側(cè)向起爆條件下的爆炸能量分布及其對(duì)破巖效果的影響＊

冷振東，盧文波，范 勇，3，陳 明，嚴(yán) 鵬

（1．武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢430072；2．中國(guó)葛洲壩集團(tuán)易普力股份有限公司，重慶401121；3．三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北宜昌443002）

側(cè)向起爆條件下的爆炸能量分布及其對(duì)破巖效果的影響＊

冷振東1，2，盧文波1，范 勇1，3，陳 明1，嚴(yán) 鵬1

（1．武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢430072；2．中國(guó)葛洲壩集團(tuán)易普力股份有限公司，重慶401121；3．三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北宜昌443002）

為了提高不同巖石中爆破破巖的能量利用率，分析了導(dǎo)爆索側(cè)向起爆和一端起爆條件下的爆炸沖擊能和爆生氣體能的分布規(guī)律，并結(jié)合響水溝過(guò)渡料爆破開(kāi)采實(shí)驗(yàn)，對(duì)比了這兩種起爆方式下的爆破塊度級(jí)配曲線。結(jié)果表明，側(cè)向起爆和一端起爆條件下的爆炸沖擊能和爆生氣體能的分布有著很大差異?？梢酝ㄟ^(guò)改變起爆方式來(lái)調(diào)整用于爆破破巖的沖擊能和氣體能的比例，以提高爆破破巖的能量利用率。此在基礎(chǔ)上，提出了不同強(qiáng)度巖體中起爆方式選擇的原則，導(dǎo)爆索側(cè)向起爆適用于軟巖和裂隙巖體的爆破破碎以及輪廓爆破，而在硬巖中的級(jí)配料爆破開(kāi)采則不宜采用側(cè)向起爆。

巖石爆破；破碎效應(yīng)；起爆方式；能量分布；沖擊能；氣體能

中深孔爆破技術(shù)因其高效性已被廣泛運(yùn)用在礦山開(kāi)采、路塹開(kāi)挖和水電工程等施工中，光面爆破和預(yù)裂爆破技術(shù)也已經(jīng)被普遍用來(lái)控制輪廓成形和超欠挖。在中深孔爆破和輪廓爆破中，經(jīng)常采用導(dǎo)爆索沿柱狀炸藥軸向并敷的裝藥結(jié)構(gòu)，以導(dǎo)爆索側(cè)向起爆藥柱的方式進(jìn)行傳爆。目前對(duì)于導(dǎo)爆索側(cè)向起爆的傳爆特性已有一些研究，K．Liang等［1］測(cè)定了并敷段炸藥的爆速，發(fā)現(xiàn)不同爆速炸藥經(jīng)過(guò)相互激爆以后，并敷段將沿軸向以其中較高的爆速進(jìn)行傳爆，在較短時(shí)間內(nèi)完成爆轟過(guò)程。C．M．Lownds等［2］在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)爆索起爆后不會(huì)立即引起高速爆轟，而形成低速的始終跟隨導(dǎo)爆索爆轟波的橫向爆轟波。W．I．Duvall等［3］采用短藥柱在花崗巖中開(kāi)展了一端起爆和軸向起爆（導(dǎo)爆索置于藥柱的中軸線）的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)軸向起爆在巖體中產(chǎn)生的徑向應(yīng)變有更短的上升時(shí)間，但他們未研究側(cè)向起爆的爆破效果。

炸藥爆炸后，一部分能量直接以沖擊波的形式作用在炮孔周?chē)鷰r石上，然后由沖擊波產(chǎn)生的網(wǎng)狀裂紋以及巖體的原生裂隙在爆生氣體的作用下進(jìn)一步擴(kuò)展［45］。關(guān)于沖擊波能和氣體能的分布對(duì)爆破破碎效果的影響，顏事龍等［6］和宗琦等［7］認(rèn)為炸藥爆炸所產(chǎn)生的沖擊波能量主要消耗在巖石產(chǎn)生變形及破碎上，而爆炸氣體產(chǎn)物膨脹能則用于形成爆炸空腔和拋擲巖石。K．Kurokawa等［8］通過(guò)在乳化炸藥中添加鋁粉調(diào)節(jié)炸藥氣體膨脹能的比例，發(fā)現(xiàn)氣體膨脹能和爆速有很強(qiáng)的相關(guān)性。J．R．Brinkman［9］采用套管法將沖擊波和爆炸產(chǎn)物的作用分開(kāi)，證明了巖體的破碎是這兩種能量綜合作用的結(jié)果。W．A．Hustrulid［10］、M．A．Cook等［11］也對(duì)導(dǎo)爆索起爆做了大量研究，但是由于爆轟過(guò)程的復(fù)雜性以及實(shí)驗(yàn)條件的限制，導(dǎo)爆索側(cè)向起爆的作用機(jī)理仍不清晰。

