掏槽爆破槽腔形成机理研究综述

掏槽爆破槽腔形成机理研究综述

掏槽爆破广泛应用在地下工程的建设中，槽腔的大小直接影响掏槽爆破效果。以掏槽爆破理论为基础，结合国内外的研究成果，从空孔的直径、空孔的布置、装药结构、堵塞长度和延期时间5个方面分析了影响槽腔的形成因素。研究表明，槽腔提供的补偿自由面面积越大，掏槽爆破效果越好。综上所述，槽腔形成机理的研究对提高掏槽爆破效率有重要的意义。

标签：

掏槽爆破；空孔；装药结构；槽腔

1前言

掏槽爆破在实际工程中的应用广泛，给地下工程的建设提供了提供了解决问题的途径。在岩巷掘进的过程中，由于在炸药爆炸的作用方向，岩石的裂隙扩展空间受到限制，使岩石的破碎效率降低，而且巷道的掘进效率受到很大的影响。掏槽爆破是岩巷掘进的关键技术，分析掏槽爆破的影响因素，对提高岩巷掘进速率有重要的意义。国内外学者对槽腔形成的研究很多，从理论和实践上分析了空孔的直径、空孔的布置、装药结构、堵塞长度和延期时间对槽腔形成尺寸的影响。

2掏槽爆破理论

2.1空孔效应

炸药的爆炸作用为应力波与高压爆轰气体的综合作用，经过力学计算及实验结果可知：在高压爆轰气体的准静态应力场中，空孔是应力集中的地方，因此，岩石中最容易从空孔处发生破裂。随传播距离增大，冲击波衰变成爆炸应力波，冲击波的强度和破坏性均有所减弱；与冲击波不同，应力波衰减较缓，作用时间较长。岩石中爆炸应力波参数主要包括应力峰值σmax、作用时间ts、应力波冲量I0和应力波比能E0等，这些参数可要用来衡量应力波的对介质破坏能力。

如图1所示，A为装药孔，B为空孔，B孔对A孔具有应力集中效应。A孔起爆后，在其周围激起爆炸应力波向外传播，随着距离的增加，该应力波峰值按如下规律衰减：

2.2槽腔的形成过程

掏槽爆破的效果与槽腔的形成有较大的联系，以空孔为掏槽爆破的第一自由面，为岩石中裂隙的扩展提供空间。槽眼中的炸药爆炸后，岩石在应力波的和爆生气体的共同作用下破碎，并在爆生气体的推动下抛掷出来，形成固气二相流，

并形成第二自由面。在第二自由面形成后，后继炮孔爆炸后，槽腔的体积继续增大，为整个断面的爆破提供更大的自由面，从而提高掏槽爆破的效率。

3影响槽腔形成的因素

3.1空孔直径对掏槽效率的影响

空孔在槽腔形成的前期，起到补偿自由面的作用，对形成第二自由面具有重要的作用。空孔直径的增大，使自由面的面积增大，自由面的面积增大有利于岩石的破碎。空孔的直径越大，自由面的面积越大，自由面补偿系数也越大，越利于槽腔的形成。

3.2空孔的布置对掏槽效果的影响

空孔的布置方式对槽腔的形成的影响也较大，主要是空孔螺旋掏槽和空孔直眼掏槽，空孔螺旋掏槽的效果比直眼掏槽的效果要好，但是空孔螺旋掏槽对整个断面的延期时间较长，在煤矿巷道掘进中，延期时间有限制，所以采用哪种形式布置空孔还需根据工程实际确定。

3.3堵塞长度的影响

孔内的炸药爆炸后，爆炸产生的能量将岩石破碎，能量的利用率越高，爆破效果越好。炮孔的堵塞长度对提高能量的利用率有很大的作用。炸药爆炸后，应力波作用于周围的岩石，使岩石中的损伤裂纹扩展，爆生气体作用于裂隙尖端，使裂纹继续扩展。在这一过程中，炸药爆炸产生的能量作用于岩石需要一段时间，堵塞的粘土在这段时间不能冲出。堵塞长度的大小与装药量的大小和炮孔长度有关。堵塞长度越大，则装药量减少，不利于，炮孔长度减小，则炸药的利用率越低，不利于炸药的爆炸作用。

3.4延期时间的影响

掘进断面的延时时间对槽腔的形成的大小有直接的影响，在大断面的掏槽爆破中，先期形成自由面的大小对后期自由面的形成至关重要。待先期爆炸的炮孔爆炸，岩石被抛掷出来后，后继炮孔再爆炸，严格控制延期时间。在高瓦斯巷道的掘进中，考虑爆炸对安全性的影响，整个断面的延期时间小于130ms，在高瓦斯巷道的掘进中炮孔的布置难度更大。

3.5装药结构的影响

耦合系数是指药卷直径与炮孔直径的比值，研究表明耦合系数较小时，爆炸周围的应力场的峰值要明显高于耦合系数较大时的应力峰值。在爆破后，断面岩石的块度对出渣的影响较大，对断面块度较大的岩块分析，改变炮孔的装药结构，改善岩块的爆破效果，提高爆破效率。

分段装药对炸药的能量分布起一定的作用，使能量分布均匀，减小大块率，便于爆破后岩石的清运。分段装药在实际工程中的应用较多，经常出现后爆的炸药不完全爆炸的现象。经分析，先爆炸的炸药产生的高温高压对后爆的炸药产生影响，使后爆的炸药的微观结构破坏，不具有雷管感度。

4结语

槽腔形成的大小对掏槽爆破的效率影响较大，合理的布置爆破参数对提高掏槽爆破效率具有重要的意义。

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