端面起爆爆破震動(dòng)方向性研究

陳 光，楊澤進(jìn)，趙耀宙，桑宗其

（煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030001）

爆破技術(shù)廣泛用于礦產(chǎn)開采、邊坡開挖、隧道掘進(jìn)等領(lǐng)域,帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益；但爆破也出現(xiàn)一些負(fù)面效應(yīng)[1]，爆破震動(dòng)效應(yīng)就是其中之一；震動(dòng)可能引起邊坡、基巖、建構(gòu)筑物等發(fā)生破壞，還會(huì)影響到人類的心理。因此，對(duì)于降低爆炸震動(dòng)效應(yīng)進(jìn)而保護(hù)周邊環(huán)境安全的研究課題，很有工程應(yīng)用價(jià)值。

有關(guān)研究表明[2]，炸藥爆炸能量既與爆轟、幾何參數(shù)有關(guān)，還與約束條件、起爆方式有關(guān)。目前，對(duì)端面起爆時(shí)爆炸能量分布研究的報(bào)道較少，僅在軍事領(lǐng)域研究應(yīng)用[3]較廣。本文從理論上分析條形炸藥爆炸后的能量分配情況，再經(jīng)設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)，驗(yàn)證條形炸藥爆炸后的爆破震動(dòng)方向性；得出了關(guān)于降低爆炸震動(dòng)效應(yīng)的具有工程應(yīng)用價(jià)值的結(jié)論。

1 一維流動(dòng)下爆炸能量分布情況

見圖1，炸藥置于真空剛性管中，構(gòu)成一維流動(dòng)流場(chǎng)。設(shè)取引爆面兩端的藥柱長為b、a、（a+b=l，b≤a），炸藥的爆速為DJ，裝藥截面積為A0，初始密度為ρ0。炸藥起爆后，爆轟波將向兩側(cè)進(jìn)行傳播。運(yùn)用爆轟理論和爆轟波傳播理論知識(shí)分析得知：一定時(shí)間后流場(chǎng)中將有八種流場(chǎng)區(qū)域[4]，各區(qū)域內(nèi)爆轟產(chǎn)物的質(zhì)點(diǎn)速度u 和聲速c 的方程解，如表1所示。

由能量定義分析知[5]，當(dāng)從左端起爆時(shí)（即b=0），可得出當(dāng)炸藥經(jīng)過無窮時(shí)間爆炸后，分布到左、右兩側(cè)的能量Ea、Eb分別為：

圖1 一維流動(dòng)下的爆轟

表1 流場(chǎng)區(qū)域速度與聲速的方程解

從式（1）知，炸藥爆炸后分配到起爆點(diǎn)左、右兩側(cè)的能量存在差異，爆轟傳播方向?qū)φㄋ幠芰糠植即嬖谟绊懀植嫉奖Z正方向的能量大于反方向，且其能量相對(duì)百分率為：

2 設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)

通過上述理論可知，條形炸藥起爆后爆轟正方向的能量大于反方向，而此特性將由爆炸地震波體現(xiàn)到地面相連結(jié)構(gòu)的震動(dòng)效應(yīng)上。為了驗(yàn)證炸藥爆破震動(dòng)的方向性，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)，利用導(dǎo)爆索構(gòu)成條形炸藥，用監(jiān)測(cè)儀采集爆轟正、反方向上各測(cè)點(diǎn)的爆破震動(dòng)數(shù)據(jù)。見圖2。在試驗(yàn)場(chǎng)地中央水平布置導(dǎo)爆索，起爆雷管設(shè)置在導(dǎo)爆索的最左端，起爆方向?yàn)樽宰笙蛴摇Ｔ谧髠?cè)距爆心8 m、12 m、16 m處依次布置1、2、3號(hào)監(jiān)測(cè)儀，在右側(cè)距爆心8m、12m、16m處依次布置4、5、6號(hào)監(jiān)測(cè)儀。試驗(yàn)共進(jìn)行3次，分別采用1根、2根、3根導(dǎo)爆索（單長5 m）構(gòu)成條形炸藥。

試驗(yàn)順利完成：表2為整個(gè)爆破試驗(yàn)中六個(gè)監(jiān)測(cè)儀采集到的數(shù)據(jù)和等爆心距上的振速相對(duì)百分率。從表分析得出：等爆心距處爆轟正方向的振速大于反方向，炸藥爆破震動(dòng)具有方向性；且在一定范圍內(nèi)，等爆心距爆轟正、反兩方向上振速相對(duì)百分率約為30%，這與能量相對(duì)百分率32%相近。試驗(yàn)達(dá)到預(yù)期目的。

表2 現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)振速數(shù)據(jù)（cm·s-1）及相對(duì)百分率

3 結(jié)束語

通過理論分析可知，爆轟傳播方向?qū)φㄋ幠芰糠植即嬖谥绊懀瑮l形炸藥端面起爆后爆轟正方向的能量比反方向大約32%。能量體現(xiàn)到地面結(jié)構(gòu)的震動(dòng)效應(yīng)上，通過試驗(yàn)證實(shí)了爆破震動(dòng)具有方向性這一特性。利用此特性，爆破中就可利用炸藥爆轟方向來操控作用于巖體破碎的能量，使爆轟正方向沿空曠方向，爆轟反方向沿有需保護(hù)物方向，使炸藥爆炸能量最大有效地運(yùn)用到欲破碎等有益方面，相對(duì)減少爆破震動(dòng)破壞等有害方面，進(jìn)而起到保護(hù)周邊環(huán)境安全的作用。

[1]趙新濤.爆破震動(dòng)機(jī)理及爆破震動(dòng)效應(yīng)控制的研究[D].南寧：廣西大學(xué)，2006.

[2]楊澤進(jìn).柱狀裝藥爆轟方向?qū)Ρ普饎?dòng)影響的研究[D].太原：太原理工大學(xué)，2012.

[3]宋浦,肖川,袁寶慧，等.端面起爆驅(qū)動(dòng)圓柱殼體的分析[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào),2006,26(2)：61-64.

[4]張寶平，張慶明,黃風(fēng)雷.爆轟物理學(xué)[M].北京:兵器工業(yè)出版社,2001.

[5]林大超，白春華.爆炸地震效應(yīng)[M].北京:地質(zhì)出版社,2007.