硬岩巷道深孔掏槽数值模拟与试验研究.pdf

第 36 卷第 1 期 2019 年 3 月 爆破 BLASTING Vol． 36No． 1  Mar． 2019 doi 10． 3963/j． issn． 1001 －487X． 2019． 01． 005 硬岩巷道深孔掏槽数值模拟与试验研究 费鸿禄， 邓政， 蒋安俊， 国志雨 辽宁工程技术大学 爆破技术研究院， 阜新 123000 摘要 为解决硬岩巷道深孔掘进爆破受岩石夹制作用大、 爆破效率低、 循环进尺小、 采掘比例严重失调等 问题， 采用 LS- DYNA 软件数值模拟和模型试验方法对深孔直眼掏槽爆破进行分析， 包括四角九孔掏槽、 双空 孔菱形掏槽和复式筒形掏槽。根据岩石爆破破碎理论及柱状药包理论， 对上述深孔直眼掏槽过程进行数值 模拟， 通过对三种深孔直眼掏槽的不同时刻应力云图和有效应力时程曲线的分析， 比较高应力大小和高应力 持续时间， 得到药包起爆后的应力传播规律和空孔应力集中现象。结合在查干敖包铁锌矿进行现场试验， 比 较炮眼利用率、 炸药单耗等指标， 得到复式筒形掏槽为最优设计方案。 关键词 硬岩巷道;深孔掏槽;数值模拟;现场试验;LS- DYNA 中图分类号 TD236． 3文献标识码 A 文章编号 1001 －487X 2019 01 －0029 －09 Numerical Simulation and Experimental Study on Deep Hole Cutting in Hard Ｒock Ｒoadway FEI Hong- lu， DENG Zheng， JIANG An- jun， GUO Zhi- yu Institute of Engineering Blasting， Liaoning Technical University， Fuxin 123000， China AbstractIn order to solve the hard rock tunnel excavation by blasting in deep hole rock clamping effect， low blasting efficiency， small round， mining serious imbalance and other issues， numerical simulation with LS- DYNA and model test were applied to analyze the deep hole cut blasting， including four corners of nine holes cutting， double hol- low hole diamond cutting and compound barrel cutting． According to the theory of rock blasting fragmentation and the theory of column charge， the numerical simulation of the deep hole cutting process is carried out， the analysis of stress nephogram and effective stress time curve at different times of three kinds of deep hole cutting are carried out， the law of stress propagation and the phenomenon of stress concentration in the hollow hole are obtained after charge initia- tion． Combined with the field test in Chaganobo iron and zinc ore， the utilization ratio of blasting hole and the unit consumption of explosive are chosen as comparing inds， and a conclusion is drawn that the optimum design scheme is compound barrel cutting blasting． Key wordshard rock roadway;deep hole cutting blasting;numerical simulation;field test;LS- DYNA 收稿日期 2018 －11 －20 作者简介 费鸿禄 1963 － ， 男， 汉族， 山东日照人， 教授， E- mail feihonglu163． com。 硬岩巷道爆破掘进在地下矿山， 隧道掘进应用 很普遍［1 ］。