邸云信，謝興華，嚴(yán)仙榮，劉紹瑜，邱明燦，徐雪原

（1.安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院， 安徽淮南 232001， 2.廣東宏大爆破股份有限公司， 廣州 510623）

掏槽爆破掘進(jìn)效率的裝藥研究

邸云信1，謝興華1，嚴(yán)仙榮1，劉紹瑜1，邱明燦1，徐雪原2

（1.安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院， 安徽淮南 232001， 2.廣東宏大爆破股份有限公司， 廣州 510623）

通過對(duì)掏槽爆破的實(shí)驗(yàn)研究，利用火藥和猛炸藥的聯(lián)合裝藥方式，改變了以往的單一裝藥結(jié)構(gòu)，模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，聯(lián)合協(xié)同裝藥結(jié)構(gòu)與單一裝藥結(jié)構(gòu)的掏槽效果有著顯著的區(qū)別，前者的掏槽效果要優(yōu)于后者；同時(shí)通過炸藥水下的測(cè)試結(jié)果表明，改進(jìn)以后的裝藥結(jié)構(gòu)的沖擊波峰值壓力的持續(xù)時(shí)間明顯提高，即聯(lián)合裝藥的爆炸生成氣體量要大于單一裝藥，為爆破工程上快速高效的掘進(jìn)提供了理論依據(jù)。

掏槽掘進(jìn)； 水下測(cè)試； 協(xié)同裝藥； 爆破理論

掏槽爆破技術(shù)是掘進(jìn)的常用方法，工程上為提高采掘速度和爆破成巷質(zhì)量，通常在裝藥的布孔過程中，要求斷面周邊眼的裝藥應(yīng)采用爆速較低、感度較高以及爆轟相對(duì)穩(wěn)定的低威力炸藥。而在工程實(shí)際爆破中，掏槽孔只有上端部的裝藥使破碎的礦巖和巖石形成拋擲，而其余柱狀藥包僅僅產(chǎn)生擠壓破碎作用，大大降低了爆破的掘進(jìn)效果和炸藥能量的利用率，分析其原因是單一的工業(yè)炸藥裝藥沒有爆炸生成足夠量的用于拋擲礦巖的氣體。而對(duì)于拋擲效果，一般認(rèn)為是爆炸生成的大量氣體的壓裂以及所形成的膨脹效應(yīng)而造成的。鑒于此，裝藥結(jié)構(gòu)及其炸藥的選擇就尤為重要，正確的裝藥結(jié)構(gòu)對(duì)爆破掘進(jìn)效果的改善和提高有很大作用。本文介紹了一種新型的協(xié)同裝藥結(jié)構(gòu)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的模擬實(shí)驗(yàn)，并對(duì)其效果進(jìn)行了分析，對(duì)工程實(shí)際應(yīng)用有重要的借鑒意義。

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c爆破材料

本文的實(shí)驗(yàn)材料主要包括：掏槽用的爆破試件幾何尺寸為：500 mm×500 mm×450 mm；爆破試件的材料配比為：水泥∶沙∶水＝1∶2∶0.5；爆破掏槽孔的參數(shù)為：炮孔深度H＝120 mm，孔徑d＝6 mm；炮孔之間的距離分別為：50 mm、100 mm，炮孔向內(nèi)的傾斜角度為：θ＝70°，如圖1所示，為了通過爆炸生成的氣體取得更好的爆破效果，裝藥方式采用不耦合裝藥，同時(shí)實(shí)驗(yàn)采用黑索金（RDX）猛炸藥和火藥（HY）進(jìn)行模擬聯(lián)合裝藥，起爆方式使用自制的紙殼雷管（裝藥為DDNP）進(jìn)行起爆，如圖2所示。

圖1 爆炸試塊模型尺寸圖

圖2炮孔裝藥結(jié)構(gòu)圖

2 模擬掏槽實(shí)驗(yàn)

