深孔間隔裝藥爆破對不同孔壁介質(zhì)的影響

曲艷東， 孫從煌， 章文姣， 孔祥清, 馬石磊

(1. 遼寧工業(yè)大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院， 遼寧錦州 121001；2. 河北宣化鋼盛建筑安裝有限責(zé)任公司， 河北張家口 075100)

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深孔間隔裝藥爆破對不同孔壁介質(zhì)的影響

曲艷東1， 孫從煌1， 章文姣1， 孔祥清1, 馬石磊2

(1. 遼寧工業(yè)大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院， 遼寧錦州 121001；2. 河北宣化鋼盛建筑安裝有限責(zé)任公司， 河北張家口 075100)

摘要：數(shù)值模擬研究了巖石、混凝土和土三種不同孔壁介質(zhì)深孔間隔裝藥爆破時的擴孔特征、壓力場、應(yīng)力場、速度場和能量分布及傳播衰減規(guī)律，還分析了間隔介質(zhì)(空氣和水)和起爆方式等對孔壁介質(zhì)中沖擊波傳播規(guī)律的影響。研究表明：由于巖石、混凝土和土三種孔壁介質(zhì)的波阻抗和可壓縮性不同，導(dǎo)致爆破后分別形成“狼牙棒”型、“紡錘”型和“圓柱”型三種爆腔。與巖石和混凝土相比，在土體中的擴孔寬度分別提高約60% 和約45%，土能緩解孔壁壓力和等效應(yīng)力、降低爆破振動效應(yīng)、減緩爆炸沖擊波的衰減速度和提高能量利用率，而在巖石和混凝土介質(zhì)中，上述效果的差異性不太明顯。與水間隔裝藥相比，在巖石和混凝土孔壁介質(zhì)中采用空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)能降低約7% 的孔壁壓力。在巖石和混凝土孔壁介質(zhì)中，采用底部起爆方式能夠提高炸藥的能量利用率，中部起爆方式能夠減緩爆破振動效應(yīng)，而在土體中并不明顯。

關(guān)鍵詞：深孔爆破； 間隔裝藥； 爆破沖擊波； 混凝土； 爆炸地震波

1引言

深孔間隔裝藥爆破技術(shù)在降低初始壓力峰值、降低沖擊波對孔壁壓力、緩解振動效應(yīng)、改善炸藥能量的利用率和提高鏟裝效率等方面具有顯著的優(yōu)越性〔1-4〕。從Melnikov提出“空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)”至今，國內(nèi)外眾多研究機構(gòu)紛紛開展了間隔裝藥爆破研究。例如，印度的 Pal等〔5〕、加拿大的 LIU〔6〕和 KUMAR〔7〕先后開展了空氣間隔爆破技術(shù)的研究及應(yīng)用。在國內(nèi)，張迎賓等〔8〕通過實驗和模擬對比分析發(fā)現(xiàn)，藥包中部間隔裝藥爆破可緩解爆破振動和改善破碎效果。岳中文等〔9〕利用超動態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)研究了水泥砂漿中切縫藥包空氣間隔裝藥爆破介質(zhì)的動態(tài)響應(yīng)。鐘冬望等〔10〕對混凝土中空氣間隔裝藥的爆破機理和損傷破壞機制研究進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。長沙礦山研究院、中科院礦業(yè)研究所、本溪鋼鐵公司、大冶鐵礦、歪頭山鐵礦、鳳凰山鐵礦及某些水利工程中開展了相關(guān)試驗研究，取得了一定的研究成果，但是總體上仍然缺乏系統(tǒng)性，爆破設(shè)計還沒有擺脫依靠經(jīng)驗的局面，許多技術(shù)問題仍需要進(jìn)一步研究〔11-12〕。基于此，本文擬對不同孔壁介質(zhì)(巖石、混凝土和土)中的深孔間隔裝藥爆破時的擴孔特征、壓力場、速度場和能量分布及傳播衰減規(guī)律差異性，間隔介質(zhì)(空氣和水)和起爆方式等對這三種孔壁介質(zhì)中的爆炸沖擊波傳播規(guī)律的影響等進(jìn)行研究，以期為爆破設(shè)計和爆炸沖擊波傳播研究提供一定的理論幫助。

2計算模型與材料參數(shù)