国内外学者对于掘进掏槽也做了很多 的研究， 外国学者 U Langefors 和 B Kihstrom 全面研 究了含空孔直眼掏槽的爆破理论， 构建空孔外径对 爆破作用效果的半理论半经验公式 ［2 ］。V Ya Sha- piro 构建了新的掏槽爆破效果评价体系， 根据新的 评价方法对比分析了直眼掏槽、 含空孔直眼掏槽、 分 阶掏槽以及楔形掏槽等不同布置方式的掏槽效 果［3 ］。Zheming Zhu 等建立了含中心炮孔的柱状岩 石掏槽爆破的数值模型， 研究了该模型在爆破动载 作用下的断裂和破碎机制［4 ］。国内学者从 80 年代 开展对直眼掏槽爆破理论方面的研究， 汪海波运用 有限元软件 LS- DYNA 对一阶掏槽孔爆破后的爆炸 应力场进行数值模拟分析， 得出增加中心大直径空 孔能够提高爆炸应力波峰值和延长作用时间， 直眼 掏槽时爆炸应力波在空孔处的应力叠加和反射拉伸 现象、 以及空孔具有的导向作用 ［5 ］。任行模拟了无 空孔和有空孔 2 种不同情况下直眼掏槽爆破的破岩 过程以及应力状态， 通过 2 组模型破岩过程的对比， 得出了空孔孔壁周围应力的分布规律， 通过应力状 态的分析， 验证了空孔应力集中效应的存在 ［6 ］。吴 颂、 林大能等研究首响孔与空孔之间的距离、 空孔的 个数是直眼掏槽设计的关键参数， 在分析直眼掏槽 巷道掘进成功率和钻孔偏差的基础上， 提出了容许 钻孔存在偏差的首响孔与空孔距离确定方法［7 ］。 从上述众多研究中可以看出， 深孔掏槽爆破理论的 研究较成熟， 但是还是缺少多种深孔掏槽爆破方案 优化设计。根据这个思路， 结合某铁矿硬岩巷道掘 进的工程实践， 采用 LS- DYNA 有限元分析软件对三 种深孔掏槽爆破进行数值模拟研究， 通过分析炸药 爆炸在岩石中的应力传播规律观察掏槽爆破过程中 的岩石夹制性的影响和爆破效率低等问题。 1深孔直眼掏槽爆破机理 1． 1柱状药包应力波衰减规律 对于柱状药包爆炸后的应力场分布规律如图 1 所示 ［8， 9 ］。 图 1柱状药包爆炸应力场分布示意图 单位 MPa Fig． 1Distribution state of stress field from linear charge explosion unit MPa 从图 1 可以看出柱状药包爆炸应力波的波阵面 形状类似个椭圆形跑道， 在柱状药包径向范围内， 波 阵面呈圆柱形; 在药包两端， 波阵面近似呈半球形， 但 45方向上较半圆扁平， 且半球圆心在条形药包 端点处， 半球直径与圆柱形直径相等， 且对称分布， 中间部分应力等值线分布稠密， 两端部分布相对稀 疏， 说明应力场强度中间大， 两端小， 从 1 方向到 4 方向应力衰减速度依次加快。应力等值线形状随距 药包距离而改变， 在药包近区应力等值线呈长轴与药 包轴线重合的近似椭圆形分布; 随距药包距离增大， 应力等值线逐渐发展成圆形; 距离继续增大后应力等 值线逐渐变为长轴与药包轴向相垂直的椭圆形 ［ 10 ］。 1． 2柱状药包爆破机理 含空孔深孔爆破中， 空孔可以为爆破中首爆孔 提供辅助自由面， 有利于破碎岩体， 也为岩石破碎膨 胀体积增大提供足够的空间， 防止孔眼堵死的现象 的发生， 也有利于应力波反射拉伸破坏岩石 ［11 ］。深 孔爆破过程中采用的是柱状药包， 柱状药包起爆后， 产生高温高压的爆轰气体， 气体膨胀产生的作用力 作用于药包周围的岩壁， 引起了岩石质点的径向位 移。由于每个岩石质点所受作用力不同所产生的位 移也不同， 产生剪切应力超过岩石的抗剪强度使岩 石产生剪切破坏， 爆轰气体沿着岩石裂隙贯穿整个 岩体， 产生的冲击波沿着径向向外传播， 传播至空孔 自由面冲击波发生反射形成反射拉伸波， 拉伸波产 生拉应力作用于岩石， 当产生的拉应力大于岩石的 抗拉强度时， 岩体发生拉伸破坏， 气体渗入应力波形 成的径向裂隙中， 增大了裂隙前端岩体内的拉应力， 使得裂隙继续扩展， 直至把破碎岩石抛掷出 ［12， 13 ］。 2数值模型与计算参数 2． 1数值模型 为了解掏槽爆破的过程， 采用数值模拟技术， 依 托现场巷道掘进的岩石参数、 炸药参数和爆破参数， 模拟 3 种掏槽方式的破岩过程。通过比较 3 种方式 的掏槽效果， 选出最优方案。 利用有限元分析模型， 根据现场实际参数， 选取 模型的尺寸参数为 2 m 2 m 4 m， 各掏槽布孔方 式及有限元模型如图 2 所示。其中， 黑色圆圈为主 掏槽孔， 白色圆圈为辅掏槽孔 大空孔 ， 四角九孔 掏槽分俩段起爆， 1 段 1 ～ 5 号起爆， 2 段 6 ～ 9 号起 爆; 双空孔菱形掏槽分 3 段起爆， 1 段 1 ～4 号起爆， 2 段 5 ～8 号起爆， 3 段 9 ～10 号起爆; 复式筒形掏槽 分 3 段起爆， 1 段 1 ～ 4 号起爆， 2 段 5 ～ 8 号起爆， 3 段9 号起爆。模型材料都采用 SOLID164 单元， 有 限元划分网格， 各模型网格划其中四角九孔掏槽模 型划分单元 49280 个， 双空孔菱形划分单元 73700 个， 复式筒形掏槽划分单元 72900 个。 2． 