．２０１２
小 断 面 硬 岩 巷 道 大 空 孔 角柱 式 直 眼掏 槽 爆 破 试 验
龙专 ，林 大能 ，刘 医硕 ，钱立坤
（湖南科技大学 煤矿安全开采技术湖南省重点实验室 ，湖南 湘潭 ４１ １２０１）
Ｐ￣Ｏ２Ｃｐ２ Ｐ ｒＯｌＣｐ 。’
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（７）、
当应力 波传 到空孔 孔壁 时 ，由于应力 波 的反射 ，空 孔 孔壁 附近 的应力 将 比无 空孑Ｌ时 大 ，表 现 为 空孔 的应
一
（Ｐ ＼ ｒＯ２Ｃｐ ２ ＋ ｐ１０ｌ Ｃｐｌ ，
力 集 中效应 ．
原 生裂 隙或产 生新 的裂 纹并 使 其 扩 展 ．当应 力 波传 播 到 空孔壁 时 ，便 会 产 生反 射 拉 伸 波 ，即产 生 拉伸 应 力 ． 由于岩石 抗拉 能力很 低 ，岩石 受此拉 伸应 力 ，即会发 生 变形 、破裂 ．当反射 拉伸波 传播 到爆 源 附近 的裂隙 活动 区 时 ，会 引导爆 生气 体定 向加 速扩展 裂纹 ．爆 生气体 渗
．
Ｐｍ１Ｃｐｌ Ｐ｜ｏ１ ｐ１ Ｐ￣ｏ２Ｃｐ２
（６）
图 １ 空孔 应 力集 中作 用分 析 图
联立 式 （３）和式 （６），得 ：
Ｆｉｇ．１ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｅｍ ｐｔｙ ｈｏｌｅ ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ
一
） Ｐ￣Ｏ２Ｃｐ２ － Ｐ ｒｏｌＣｐ！
关键 词 ：大空孔；直 眼掏槽 ；硬岩巷道 ；间距；集 中效应 中 图分 类 号 ：ＴＤ２３６ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１６７４—５８７６（２０１２）０３—０００１—０５
在 小断 面硬 岩 巷 道 掘进 中 ，由 于其 巷 道 断 面 面 积 较 小 （小 于 １０ ｍ ），作 业 空 间 狭 窄 ，只有 一 个 自由 面 ， 岩石 夹制 作 用强 ，爆 破 难 度 大 ，特 别 是 掏槽 部 分 爆 破 ， 炮孔 利用 率 平 均 只 有 ６０％ ¨１ Ｊ．因 此 ，大 部 分 矿 井 巷 道 掘进 采用 孔 深小 于 １．５ ｍ 的浅 孔 爆 破 ，此爆 破 方 式 掘
着 距离 的增 加 ，该 应力 峰值 按如 下规 律衰减 ：
， ｒ 、一ｄ
，
Ｊ ；
（１）
ｌ 。 ： 一 Ａ
式 中 ，ｏｒ ：岩石 中某 点 的爆 炸 附加 径 向应 力 ，ＭＰａ；ｏｒ。：
岩 石 中某 点 的爆 炸 切 向 应 力 ，ＭＰａ；ｐ。：炸 药 爆 炸 后 作
收 稿 日期 ：２０１２—０４—２５ 基金项 目：湖南科技大学博士科研启动基金资助项 目（Ｅ５０８４３） 通信作者 ：林大能 （１９７２一），男 ，四川资 中人 ，副教授 ，研究方向 ：爆破理论及应用．Ｅ—ｍａｉｌ：ｄｎｌｉｎ＠ｈｎｕｓｔ．ｅｄｕ．ＣＩＩ
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如图 Ｉ，槽孔近似为偶合柱状装药．假设装药孔 中
介 绍 了大 空孔 角柱 式 直 眼 掏槽 爆 破 方 式 ，通 过 理 论 分 的炸药 为 同时起 爆 ，透射 进 人 岩 石 的 冲击 波 不 断 向外
用 于孔壁 的初 始压 力 ，ＭＰａ；ｒ。：炮 孔 半 径 ，ｒｅ；ｒ：岩 石 中 某 点 距 炮 孔 中 心 的 距 离 ，ｍ；ｄ：应 力 波 衰 减 系 数 ， ｄ ＝２一ｕ／（１一 ）； ：岩 石泊 松 比；Ａ ：应 力 波 侧应 力 系数 ．
式 中 ， ，ｕ：应力 （Ｐａ）和质点 速度 （ｍ／ａ），下标 Ｉ，Ｒ，和 Ｔ分 别代 表入 射 、发 射和 透射 的应力 波．
析与 现场 实验 ，证 明 了此 掏 槽 方 式适 用 于小 断 面 硬 岩 传 播 ，并 逐渐 衰减 ，很快 衰 减成 应 力 波 ．装 药孔 Ａ起爆
巷道 掘进 爆破 ．
后 ，在其 周 围岩石 中激起 爆 炸 应 力 波 ，并 向外传 播 ，随
１ 大 空孔直 眼掏槽爆破破岩原理