2.1計算模型

為簡化計算，根據(jù)結(jié)構(gòu)的對稱性建立兩種1/4模型，采用cm-g-μs單位制。模型的整體高度為800 cm，炮孔深750 cm，底面尺寸為100 cm×100 cm，炮孔底面邊長為5 cm。兩種模型中的炮孔軸向均由四部分構(gòu)成：炮孔頂部均采用長為200 cm的填塞材料進(jìn)行填塞；模型1中采用在長為500 cm的藥柱頂部位置設(shè)置50 cm的間隔介質(zhì)，而模型2中采用在藥柱中部設(shè)置長50 cm的間隔介質(zhì)，并將長為500 cm的藥柱分成上下長度比為1︰1.5的兩段；炮孔底部長50 cm，與孔壁周圍介質(zhì)具有相同的材料模型，如圖1所示。

圖1　計算模型示意圖Fig.1　Schematic diagram of calculation models

在圖1所示的兩種間隔裝藥結(jié)構(gòu)中，所用炸藥

量均為 14.375 kg。均采用實體單元3D_SOLID164，整體模型采用映射網(wǎng)格劃分，中間炮孔進(jìn)行局部加密，整個結(jié)構(gòu)共包含141120個單元。除頂面自由表面外，模型中其它邊界均采用對稱邊界和透射邊界條件。炸藥、間隔介質(zhì)和填塞材料采用 ALE 算法，而孔壁周圍介質(zhì)采用拉格朗日算法，炮孔材料與周圍介質(zhì)采用流固耦合算法。模型的總計算時間為 30 000 μs，采用點起爆方式，起爆點位于藥柱底部外側(cè)節(jié)點，坐標(biāo)為(0,50,0)。采用了正向起爆和中部雙向起爆兩種起爆方式。數(shù)值模擬統(tǒng)一采用cm-g-μs單位制。

2.2材料參數(shù)

2.2.1孔壁周圍介質(zhì)材料模型

模擬中采用深孔間隔裝藥爆破，炮孔周圍分別為巖石、混凝土和土三種不同孔壁介質(zhì)材料。JHC材料模型是一種適用于高應(yīng)變率、大變形下巖石和混凝土的材料模型。巖石和混凝土的具體材料參數(shù)如表1和表2所示，而土材料采用MAT_SOIL_AND_FOAM模型，具體參數(shù)如表3所示。

表1　巖石材料參數(shù)

表2　混凝土的材料參數(shù)〔13〕

表3　土的材料參數(shù)〔14〕

2.2.2炮孔間隔材料模型

考慮到水和空氣對深孔間隔裝藥爆破傳播規(guī)律的影響，模型中空氣和水間隔介質(zhì)均采用空白材料模型MAT_NULL來描述，但采用不同狀態(tài)的方程。空氣介質(zhì)采用線性多項式狀態(tài)方程EOS_LINEAR_POLYNOMIAL，密度ρ=1.29 g/cm3；方程系數(shù)C0=-0.1,C4=0.4,C5=0.4；初始內(nèi)能E0=2.5×10-7kJ；初始相對體積V0=1.0。水介質(zhì)采用EOS_GRUNEISEN物態(tài)方程，密度ρ=1.0 g/cm3；比體積μ=0；截距C0=0.1647；系數(shù)S1=1.921；S2=-0.096；γ0=0.35；初始相對體積V0=1.0。

2.2.3炸藥材料模型

高能炸藥計算模型采用MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN炸藥材料模型，采用JWL狀態(tài)方程描述炸藥的物理化學(xué)性質(zhì)。計算所用的乳化炸藥參數(shù)如表4所示。