首先爆破掏槽孔裝藥量的確定，根據(jù)公式：

式中：Qp為單孔裝藥量（g）；

f（n）為爆破作用指數(shù)函數(shù)；

f（n）＝0.4＋0.6n3（鮑列斯科夫公式）；

w為最小抵抗線（m）；

q為單位體積裝藥量（kg/m3）。

通過抗拉—抗壓實(shí)驗(yàn)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)試塊的單軸抗壓強(qiáng)度為50.63 MPa，根據(jù)同等硬度巖石巷道的爆破掘進(jìn)的炸藥單耗標(biāo)準(zhǔn)取q＝2.74 kg/m3；由于掏槽孔要求有較強(qiáng)的拋擲效果，取n＝1.5，所以f（n）＝2.425；根據(jù)炮孔的直徑和裝藥深度本實(shí)驗(yàn)取最小抵抗線w＝30 mm，通過公式（1）計(jì)算得到Qp＝0.179 4 g，考慮到裝藥密度和掏槽孔的裝藥系數(shù)，修正以后確定單孔裝藥量為0.4 g黑索金（RDX），另外，火藥層設(shè)計(jì)裝在炮孔底部。

根據(jù)圖2的裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)試塊進(jìn)行裝藥，考慮到爆破實(shí)際工程中的應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)試件的外層約束也應(yīng)具有吸收爆炸應(yīng)力波的作用，以消除爆破試塊的邊界效應(yīng)，本實(shí)驗(yàn)中采用水和沙的混合物，同時(shí)在鋼桶的夾制作用下對(duì)試件進(jìn)行約束。爆破前后的試塊效果如圖3和圖4所示。

圖3 試塊爆炸前圖

圖4 試塊爆炸后圖

根據(jù)炸藥爆炸和工程爆破理論，對(duì)圖4的爆破效果進(jìn)行了分析，可以得到如下結(jié)論，在炸藥爆炸開始瞬間，炮孔內(nèi)的壓強(qiáng)沒有得到均勻分布，但是由于黑索金爆炸產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊波和大量爆炸產(chǎn)物的作用，使得瞬間擴(kuò)張形成的空腔產(chǎn)生初始裂紋，緊跟著在裝藥末端火藥也被沖擊波引燃，由于火藥的反應(yīng)速度較慢，可以長(zhǎng)時(shí)間的補(bǔ)充能量和源源不斷的氣體，這就使得正壓作用時(shí)間得到了加長(zhǎng)，保證了爆破效果，同時(shí)由于火藥生成氣體的靜壓作用明顯，使得炮孔底部的拋擲效果得到了明顯的改善。

3 水下測(cè)試

為了證明分層裝藥爆炸的可靠性以及與單一裝藥的爆破效果區(qū)別，根據(jù)炸藥水下爆炸測(cè)試原理進(jìn)行了水下測(cè)試，水下測(cè)試系統(tǒng)如圖5所示。所測(cè)得的水下波形如圖6和圖7所示（橫軸：時(shí)間/ms；縱軸：壓力/MPa），實(shí)驗(yàn)采用8號(hào)瞬發(fā)工業(yè)電雷管對(duì)藥包進(jìn)行起爆。為了更好的觀察爆炸的作用過程，采用的裝藥結(jié)構(gòu)是火藥在上層，黑索金在下層的裝藥設(shè)計(jì)。

圖5 水下測(cè)試系統(tǒng)圖

圖6 單一炸藥裝藥起爆形成的波形圖

圖7 分層裝藥起爆形成的波形圖

根據(jù)圖7可確定底部的火藥和上端部的黑索金都發(fā)生了反應(yīng)，火藥發(fā)生了燃燒，同時(shí)比對(duì)兩組圖片可以發(fā)現(xiàn)，協(xié)同裝藥反應(yīng)的時(shí)間和正壓持續(xù)的時(shí)間明顯要大于單一的裝藥的持續(xù)時(shí)間。另外，從圖6也可看出，單一裝藥的波峰上升段比較陡峭，速度很快，時(shí)間很短，并且峰值過后壓力是一直下降的，而在圖7中，波峰上升段較圖6的平緩，并且壓力在下降后又再次上升，更進(jìn)一步加長(zhǎng)了作用時(shí)間，說明聯(lián)合裝藥對(duì)正壓的作用時(shí)間有明顯的促進(jìn)作用。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