文献 ［３］指 出 ，空 孔 起 到 提 供 自由 面 和 破 碎 岩 石 的补偿 空 间 ，装 药孔 爆 破 就 是 在 ２个 自由面 的情 况 下 进 行 的 ，当装药 孔起 爆后 ，在 周 围岩石 中产 生强 冲击应 力 波 ，并 作 用 于装 药 孔孔 壁 ，随 即激 活 孔壁 附近 岩石 的
摘 要 ：针对 目前普遍存在小 断面硬 岩巷道爆破 效果差 的问题 ，介绍 了大空孔角柱 式直 眼掏槽爆破 方 式．理论分 析表 明，空孔 可提供 自由面和 为破 碎岩石提供补偿空 间的作用 ，空孔直径越大爆破 效果越好．结合岩 石性质和 断面 大小给 出 了掏槽装 药孔 与空 孔 之间 的合理 间距 、掏槽药量．现场试验 表明 ，大 空孔角柱 式直眼掏槽方 式，炮 眼利用率高达 ９４％ ，炸 药消耗量低 ，证 明此 掏槽 方 式 适 用于小断面硬岩巷道掘进爆破．
进率 低 、爆 破 效果 差 、掘 进 成 本 高 ，严 重 影 响着 矿井 的 采掘 比和开 采效率 ｊ．对 此 ，如何 提 高爆 破 效 率 ，改 善 爆破 效果 ，增 加进 尺 ，断 面 成 型 质 量好 ，仍 是 小 断 面硬 岩巷 道掘 进 爆 破 工作 中应 解 决 的主 要 课 题 Ｊ．本 文
第 ２７卷 第 ３期 ２０１２年 ９月
矿 业 工 程 研 究 Ｍ ｉｎｅｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ
Ｖｏｌ＿２７ Ｎｏ．３ Ｓｅｐｔ．２０１２
小 断 面 硬 岩 巷 道 大 空 孔 角柱 式 直 眼掏 槽 爆 破 试 验
龙专 ，林 大能 ，刘 医硕 ，钱立坤
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当应力 波传 到空孔 孔壁 时 ，由于应力 波 的反射 ，空 孔 孔壁 附近 的应力 将 比无 空孑Ｌ时 大 ，表 现 为 空孔 的应
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力 集 中效应 ．
原 生裂 隙或产 生新 的裂 纹并 使 其 扩 展 ．当应 力 波传 播 到 空孔壁 时 ，便 会 产 生反 射 拉 伸 波 ，即产 生 拉伸 应 力 ． 由于岩石 抗拉 能力很 低 ，岩石 受此拉 伸应 力 ，即会发 生 变形 、破裂 ．当反射 拉伸波 传播 到爆 源 附近 的裂隙 活动 区 时 ，会 引导爆 生气 体定 向加 速扩展 裂纹 ．爆 生气体 渗
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图 １ 空孔 应 力集 中作 用分 析 图
联立 式 （３）和式 （６），得 ：
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一
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关键 词 ：大空孔；直 眼掏槽 ；硬岩巷道 ；间距；集 中效应 中 图分 类 号 ：ＴＤ２３６ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１６７４—５８７６（２０１２）０３—０００１—０５
在 小断 面硬 岩 巷 道 掘进 中 ，由 于其 巷 道 断 面 面 积 较 小 （小 于 １０ ｍ ），作 业 空 间 狭 窄 ，只有 一 个 自由 面 ， 岩石 夹制 作 用强 ，爆 破 难 度 大 ，特 别 是 掏槽 部 分 爆 破 ， 炮孔 利用 率 平 均 只 有 ６０％ ¨１ Ｊ．因 此 ，大 部 分 矿 井 巷 道 掘进 采用 孔 深小 于 １．５ ｍ 的浅 孔 爆 破 ，此爆 破 方 式 掘
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收 稿 日期 ：２０１２—０４—２５ 基金项 目：湖南科技大学博士科研启动基金资助项 目（Ｅ５０８４３） 通信作者 ：林大能 （１９７２一），男 ，四川资 中人 ，副教授 ，研究方向 ：爆破理论及应用．Ｅ—ｍａｉｌ：ｄｎｌｉｎ＠ｈｎｕｓｔ．ｅｄｕ．ＣＩＩ
