邸云信，谢兴华，严仙荣，刘绍瑜，邱明灿，徐雪原

（1.安徽理工大学化学工程学院， 安徽淮南 232001， 2.广东宏大爆破股份有限公司， 广州 510623）

掏槽爆破掘进效率的装药研究

邸云信1，谢兴华1，严仙荣1，刘绍瑜1，邱明灿1，徐雪原2

（1.安徽理工大学化学工程学院， 安徽淮南 232001， 2.广东宏大爆破股份有限公司， 广州 510623）

通过对掏槽爆破的实验研究，利用火药和猛炸药的联合装药方式，改变了以往的单一装药结构，模拟实验的结果表明，联合协同装药结构与单一装药结构的掏槽效果有着显著的区别，前者的掏槽效果要优于后者；同时通过炸药水下的测试结果表明，改进以后的装药结构的冲击波峰值压力的持续时间明显提高，即联合装药的爆炸生成气体量要大于单一装药，为爆破工程上快速高效的掘进提供了理论依据。

掏槽掘进； 水下测试； 协同装药； 爆破理论

掏槽爆破技术是掘进的常用方法，工程上为提高采掘速度和爆破成巷质量，通常在装药的布孔过程中，要求断面周边眼的装药应采用爆速较低、感度较高以及爆轰相对稳定的低威力炸药。而在工程实际爆破中，掏槽孔只有上端部的装药使破碎的矿岩和岩石形成抛掷，而其余柱状药包仅仅产生挤压破碎作用，大大降低了爆破的掘进效果和炸药能量的利用率，分析其原因是单一的工业炸药装药没有爆炸生成足够量的用于抛掷矿岩的气体。而对于抛掷效果，一般认为是爆炸生成的大量气体的压裂以及所形成的膨胀效应而造成的。鉴于此，装药结构及其炸药的选择就尤为重要，正确的装药结构对爆破掘进效果的改善和提高有很大作用。本文介绍了一种新型的协同装药结构，根据实验室的模拟实验，并对其效果进行了分析，对工程实际应用有重要的借鉴意义。

1 实验模型与爆破材料

本文的实验材料主要包括：掏槽用的爆破试件几何尺寸为：500 mm×500 mm×450 mm；爆破试件的材料配比为：水泥∶沙∶水＝1∶2∶0.5；爆破掏槽孔的参数为：炮孔深度H＝120 mm，孔径d＝6 mm；炮孔之间的距离分别为：50 mm、100 mm，炮孔向内的倾斜角度为：θ＝70°，如图1所示，为了通过爆炸生成的气体取得更好的爆破效果，装药方式采用不耦合装药，同时实验采用黑索金（RDX）猛炸药和火药（HY）进行模拟联合装药，起爆方式使用自制的纸壳雷管（装药为DDNP）进行起爆，如图2所示。

图1 爆炸试块模型尺寸图

图2炮孔装药结构图

2 模拟掏槽实验

首先爆破掏槽孔装药量的确定，根据公式：

式中：Qp为单孔装药量（g）；

f（n）为爆破作用指数函数；

f（n）＝0.4＋0.6n3（鲍列斯科夫公式）；

w为最小抵抗线（m）；

q为单位体积装药量（kg/m3）。

通过抗拉—抗压实验测试，实验试块的单轴抗压强度为50.63 MPa，根据同等硬度岩石巷道的爆破掘进的炸药单耗标准取q＝2.74 kg/m3；由于掏槽孔要求有较强的抛掷效果，取n＝1.5，所以f（n）＝2.425；根据炮孔的直径和装药深度本实验取最小抵抗线w＝30 mm，通过公式（1）计算得到Qp＝0.179 4 g，考虑到装药密度和掏槽孔的装药系数，修正以后确定单孔装药量为0.4 g黑索金（RDX），另外，火药层设计装在炮孔底部。

根据图2的装药结构设计对试块进行装药，考虑到爆破实际工程中的应用，实验试件的外层约束也应具有吸收爆炸应力波的作用，以消除爆破试块的边界效应，本实验中采用水和沙的混合物，同时在钢桶的夹制作用下对试件进行约束。爆破前后的试块效果如图3和图4所示。

图3 试块爆炸前图

图4 试块爆炸后图

根据炸药爆炸和工程爆破理论，对图4的爆破效果进行了分析，可以得到如下结论，在炸药爆炸开始瞬间，炮孔内的压强没有得到均匀分布，但是由于黑索金爆炸产生的强烈冲击波和大量爆炸产物的作用，使得瞬间扩张形成的空腔产生初始裂纹，紧跟着在装药末端火药也被冲击波引燃，由于火药的反应速度较慢，可以长时间的补充能量和源源不断的气体，这就使得正压作用时间得到了加长，保证了爆破效果，同时由于火药生成气体的静压作用明显，使得炮孔底部的抛掷效果得到了明显的改善。

3 水下测试

为了证明分层装药爆炸的可靠性以及与单一装药的爆破效果区别，根据炸药水下爆炸测试原理进行了水下测试，水下测试系统如图5所示。所测得的水下波形如图6和图7所示（横轴：时间/ms；纵轴：压力/MPa），实验采用8号瞬发工业电雷管对药包进行起爆。为了更好的观察爆炸的作用过程，采用的装药结构是火药在上层，黑索金在下层的装药设计。

图5 水下测试系统图

图6 单一炸药装药起爆形成的波形图

图7 分层装药起爆形成的波形图

根据图7可确定底部的火药和上端部的黑索金都发生了反应，火药发生了燃烧，同时比对两组图片可以发现，协同装药反应的时间和正压持续的时间明显要大于单一的装药的持续时间。另外，从图6也可看出，单一装药的波峰上升段比较陡峭，速度很快，时间很短，并且峰值过后压力是一直下降的，而在图7中，波峰上升段较图6的平缓，并且压力在下降后又再次上升，更进一步加长了作用时间，说明联合装药对正压的作用时间有明显的促进作用。

4 实验结论

在本实验的掏槽爆炸试块模拟实验中，当协同装药的上部装药被DDNP引爆后，黑索金几乎在瞬间转变为气态的高温、高压爆炸产物。爆炸生成的产物直接作用于炮孔的孔壁，使炮孔壁受到强烈的冲击和压缩，同时由于岩石的可压缩性，在装药药包的周围形成了一个空腔并继续向外扩张。同时在空腔扩张过程结束时，空腔里爆炸产物对周围介质的作用出现了过度扩张的现象，这导致爆炸试块内部的向心运动并形成空腔周围的环向和轴向裂隙，紧跟着炮孔底部的火药爆炸生成的气体就会通过岩石裂隙发挥它的气楔作用和气体的静压作用，使得掏槽孔底部细小和大块碎石发生了明显的移动，并在大量气体的静压作用下小块碎石发生抛掷。根据炸药爆炸和爆破理论可得知，由于炸药爆炸形成的冲击波压缩相长度和爆炸产物对炮孔壁作用的时间成正比，所以，实验通过采用联合协同装药的方式加长了爆炸过程的正压作用时间，达到了理想的掏槽爆破抛掷和掘进效果。

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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，安徽寿县人，研究生，研究方向为爆炸作用及效应，电话：13685540646。