表4　乳化炸藥參數(shù)〔15〕

2.2.4填塞材料模型

孔口用炮泥填塞，采用MAT_SOIL_AND_FOAM模型，其參數(shù)如表5所示。

表5　填塞材料參數(shù)〔16〕

3模擬結(jié)果與分析

3.1爆炸現(xiàn)象和擴孔過程分析

圖2為不同孔壁介質(zhì)(巖石、混凝土和土)徑向耦合、軸向藥柱頂部間隔裝藥爆破時的 Von-Mises 應(yīng)力云圖。

從圖2中可看出：當(dāng)藥柱從底部起爆時，產(chǎn)生的爆炸沖擊波先以球面向外擴張，隨著柱狀藥柱的連續(xù)引爆，波陣面由球面轉(zhuǎn)為柱面波沿徑向向孔壁介質(zhì)擴張，直至整個藥柱完全引爆。在藥柱引爆的過程中，其波陣面處的峰值壓力不斷增大，爆炸能逐漸增強，其對孔壁產(chǎn)生的初始微裂紋在沖擊波和爆生氣體雙重作用下，裂紋擴張形成一定寬度的爆腔。爆破完全后，巖石中的藥柱擴展成“狼牙棒”型，爆腔最寬約50 cm，此模擬結(jié)果與大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為的工程爆破中巖石粉碎區(qū)的半徑不會超過3～5倍炮孔半徑〔17〕相吻合。混凝土出現(xiàn)“紡錘”型，爆腔最寬約55 cm。土的密度小，出現(xiàn)最寬達(dá) 80 cm 的“圓柱”狀爆腔。由于形成空腔的大小與孔壁介質(zhì)的密實度和可壓縮性有關(guān)，而土的可壓縮性最大，其爆破擴孔比混凝土提高了約45%, 比巖石提高了約60%。為考察間隔層位置對擴孔效果的影響，采用模型2中部間隔裝藥底部起爆，由圖3中部間隔裝藥 Von-Mises 應(yīng)力云圖發(fā)現(xiàn)爆破擴孔過程出現(xiàn)類似現(xiàn)象。

圖2　頂部間隔裝藥時不同孔壁介質(zhì)Von-Mises應(yīng)力云圖 Fig.2　Stress nephograms of top decking

圖3　中部間隔裝藥時不同孔壁介質(zhì)Von-Mises應(yīng)力云圖Fig.3　Stress nephograms of middle decking

此外，分析應(yīng)力區(qū)的分布情況發(fā)現(xiàn)：圖2中t=840 μs 藥柱引爆階段，混凝土中應(yīng)力區(qū)域最廣，其次是巖石，而土只在藥柱周圍小范圍孔壁介質(zhì)中存在應(yīng)力分布，且?guī)r石和混凝土在沖擊波引爆點處均出現(xiàn)紅色應(yīng)力區(qū)，而土中卻沒有。在t=28 500 μs 爆破過程已完全結(jié)束，巖石和混凝土中由于應(yīng)力衰減，只在遠(yuǎn)處孔壁介質(zhì)中存在較小值的應(yīng)力分布，而土在整個孔壁區(qū)域均存在應(yīng)力分布。說明在土中爆破時，其應(yīng)力值相比巖石和混凝土中較小，其應(yīng)力傳播衰減速度也較緩。對于中部間隔裝藥，當(dāng)采用底部藥柱端同時起爆的爆破方式時，爆炸沖擊波互相疊加，應(yīng)力和能量得到加強，在t=520 μs 時藥柱基本引爆完全。通過對比不難看出：頂部間隔裝藥爆破在一定程度上更能夠緩解孔壁介質(zhì)的應(yīng)力峰值。

3.2孔壁壓力和應(yīng)力衰減分析

為了考察不同孔壁介質(zhì)中深孔間隔裝藥爆破對不同位置的孔壁壓力作用，在模型1(圖1)中沿藥柱軸向在孔壁上分別選取3801單元、7563單元和11363單元。圖4為選取的典型單元壓力時程曲線。

圖4　不同孔壁介質(zhì)壓力時程曲線Fig.4　Pressure-history curves of different hole-wall media

從圖4中選取的典型單元的孔壁介質(zhì)壓力時程曲線可以看出：從壓力峰值來看，沖擊波在巖石和混凝土中傳播都隨藥柱連續(xù)引爆而不斷增強，且?guī)r石中的峰值壓力略高于混凝土，而土介質(zhì)中出現(xiàn)中間單元的壓力峰值最大。這主要是由于土密度小，下部藥柱爆破時對上部土體起到壓實作用，使其密度增大，而藥柱頂部由于間隔層的存在，使土處于松軟狀態(tài)，因此出現(xiàn)藥柱頂部單元11363的峰值壓力減小。從壓力峰值衰減規(guī)律來看，巖石中壓力峰值曲線出現(xiàn)單幅“脈沖”曲線，其衰減速度最快，其次是混凝土，而土中壓力峰值過后出現(xiàn)幾次小峰值的波動，之后逐漸趨于穩(wěn)定，其衰減速度最慢。對比分析發(fā)現(xiàn)土對于緩解孔壁壓力峰值及衰減速度要優(yōu)于巖石和混凝土。