在本實(shí)驗(yàn)的掏槽爆炸試塊模擬實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)協(xié)同裝藥的上部裝藥被DDNP引爆后，黑索金幾乎在瞬間轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的高溫、高壓爆炸產(chǎn)物。爆炸生成的產(chǎn)物直接作用于炮孔的孔壁，使炮孔壁受到強(qiáng)烈的沖擊和壓縮，同時(shí)由于巖石的可壓縮性，在裝藥藥包的周圍形成了一個(gè)空腔并繼續(xù)向外擴(kuò)張。同時(shí)在空腔擴(kuò)張過程結(jié)束時(shí)，空腔里爆炸產(chǎn)物對(duì)周圍介質(zhì)的作用出現(xiàn)了過度擴(kuò)張的現(xiàn)象，這導(dǎo)致爆炸試塊內(nèi)部的向心運(yùn)動(dòng)并形成空腔周圍的環(huán)向和軸向裂隙，緊跟著炮孔底部的火藥爆炸生成的氣體就會(huì)通過巖石裂隙發(fā)揮它的氣楔作用和氣體的靜壓作用，使得掏槽孔底部細(xì)小和大塊碎石發(fā)生了明顯的移動(dòng)，并在大量氣體的靜壓作用下小塊碎石發(fā)生拋擲。根據(jù)炸藥爆炸和爆破理論可得知，由于炸藥爆炸形成的沖擊波壓縮相長(zhǎng)度和爆炸產(chǎn)物對(duì)炮孔壁作用的時(shí)間成正比，所以，實(shí)驗(yàn)通過采用聯(lián)合協(xié)同裝藥的方式加長(zhǎng)了爆炸過程的正壓作用時(shí)間，達(dá)到了理想的掏槽爆破拋擲和掘進(jìn)效果。

［1］ 張立.爆破器材性能與爆炸效應(yīng)測(cè)試［M］.合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2006.

［2］ 張奇，楊永琦.槽腔頂部爆破漏斗形成及作用［J］.工程爆破，2000，6（1）：21－23.

［3］ 逄煥東，林從謀，劉同松.掏槽爆破中顆粒的受力分析［J］.山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，20（4）：99－101.

［4］ 東兆星，齊燕軍，尹錦明.巖巷掘進(jìn)中影響爆破效率的主要因素分析［J］.煤礦天地，2007，（32）：632.

［5］ 梁為民，王以賢，楮懷保.楔形掏槽炮孔角度對(duì)稱性對(duì)掏槽效果影響研究［J］.金屬礦山，2009，（401）：21－24.

［6］ 張奇，楊永琦，王小林.槽腔內(nèi)巖石破碎介質(zhì)運(yùn)動(dòng)過程的X射線攝影實(shí)驗(yàn)研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，（9）：1426－1429.

［7］ 雷永健，周傳波，饒學(xué)治.合理掏槽方法和爆破參數(shù)提高平巷掘進(jìn)爆破率的實(shí)踐［J］.工程爆破，2006，（3）：71－74.

［8］ 裴啟濤，陳建宏.雙楔形掏槽方法和光面爆破技術(shù)的綜合設(shè)計(jì)［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，2009，（2）：75－77.

［9］ 涂建山.降低炸藥消耗量的研究與分析［J］.煤礦安全，2009，（1）：91－92.

［10］ 聞全，楊立云.光面爆破在快速掘進(jìn)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)礦業(yè)，2008，（2）：59－61.

Study on Charge Way in Excavation Efficiency by Cut Blasting

DI Yun－Xin1，XIE Xing－Hua1，YAN Xian－Rong1，LIU Shao－Yu1，QIU Ming－Can1，XU Xue－Yuan2
（1.School of Chemical Engineering of Anhui University of Science ＆Technology，Huainan Anhui232001；2.Guangdong Hongda Blasting CO.，LTD，Guangzhou Guangdong510623）

Through the experimental research of cut blasting，this paper puts forward that the joint charging way of gunpowder and high explosives is greatly diferent from the single charge structure，which not only has changed single charge structure in the past，but is better than the later as it is proved.At the same time，the results of underwater explosive test show that its peak pressure duration of the shock wave has increased significantly，that is，the generated gas quantity of explosion of the joint propellant is more than a single charge，which also provide the theoretical basis for the rapid and efficient tunneling of blasting engineer.

cut excavation；underwater explosive test；joint charge；blasting theory

TD236

B

1671－4733（2011）06－0023－03

10.3969/j.issn.1671－4733.2011.06.008

2011－12－20

邸云信（1986－），男，安徽壽縣人，研究生，研究方向?yàn)楸ㄗ饔眉靶?yīng)，電話：13685540646。