起爆方式對(duì)爆破破巖效果有重要影響，現(xiàn)有研究主要集中在起爆點(diǎn)位置以及延時(shí)等對(duì)爆破效果的影響［1214］，而對(duì)側(cè)向起爆爆破破巖效果的研究報(bào)道較少，特別是側(cè)向起爆對(duì)炸藥爆炸沖擊能和爆生氣體能的分布規(guī)律的影響尚未見(jiàn)深入研究。工程實(shí)踐中，不合理的甚至是錯(cuò)誤的起爆方式仍然大量存在。因此，深入研究導(dǎo)爆索側(cè)向起爆條件下的爆炸能量傳輸規(guī)律及其對(duì)破巖效果的影響，將有助于進(jìn)一步揭示中深孔爆破和輪廓爆破過(guò)程中的能量利用機(jī)制，為改進(jìn)爆破技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 導(dǎo)爆索側(cè)向起爆機(jī)理

對(duì)于筒狀炸藥，側(cè)向起爆時(shí)一般是將藥卷捆綁在導(dǎo)爆索上；對(duì)于散裝炸藥，則是直接將導(dǎo)爆索并敷在炸藥一側(cè)。大量實(shí)驗(yàn)［1516］表明，炸藥起爆存在不定常爆轟過(guò)程，而且在時(shí)間和空間尺度上該過(guò)程往往不能忽略，特別是對(duì)小型爆轟結(jié)構(gòu)而言更是如此。當(dāng)沖擊波速度高于被發(fā)炸藥的穩(wěn)定爆速時(shí)，存在一段爆速高于穩(wěn)定爆速的不穩(wěn)定爆轟區(qū)，如圖1中曲線2所示。若起爆沖擊波速度超過(guò)了臨界速度但低于穩(wěn)定爆速，并且滿足適當(dāng)?shù)臈l件，則被發(fā)炸藥中的爆轟將逐漸成長(zhǎng)，在徑向經(jīng)過(guò)一定的距離后才能達(dá)到穩(wěn)定爆轟，如圖1中曲線1所示，并且傳入的爆轟波速度越低，不穩(wěn)定爆轟區(qū)越長(zhǎng)。

被發(fā)炸藥的爆轟反應(yīng)是由導(dǎo)爆索從側(cè)面激發(fā)引起的，普通導(dǎo)爆索的結(jié)構(gòu)如圖2所示，導(dǎo)爆索中心為黑索金或泰安藥芯，外部為棉紗、紙條、防潮層等包纏物。導(dǎo)爆索起爆后，爆轟波沿軸向以D1的速度高速傳播，高溫高壓的爆生氣體透過(guò)側(cè)向包纏物后，最終作用在與導(dǎo)爆索接觸的被發(fā)炸藥上的沖擊速度Di顯著低于其軸向爆速D1。雖然導(dǎo)爆索的爆速高于主爆藥的爆速，但作用在被發(fā)炸藥上的側(cè)向沖擊波的速度卻遠(yuǎn)低于被發(fā)炸藥的包爆速?？紤]到導(dǎo)爆索的直徑比炮孔直徑小得多，可以認(rèn)為導(dǎo)爆索側(cè)向起爆形成的是低速過(guò)渡區(qū)。

圖1 炸藥在沖擊波激發(fā)下的爆轟過(guò)程Fig．1 Detonation process of explosives under shock wave