圖5為從模型1和2中選取的典型單元的等效應(yīng)力時程曲線。

圖5　典型單元的等效應(yīng)力時程曲線Fig.5　Equivalent stress-history curves of typical elements

對比三種孔壁介質(zhì)等效應(yīng)力峰值波動情況可以看到：兩種模型中巖石和混凝土的峰值應(yīng)力均遠(yuǎn)高于土，從典型單元壓力與等效應(yīng)力峰值中發(fā)現(xiàn)，土中的等效應(yīng)力峰值比巖石和混凝土中降低了10～15倍，且其衰減速度也相對緩慢。然而，在巖石和混凝土中的峰值壓力卻相差不大。在兩種裝藥結(jié)構(gòu)中，頂部間隔裝藥結(jié)構(gòu)在混凝土中的等效應(yīng)力要大于巖石中，但中部間隔裝藥中，在局部時刻出現(xiàn)巖石中的等效應(yīng)力值略高于混凝土的情況，這可能是由于天然巖石材料的彈性模量的不均性所致。此外，對比圖5(a)和(b)可以發(fā)現(xiàn)，模型1所對應(yīng)的三種孔壁介質(zhì)的等效應(yīng)力均比模型2中降低了30%左右，且其衰減速度相比也較為緩慢，這主要是因為中部間隔裝藥底部藥柱(如圖1中模型2所示)出現(xiàn)兩端引爆，在匯交處爆炸沖擊波發(fā)生疊加干涉效應(yīng)，使等效應(yīng)力得到加強。

總之，相比巖石和混凝土，土介質(zhì)更能夠降低峰值壓力，緩解等效應(yīng)力衰減速度，延長沖擊波對孔壁的作用時間。頂部間隔裝藥起爆方式在一定程度上能緩解等效應(yīng)力，延長等效應(yīng)力作用時間，減緩其衰減速度。此外，還分別考慮了兩種模型中采用空氣和水間隔裝藥結(jié)構(gòu)時對不同孔壁介質(zhì)的孔壁壓力和等效應(yīng)力峰值的影響，從計算結(jié)果看：除個別點外，當(dāng)空氣作為間隔介質(zhì)時，巖石和混凝土中的孔壁壓力和等效應(yīng)力峰值都相對于水作間隔介質(zhì)要低，而土則正好相反。這可能是由于水的不可壓縮性和低損耗能量傳播，使得爆炸沖擊波對孔壁壓力和應(yīng)力值高于空氣介質(zhì)；還可能由于土體吸水性強，遇水軟化，且彈性模量減小，故出現(xiàn)反常效果。總之，相比水介質(zhì)，空氣介質(zhì)更能夠有效緩解沖擊波對孔壁的壓力和等效應(yīng)力。

3.3孔壁介質(zhì)的爆破振動分析

為比較三種不同孔壁介質(zhì)中典型節(jié)點的速度變化規(guī)律，在模型1中選取距自由面 25 cm處的節(jié)點4742，模型2中取節(jié)點66730(圖1)。圖6為節(jié)點4742的X方向的速度時程曲線，可以看出：巖石和混凝土中出現(xiàn)X方向速度在平衡位置正負(fù)兩側(cè)來回波動，且?guī)r石中兩側(cè)的峰值稍高于混凝土，而在土中只出現(xiàn)沿著X負(fù)方向(徑向)的單幅振動，且對應(yīng)的速度峰值明顯小于巖石和混凝土。這說明沖擊波在巖石和混凝土中傳播時，對孔壁周圍介質(zhì)既有沿X負(fù)方向的壓縮作用，又有反射拉伸作用，而在土中主要表現(xiàn)為對土介質(zhì)的壓縮效應(yīng)。圖7為節(jié)點66730的Y方向的時程曲線，可以看到，三種孔壁介質(zhì)的速度時程曲線均出現(xiàn)Y軸正向(軸向)的單側(cè)波動，這表明在這三種孔壁介質(zhì)中深孔爆破都會出現(xiàn)自由表面的“隆起效應(yīng)”，且在混凝土中的振動頻率和振動幅度最大，其次是巖石，土的振動效應(yīng)最小。對比圖6和圖7可以發(fā)現(xiàn)：中部間隔裝藥對于改善X方向振動效應(yīng)不明顯，但在巖石和混凝土中對于Y方向“隆起效應(yīng)”降低了約30%，而土中卻提高了約25%，三種孔壁介質(zhì)的速度曲線衰減速度都得到了緩解，提高了能量利用率。因此，在巖石和混凝土中采用中部間隔裝藥能夠緩解自由表面及以上建筑的振動效應(yīng)，減少爆破擾動災(zāi)害，改善爆破效果。

