“射流+爆轰”微差复合爆破定向造缝机制及其全过程研究

作     者：高瑞 赵鸿杰 徐冰琪 于斌 姜泽 

作者机构：太原理工大学矿业工程学院 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室 

出 版 物：《岩石力学与工程学报》 (Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52274135) 山西省优秀青年培育项目(202203021224006) 山西省重点研发计划项目(202202090301011) 

主　　题：岩石力学 坚硬顶板 复合爆破 聚能射流 定向造缝 

摘      要：定向预裂技术有利于岩体的精准垮落及采场应力分布控制，现有煤岩体定向造缝技术主要有定向水射流、定向水力压裂及聚能定向爆破等，存在裂缝尺度小、定向效果差等弊端。论文提出一种基于“射流+爆轰的微差复合爆破定向造缝技术，利用射孔弹微秒级定向聚能射流和炸药毫秒级爆破高压劈裂作用，形成定向连续的孔缝融合面，实现精准造缝。论文介绍了复合爆破技术关键设备和工艺流程；建立聚能射流冲击及二次爆破劈裂的力学模型，分析了射流侵彻及炸药二次爆破高压定向劈裂机制，给出了射流侵彻及二次爆破过程中裂缝定向扩展长度的理论表达式，揭示了复合爆破定向造缝机制。采用LS-DYNA数值模拟软件，建立了聚能射流破岩的数值模型，获得了聚能射流破岩全过程的孔洞扩展规律及岩石损伤特征，揭示了不同时段射流形态、射流速度及孔洞长度的演化规律；在一次射流基础上，建立了二次爆破数值模型，明确了二次爆破高压劈裂的裂缝扩展全过程，获得了裂缝长度、扩展速度及岩石损伤随时间的演化规律；揭示了“射流+爆轰复合爆破定向裂缝扩展的全过程特征。进一步，通过地面混凝土靶试验验证了复合爆破技术定向造缝可行性，并在井下巷道进行了工业性试验。采用钻孔窥视观测井下爆破孔内定向成缝情况，得到孔内91%,89%和61%的定向成缝率。论文研究成果表明了复合爆破技术定向造缝理论的可行性，为煤矿煤岩体定向控制提供了一种新型技术途径。