圖2 普通導(dǎo)爆索結(jié)構(gòu)示意圖Fig．2 Structural schematics of a detonating cord

對(duì)于側(cè)向起爆，目前至少有兩種錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。一些研究者認(rèn)為導(dǎo)爆索起爆屬于強(qiáng)沖擊起爆，低爆速炸藥被高爆速導(dǎo)爆索引爆后，先經(jīng)過(guò)過(guò)速爆轟，一段時(shí)間后才達(dá)到穩(wěn)定爆轟，爆轟過(guò)程如圖1中的曲線2所示。同時(shí)更多的研究中則為了簡(jiǎn)化爆轟過(guò)程，將導(dǎo)爆索起爆等效成無(wú)數(shù)個(gè)起爆點(diǎn)依次快速起爆，甚至把導(dǎo)爆索起爆近似為瞬時(shí)爆轟；這些研究中假設(shè)炸藥被導(dǎo)爆索起爆后，立刻到達(dá)其穩(wěn)態(tài)爆速，忽略了炸藥起爆后的不穩(wěn)定爆轟過(guò)程。

W．A．Hustrulid［10］和M．A．Cook［11］指出，導(dǎo)爆索起爆時(shí)，總是在相當(dāng)長(zhǎng)的距離內(nèi)經(jīng)歷了緩慢的加速，爆速才從一個(gè)較低的數(shù)值到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)的數(shù)值，這個(gè)加速距離一般大于炮孔直徑。N．M．Junk［15］通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，即使是在大孔徑、銨油炸藥裝藥的炮孔中，不穩(wěn)定爆轟區(qū)的長(zhǎng)度dru也有炮孔直徑的3～6倍。S．P．Singh［16］采用導(dǎo)爆索側(cè)向起爆的幾組套管爆破實(shí)驗(yàn)的實(shí)測(cè)結(jié)果也表明，銨油炸藥的軸向視爆速約等于導(dǎo)爆索的爆速，側(cè)向爆速僅為其穩(wěn)定爆速的45%～55%。

一方面由導(dǎo)爆索本身爆炸形成的爆轟波沿藥柱軸向自上而下高速傳播；另一方面，由導(dǎo)爆索激起的沿藥柱徑向傳播的爆轟波，持續(xù)從側(cè)面以較低的側(cè)向爆速引爆與之接觸的被發(fā)炸藥。被發(fā)炸藥與導(dǎo)爆索的爆轟波同步向前傳爆，如圖3所示，因此表面上炸藥的爆速提高了，但是由于不穩(wěn)定爆轟區(qū)的存在，爆轟波實(shí)際傳播速度反而低于其固有爆速。

2 側(cè)向起爆條件下的爆炸能量分布

2．1 一端起爆下沖擊能和氣體能的分布

在正式研究側(cè)向起爆前，有必要先了解一端起爆這種簡(jiǎn)單形式下的爆轟波傳播過(guò)程和能量分布特征。在一端起爆條件下，經(jīng)過(guò)距離dru的傳播后，爆轟波陣面幾乎變?yōu)槠矫?，在理想條件下爆轟波將保持穩(wěn)定的爆轟速度沿藥柱傳播，如圖4所示。由于dru遠(yuǎn)小于炮孔深度L，一端起爆產(chǎn)生的不穩(wěn)定爆轟區(qū)相對(duì)整個(gè)炮孔深度而言比例很小，計(jì)算時(shí)，可以認(rèn)為整個(gè)炮孔內(nèi)仍以穩(wěn)定爆轟為主。

炮孔內(nèi)炸藥釋放的總爆炸能［11，17］：

式中：ρ、p、u、γ分別為爆轟波陣面上的密度、壓力、質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度和多方指數(shù)，L為裝藥長(zhǎng)度。括號(hào)中第1項(xiàng)為沖擊能，第2項(xiàng)為氣體能。

由C－J爆轟理論［12］有：

代入式（1）計(jì)算得到：

炸藥爆轟反應(yīng)時(shí)釋放的能量包含沖擊能Es和氣體能Eg：

圖3 導(dǎo)爆索側(cè)向起爆下的炮孔內(nèi)的爆轟過(guò)程Fig．3 Detonation process of side initiation in the borehole

圖4 一端起爆爆轟示意圖Fig．4 Detonation process of end initiation in the borehole

2．2 側(cè)向起爆下沖擊能和氣體能的分布

如圖3（a）所示，側(cè)向起爆時(shí)，在距離起爆點(diǎn)r處，被發(fā)炸藥的爆速為D（r），爆轟速度增長(zhǎng)過(guò)程可用以下方程來(lái)描述：