圖6　典型節(jié)點X方向速度時程曲線Fig.6　Velocity-time curves of typical nodes in X direction

圖7　典型節(jié)點Y方向速度時程曲線Fig.7　Velocity-time curves of typical nodes in Y direction

通過對比兩種模型下不同間隔介質(zhì)(空氣和水)在三種孔壁介質(zhì)(巖石、混凝土和土)中爆破的速度峰值容易看出：藥柱頂部空氣間隔裝藥在巖石中爆破時，沖擊波對孔壁徑向壓縮和軸向振動效應(yīng)均較強，但其反射沖擊波的拉伸振動效應(yīng)卻稍弱于水間隔裝藥。而在中部水間隔裝藥結(jié)構(gòu)中，爆破振動效應(yīng)(軸向和徑向)均稍強于空氣間隔。然而，兩種裝藥結(jié)構(gòu)在混凝土和土中爆破時，空氣和水間隔對其振動效應(yīng)影響不明顯。這在一定程度上也說明，藥柱中部空氣間隔裝藥爆破能改善巖石徑向壓縮和軸向隆起效應(yīng)，但對于土和混凝土，其效果不明顯。

3.4沖擊波能量衰減規(guī)律分析

三種孔壁介質(zhì)中爆炸動能和內(nèi)能的時間曲線如圖8所示。

圖8　不同介質(zhì)的能量時間曲線Fig.8　Energy-time curves of different media

由圖8(a)可觀察到，三種孔壁介質(zhì)中的動能都是先增大后減小，巖石和混凝土在t=2 500 μs時動能已經(jīng)衰減為零，而土則在t=5 000 μs左右動能才完全衰減下來。這說明土中的動能衰減時間比巖石和混凝土中延緩了一倍。此外，由于土體的可壓縮性大，沖擊波對土體擾動使其動能峰值高于巖石和混凝土約4倍之多。從圖8(b)內(nèi)能曲線可觀察到，三種孔壁介質(zhì)中內(nèi)能曲線均隨著時間推移逐漸上升，在t=3 000 μs左右，達(dá)到最大值，之后保持穩(wěn)定不變。爆炸結(jié)束后，動能完全衰減，介質(zhì)所吸收的爆炸能最終以內(nèi)能的形式儲存起來。土最終所吸收并儲存的爆炸能是巖石中的兩倍左右，而混凝土中稍低于土，但同樣遠(yuǎn)比巖石中要高。此外，由于爆破沖擊波對介質(zhì)擾動產(chǎn)生的動能部分會轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而土中動能曲線波動時間較長，因此土中內(nèi)能達(dá)到穩(wěn)定值的時間也相對要長。總之，巖石介質(zhì)對能量利用效果不佳，混凝土中對爆炸能的吸收率較高，但衰減過快，而土不僅能夠提高爆炸能的吸收和利用率，而且還延長了爆炸能作用時間，改善了爆破效果。

3.5起爆方式的影響分析

在模型2中取距自由表面 150 cm處單元60250和 50 cm處節(jié)點66730(圖1)，考察采用藥柱底部和中部起爆兩種起爆方式的影響。圖9為典型節(jié)點的等效應(yīng)力時程曲線，可以看出：底部起爆時，巖石和混凝土中對應(yīng)節(jié)點的等效應(yīng)力峰值分別為 34.7 MPa和 43.6 MPa，而采用中部起爆時分別為 30.8 MPa和42.8 MPa，底部起爆的等效應(yīng)力時程曲線基本位于中部起爆的上部，兩條曲線的波動趨勢相似，這在一定程度上說明巖石和混凝土中底部起爆能夠提高能量利用率。由圖9(c)可看到，土中底部起爆和中部起爆所對應(yīng)的等效應(yīng)力峰值相差不大。從圖10中可看到，采用底部起爆時巖石和混凝土中所對應(yīng)的節(jié)點的Y軸方向速度峰值分別為6.2 m/s和5.1 m/s，而采用中部起爆時相應(yīng)節(jié)點Y方向的速度峰值分別為 5.3 m/s和4.2 m/s，這說明底部起爆時節(jié)點的Y方向的振動效應(yīng)比中部起爆時強。而在土體中，二者速度曲線波動趨勢基本一致，節(jié)點Y方向的峰值速度為 2.3 m/s左右。

綜上所述，在巖石和混凝土中，在藥柱底部起爆能夠提高爆炸能量利用率，中部起爆能夠減緩爆破軸向振動效應(yīng)。對于土中，兩種起爆方式的爆破結(jié)果差異性不明顯。

圖9　典型單元等效應(yīng)力時程曲線 Fig.9　Equivalent stress-time curves of typical element

圖10　典型節(jié)點Y方向速度時程曲線Fig.10　Velocity-time curves of typical nodes in Y direction

4結(jié)論

(1)深孔間隔裝藥爆破時，在三種孔壁介質(zhì)(巖石、混凝土和土)中爆破擴孔分別形成“狼牙棒”型 、“紡錘”型、“圓柱”型爆腔，爆腔的半徑約為藥柱半徑5～8倍，土中擴孔寬度相比巖石和混凝土提高約60%和45%。

(2)土介質(zhì)的孔壁壓力和等效應(yīng)力明顯要小于巖石和混凝土，衰減速度很緩慢。在巖石和混凝土中，空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)在緩解孔壁峰值壓力方面要優(yōu)于水間隔介質(zhì)；吸水軟化使得水間隔裝藥爆破土體的峰值壓力反而要高些。

(3)土孔壁介質(zhì)的爆破振動主要表現(xiàn)為壓縮振動，且振動幅度較小，而在巖石和混凝土中則出現(xiàn)了徑向壓縮和反射拉伸振動效應(yīng)；相比水間隔裝藥結(jié)構(gòu)，藥柱中部采用空氣間隔裝藥能夠改善巖石孔壁介質(zhì)的徑向和軸向自由表面的振動效應(yīng)，減少爆破對上部建筑的擾動災(zāi)害，提高爆破效率，但對于混凝土和土中其效果不明顯。

(4)巖石介質(zhì)對爆破能量的利用效果不佳；混凝土中對爆炸能的吸收率較高，但衰減過快；而土體不僅能夠提高爆炸能的吸收和利用率，同時延長了爆炸能作用時間，其能量利用率相比于巖石和混凝土分別提高約50%和約10%，有效改善了爆破效果。在巖石和混凝土中采用底部起爆能夠有效提高能量利用率，中部起爆能夠減緩軸向振動效應(yīng)，而在土中效果并不明顯。

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文章編號：1006-7051(2016)03-0006-09

收稿日期：2016-01-10

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(11302094，11302093)；遼寧省高等學(xué)校優(yōu)秀人才支持計劃項目(LJQ2014063，LJQ2015047)

作者簡介：曲艷東(1978-)，男，博士、副教授，研究方向為爆炸加工、爆炸力學(xué)與爆炸安全。E-mail： plxfeng2009@sohu.com

中圖分類號：TD235.4+7

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.03.002

Effect of decking on different hole-wall media in deep-hole blasting

QU Yan-dong1, SUN Cong-huang1, ZHANG Wen-jiao1, KONG Xiang-qing1, MA Shi-lei2

(1. College of Civil Engineering and Architecture, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, Liaoning, China；2. Xuanhua Gangsheng Construction and Installation Co., Ltd., Zhangjiakou 075100, Hebei, China)

ABSTRACT：The characteristics of bulling hole, pressure field, stress field, velocity field, and distribution and attenuation of energy were numerically simulated in three different hole-wall media (rock, concrete and soil). The deck media (air and water) and initation method were also analyzed to study propagation law of blasting shock wave on hole-wall media. Results showed that different kinds of detonation cavities ("mace", "spindle" and "columns") corresponding to three hole-wall media (rock, concrete and soil) were formed after blasting due to different wave impedance and compressibility. The bulling hole width of detonation cavity in soil increased about 60% and 45% than in rock and concrete respectively. Soil could relieve more pressure on wall and equivalent stress, reduce vibration effect of blasting, slow down the attenuation speed of shock wave and improve the energy utilization. The similar effect was not obvious in the hole-wall media of rock and concrete. Compared with water decking, air decking could reduce about 7% hole-wall pressure of rock and concrete. The bottom initation method could improve energy utilization ratio, and the middle initation method could reduce the vibration effect of blasting in the hole-wall media of rock and concrete. The similar effect was not observed in soil.

KEY WORDS:Deep-hole blasting; Decking; Blasting shock wave; Concrete; Explosion seismic waves