式中：Di為初始爆轟速度，與導(dǎo)爆索爆速和結(jié)構(gòu)有關(guān)；D2為穩(wěn)定爆轟速度；dru為不穩(wěn)定爆轟區(qū)的長(zhǎng)度；n為反映爆速上升速率的指數(shù)，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，0＜n＜1。

導(dǎo)爆索側(cè)向起爆時(shí)，靠近導(dǎo)爆索附近的炸藥會(huì)出現(xiàn)“壓死”的現(xiàn)象，但是這部分區(qū)域很小，暫不考慮其影響。那么，在極坐標(biāo)系（θ，r）下，炮孔中炸藥爆轟總能量有以下關(guān)系式：

相應(yīng)的總的沖擊能為：

從能量守恒的角度，則總的氣體能為：

導(dǎo)爆索側(cè)向起爆時(shí)，雖然被發(fā)炸藥的視爆速提高到導(dǎo)爆索的爆速D1，但是由于不穩(wěn)定爆轟，被發(fā)炸藥的實(shí)際有效爆速D反而會(huì)小于其固有爆速D2。波陣面實(shí)際爆轟壓力降低，因此沖擊能Es減少，根據(jù)能量守恒方程，沖擊能Es的減小，必然引起氣體能Eg的增加，即炸藥爆轟沖擊能Es轉(zhuǎn)化為氣體能Eg。在這個(gè)能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，其總量Et保持不變。

氣體能的增加可以用以下過(guò)程解釋：被發(fā)炸藥的爆轟波陣面質(zhì)點(diǎn)既隨導(dǎo)爆索有軸向的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)相對(duì)其有徑向運(yùn)動(dòng)。如圖3所示，由速度合成定理，質(zhì)點(diǎn)絕對(duì)速度：

式中：ue為被發(fā)炸藥爆轟波陣面上質(zhì)點(diǎn)相對(duì)導(dǎo)爆索的速度，ur為被發(fā)炸藥因?qū)П鬏S向傳播而具有的牽連速度。

由于導(dǎo)爆索側(cè)向傳爆的作用，被發(fā)炸藥中爆轟波陣面上質(zhì)點(diǎn)速度增大，并向徑向偏轉(zhuǎn)，則相應(yīng)的氣體能為：

那么沖擊能和氣體能的比值為：

顯然，式（10）等號(hào)右邊第2項(xiàng)小于1，可以證明，不同起爆方式下沖擊能與氣體能的比例：

相同的炸藥在側(cè)面起爆和一端起爆時(shí)，炸藥所產(chǎn)生的總能量是相等的，但是這些能量轉(zhuǎn)化為沖擊能和氣體能的比例卻大不相同。相對(duì)于一端起爆，采用導(dǎo)爆索側(cè)向起爆時(shí)所產(chǎn)生的沖擊能與氣體能的比值Es／Eg降低了，沖擊能Es轉(zhuǎn)化為氣體能Eg。

2．3 側(cè)向起爆影響因素分析

可見(jiàn)，沖擊能和氣體能的比值Es／Eg主要和導(dǎo)爆索爆速D1、被發(fā)炸藥爆速D2、不穩(wěn)定爆轟區(qū)長(zhǎng)度與炮孔直徑的比值dru／db等因素相關(guān)。如圖5所示，在給定參數(shù)下，隨著導(dǎo)爆索爆速的升高，初始爆轟速度升高，沖擊能比例將增大，氣體能比例減小。同樣，隨著爆速增長(zhǎng)區(qū)長(zhǎng)度與炮孔直徑的比值dru／db增大，氣體能比例增大，當(dāng)dru／db增大到一定值時(shí)，兩者的比例趨于穩(wěn)定，如圖6所示。

圖5 沖擊能和氣體能的分布隨導(dǎo)爆索爆速的變化Fig．5 Partition of shock and gas energies varying with detoantion velocity of detonating cord

圖6 沖擊能和氣體能的分布隨dru／db的變化Fig．6 Partition of shock and gas energies varying with dru／db

3 側(cè)向起爆爆破破巖效果的影響分析

同種炸藥在側(cè)向起爆和一端起爆條件下的p－V曲線不同，如圖7所示。側(cè)向起爆相對(duì)一端起爆有更低的炮孔壓力，但是兩者釋放的總能量是相等的。炸藥釋放的總能量是恒定的，不隨藥柱瞬態(tài)爆速的升高而增加。爆速的降低，導(dǎo)致產(chǎn)生的沖擊能更少，同時(shí)意味著氣體能增加，這樣才能保持總能量不變。C．M．Lownds等［18］利用體積功p－V圖分析了非理想爆轟和理想爆轟在不同巖石中的能量利用率，參考這種方法，利用p－V圖來(lái)對(duì)比側(cè)向起爆和一端起爆方式下硬巖和軟巖中的爆炸能量利用率，如圖8所示。由于側(cè)向起爆和一端起爆下炸藥釋放的氣體能和沖擊能的比例不同，它們?cè)诓煌瑥?qiáng)度巖石中爆破的能量利用率也有顯著差異。因此，通過(guò)改變起爆方式來(lái)調(diào)整作用于巖體破碎的沖擊能和氣體能的比例，來(lái)適應(yīng)不同的巖性條件，獲得理想的爆破效果。

圖7 一端起爆和側(cè)向起爆時(shí)的p－V曲線Fig．7 p－Vcurves for side initiation and end initiation

巖石的破碎塊度與沖擊加載速率有較強(qiáng)的相關(guān)性，隨加載速率的提高迅速減?。?9］。等能量下短延時(shí)的沖擊波脈沖的破壞性更大，沖擊能的峰值和加載速率顯著高于氣體能的峰值和加載速率，裂紋密度更大，破壞能量消耗更快，最終的破碎尺寸更小。

如圖8（a）、（b）所示，硬巖中的爆破需要較多的沖擊能以產(chǎn)生足夠的初始裂隙，導(dǎo)爆索降低了炮孔壓力，造成爆生裂隙網(wǎng)的產(chǎn)出質(zhì)量受到影響，因此導(dǎo)爆索應(yīng)用于硬巖和超硬巖時(shí)要慎重，這類(lèi)巖石爆破更適宜采用一端起爆；對(duì)于軟巖、裂隙巖體，這些巖石的破碎并不需要很高的沖擊能，而需要得到堆積好、粉礦率低、容易挖掘的爆堆，氣體能的增加有利于這類(lèi)巖體的破碎，并增強(qiáng)了拋擲作用，如圖8（c）所示，因此軟巖、裂隙巖體的爆破破碎以及輪廓爆破適宜采用側(cè)面起爆。

圖8 側(cè)向起爆和一端起爆在不同巖石中的能量利用Fig．8 Energy utilization for hard and soft rocks with side and end initiations，respectively

4 爆破實(shí)驗(yàn)

4．1 爆破實(shí)驗(yàn)參數(shù)

長(zhǎng)河壩水電站是大渡河干流水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)的第10級(jí)電站，電站總裝機(jī)容量2 600MW。壩體為超高心墻堆石壩，整個(gè)大壩填筑方量達(dá)2 764萬(wàn)米3，其中過(guò)渡料達(dá)200多萬(wàn)米3。響水溝料場(chǎng)料源巖性為花崗巖，巖石弱－微風(fēng)化，飽和濕抗壓強(qiáng)度為94．5～120．0MPa，天然密度為2．61～2．99g／cm3。長(zhǎng)河壩石料場(chǎng)巖石強(qiáng)度高、巖體完整性好，過(guò)渡料爆破開(kāi)采中，已經(jīng)采用了很高的炸藥單耗，但是如何減少超粒徑料、增加細(xì)顆粒含量和開(kāi)采出符合設(shè)計(jì)級(jí)配要求的石料依舊是個(gè)難題。

為了進(jìn)一步對(duì)比側(cè)向起爆和一端起爆條件下的爆破破巖效果，在長(zhǎng)河壩響水溝料場(chǎng)EL．1745～1760平臺(tái)進(jìn)行了多次過(guò)渡料爆破實(shí)驗(yàn)。A組實(shí)驗(yàn)位于II區(qū)靠近料場(chǎng)后邊坡，B組位于III區(qū)，C、D組位于VII區(qū)靠近料場(chǎng)中部，并在同一平臺(tái)上巖體特性類(lèi)似的區(qū)域進(jìn)行一端起爆作為對(duì)比實(shí)驗(yàn)，爆破參數(shù)見(jiàn)表1。實(shí)驗(yàn)組采用兩發(fā)400ms延時(shí)的高精度導(dǎo)爆管雷置于裝藥段底部，如圖9（a）所示，為了防止裝藥時(shí)卡孔造成炸藥拒爆，在每孔側(cè)面并敷導(dǎo)爆索至孔底，這種起爆方式實(shí)質(zhì)上構(gòu)成了側(cè)向起爆，起爆雷管引爆后，會(huì)首先激發(fā)爆速相對(duì)較高的導(dǎo)爆索從側(cè)面引爆與之接觸的炸藥，自下而上連續(xù)從側(cè)邊引爆炸藥。對(duì)比組采用普通非電導(dǎo)爆管雷管MS13孔底起爆，如圖9（b）所示。導(dǎo)爆索爆速為6．0～7．2km／s，2＃巖石乳化炸藥（筒狀）爆速為4．5～5．1km／s，散裝乳化炸藥爆速為4．2～5．0km／s。

圖9 裝藥結(jié)構(gòu)示意圖Fig．9 Schematics of charge structures

表1 長(zhǎng)河壩過(guò)渡料開(kāi)采爆破實(shí)驗(yàn)參數(shù)Table 1 Blasting parameters for transition material excavation field tests

4．2 爆破實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

工程上常用不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc來(lái)反映爆破塊度級(jí)配情況：

式中：d60、d30、d10為特征塊度，分別為篩下累計(jì)率為60%、30%、10%時(shí)的塊度尺寸。長(zhǎng)河壩的過(guò)渡料級(jí)配的設(shè)計(jì)要求不均勻系數(shù)Cu大于10，曲率系數(shù)Cc介于1和3之間，小于5mm的顆粒含量不小于10%，不大于30%，且級(jí)配宜連續(xù)良好。

圖10給出了相同的裝藥結(jié)構(gòu)、鉆孔參數(shù)、起爆網(wǎng)絡(luò)的條件下，分別采用側(cè)向起爆和一端起爆方式爆破后的塊度分布曲線。在實(shí)際生產(chǎn)中大塊率、平均塊度等也常被用來(lái)評(píng)價(jià)爆破破碎程度［20］，表2為爆破效果統(tǒng)計(jì)。4組爆破實(shí)驗(yàn)結(jié)果規(guī)律一致：一端起爆的不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc明顯大于側(cè)向起爆的對(duì)應(yīng)值。當(dāng)采用側(cè)向起爆時(shí)，爆堆中小尺寸級(jí)別塊度（＜5mm）的產(chǎn)出率明顯低于采用一端起爆的對(duì)應(yīng)值，平均塊度d50、最大塊度dmax以及大尺寸級(jí)別塊度（＞110mm）的產(chǎn)出率則高于一端起爆。其原因是，側(cè)向起爆條件下的沖擊能與氣體能的比值Es／Eg較一端起爆的低，作用在炮孔壁上的峰值壓力較低，級(jí)配料中的細(xì)顆粒主要來(lái)自于炮孔周?chē)鷫杭羝茐男纬傻募?xì)小碎塊，沖擊能的減少影響了細(xì)顆粒的產(chǎn)出，因而爆堆中小于5mm的顆粒含量?jī)H為4．68%～8．63%，不符合設(shè)計(jì)要求。

圖10 4組實(shí)驗(yàn)爆破塊度分布曲線Fig．10 Fragment size distributions of four blasting field tests

表2 4組爆破破碎結(jié)果統(tǒng)計(jì)Table 2 Summary of fragmentation results of four groups field tests

炸藥釋放的總能量中爆炸沖擊能與爆生氣體能的分布直接關(guān)系到炸藥能量利用率和破碎效果，合理的起爆方式選擇，直接關(guān)系到爆破塊度分布和開(kāi)挖經(jīng)濟(jì)性。長(zhǎng)河壩過(guò)渡料爆破開(kāi)采實(shí)踐表明，如果在堅(jiān)硬巖石級(jí)配料爆破開(kāi)采中采用側(cè)向起爆，會(huì)導(dǎo)致沖擊能與膨脹能的比值偏小，使爆炸應(yīng)力波峰值偏低，造成爆生裂隙網(wǎng)的產(chǎn)出質(zhì)量受到影響，致使爆破質(zhì)量降低。因此，就堅(jiān)硬致密巖體破碎而言，應(yīng)適當(dāng)增大沖擊能的比例，確保足夠的爆炸沖擊能作用于介質(zhì)中產(chǎn)生充分的初始裂隙網(wǎng)，為氣體能參與介質(zhì)的破碎創(chuàng)造條件，使盡可能多的爆炸能傳遞到待破碎的介質(zhì)中去，因此硬巖中的級(jí)配料爆破開(kāi)采更適宜采用一端起爆，而不宜采用導(dǎo)爆索側(cè)向起爆。

受現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，未進(jìn)行軟巖、裂隙巖體中的爆破實(shí)驗(yàn)。但是，可以預(yù)測(cè)，由于巖體中已經(jīng)存在足夠多的初始裂縫，過(guò)多的沖擊波能量只會(huì)造成能量浪費(fèi)和近區(qū)的過(guò)粉碎。側(cè)向起爆時(shí)，氣體能的增加有利于這類(lèi)巖體的破碎，增強(qiáng)拋擲作用，減小粉礦率而不降低爆破的有效性，因此軟巖和裂隙巖體的爆破破碎以及輪廓爆破適宜采用側(cè)面起爆。

5 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)側(cè)向起爆條件下爆炸能量傳輸過(guò)程和爆破破巖效果的研究，并結(jié)合長(zhǎng)河壩過(guò)渡料爆破開(kāi)采實(shí)驗(yàn)，得到的主要結(jié)論如下：

（1）不同的起爆方式直接會(huì)影響炸藥的能量釋放特性，側(cè)向起爆和一端起爆條件下的爆炸沖擊能和爆生氣體能的分布有很大差異。在能量傳輸上，相對(duì)于一端起爆，側(cè)向起爆時(shí)炸藥的沖擊能向爆生氣體能轉(zhuǎn)化，沖擊能減少，氣體能增加。

（2）可以通過(guò)改變起爆方式來(lái)調(diào)整用于爆破破巖的沖擊能和氣體能的比例，以提高爆破破巖的能量利用率。雖然導(dǎo)爆索在很多場(chǎng)合作為準(zhǔn)爆的重要保證措施，但是導(dǎo)爆索起爆影響炸藥能量釋放，沖擊能比例降低，因此，導(dǎo)爆索應(yīng)用于硬巖和超硬巖時(shí)要慎重。

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Explosion energy distribution by side initiation and its effects on rock fragmentation

Leng Zhendong1，2，Lu Wenbo1，F(xiàn)an Yong1，3，Chen Ming1，Yan Peng1

（1．State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science，Wuhan University，Wuhan 430072，Hubei，China；2．China Gezhouba Group Explosive Co．Ltd，Chongqiing 401121，China；3．College of Hydraulic and Environmental Engineering，China Three Gorges University，Yichang 443002，Hubei，China）

To improve the energy utilization and fragmentation effect in rock blasting，the explosion energy partitions of end initiation and continuous side initiation were analyzed．In addition，field blasting tests were conducted in Xiangshuigou Quarry，and the results show significant differences in the partition of shock and gas energy between the two initiation methods．The effective energy utilization of these two initiation methods in different rocks varies considerably．On this basis，a selection principle of initiation methods for rocks with different intensities was put forward．The continuous side initiation with a detonating cord is advantageous in soft and fissured rocks and contour blasting，while blasting for graded material in hard rock，the end initiation is recommended instead of the side initiation．

rock blasting；fragmentation effect；initiation method；energy partition；shock energy；gas energy

O383．1；TV554國(guó)標(biāo)學(xué)科代碼：13035

A

10．11883／1001－1455（2017）04－0661－09

（責(zé)任編輯 張凌云）

2015－09－28；

2016－03－21

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2011CB013501）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51609127）

冷振東（1989— ），男，博士研究生；通信作者：盧文波，wblu＠whu．edu．cn。