2材料模型 岩石材料选用岩石材料选用 MAT_JOHNSON_ HOLMQUIST_CONCETE 模型， JHC 模型能很好的描 述材料在高冲击和强压力作用下的力学特征， 能很 好的充当爆炸与冲击问题的岩石模型。空气材料单 元选用 MAT_NULL 材料模型， 炮泥材料选用 MAT_ 03爆破2019 年 3 月 SOIL_AND_FOＲM 模型， 该模型可以很好的描述爆 炸过程中空气与炮泥两者相耦合问题， 炸药材料选 用 MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BUＲN 模型， 需要添加 一个 JWL 状态方程表述 ［14 ］， 方程为 P A 1 － ω Ｒ1 V e－Ｒ1V B 1 － ω Ｒ2 V e－Ｒ2V ωE V 1 式中 P 为爆轰压力; V 为相对体积; E 为单位 体积内能;A、 B、 Ｒ1、 Ｒ2、 ω 为材料常数。 图 2掏槽爆破模型网格划分图 单位 mm Fig． 2Meshing model of cut blasting model unit mm 2． 3计算参数 为了使模拟效果更贴近现场实际工程， 模拟中 的岩石参数， 炸药参数和炮泥参数都根据现场取样 得出的， 现场所掘岩巷为矽卡岩， 现场取样进行物理 力学性质测试， 得到岩石参数， 用排水法测得岩石的 体积， 进而计算出密度， 岩石力学参数见表 1， 炸药 参数参数见表 2， 炮泥参数见表 3。 表 1岩石材料参数 Table 1Material parameters of rock 密度 ρ/ kgm －3 弹性模量 E/MPa 泊松 比 μ 剪切模量 G/MPa ABc 33781． 41 1050． 265． 60 1040． 81 1． 69 0． 007 表 2炸药模型参数 Table 2Material parameters of explosive 密度 ρ/ gcm －3 爆速 D/ ms －1 爆压 P/MPa A/MPaB/MPaＲ1Ｒ2ωE0 1．0340032002． 14 1051． 82 1034． 20． 90． 15 4． 192 103 表 3炮泥材料参数 Table 3Material parameters of jam 密度 ρ/ kgm －3 弹性模量 E/MPa泊松比 μ 18001． 65 10 －1 0． 30 2． 4边界条件 模型为对称模型， 为简化计算所用模型仅为原 来模型的 1/4， 工作面为自由面， 不施加任何约束， X 0 平面和 Y 0 平面施加对称约束， 剩下的 3 个 面施加固定约束及无反射边界条件。 3模拟与试验结果及分析 3． 1模拟结果及分析 四角九孔掏槽一段起爆在 2． 75 ms 时， 从图 3 的云图中可以看出装药孔底部应力值较大， 应力波 传播至空孔自由面出现应力集中， 一部分发生反射 形成拉伸波破碎岩石， 一部分传播至模型边界， 应力 波以柱面波的形式径向向外扩散， 慢慢衰减。二段 起爆在 5． 09 ms 时， 空孔起爆， 底部应力值较大， 此 13第 36 卷第 1 期费鸿禄， 邓政， 蒋安俊， 等硬岩巷道深孔掏槽数值模拟与试验研究 时掏槽内部应力基本趋于稳定， 分布均匀， 爆破过程基本完成。 图 3四角九孔掏槽时刻应力图 Fig． 3Moment stress diagram of four corners of nine holes cutting 双空孔菱形掏槽一段起爆在 0． 95 ms 时， 装药 孔爆炸应力波传播至空孔处叠加， 从图 4 的云图中 可以看出空孔中部应力值大， 应力波以柱状波的形 式向外传播至边界， 由于炮泥的存在阻碍了能量的 释放， 应力波在槽腔内充分作用， 使得应力急剧增 长， 充分破碎岩石， 三段起爆在 6． 95 ms 时， 此时槽 腔内部应力趋于稳定， 基本均匀分布， 爆破基本 完成。 图 4双空孔菱形掏槽时刻应力图 Fig． 4Moment stress diagram of double hole diamond cutting 从图 5 的云图中可以看出复式筒形掏槽一段起 爆在 1． 05 ms 时， 爆孔底部产生很大应力， 药包起爆 至装药孔中部位置， 应力波沿着轴向向爆孔外传播， 应力波同时向边界传播， 应力向外逐渐减弱， 岩石在 应力波作用下破碎， 三段起爆在 7． 1 ms 时中心空孔 起爆底部应力急剧增加， 空孔周围应力高于装药孔， 这段时间空孔应力有底部向外逐渐减小， 岩石被有 效的抛掷出。 图 5复式筒形掏槽时刻应力图 Fig． 5Moment stress diagram of compound barrel cutting 为了了解到三种掏槽方式的掏槽效果， 更直观 的看到槽腔内的应力变化规律， 沿 Z 方向取 Z 2000 的截面， 在截面上选取六个单元作为观察点， 得到十毫秒内不同单元内有效时程的应力曲线， 得 到三种掏槽方式的应力时程曲线如图 6， 观测点位 置如图 7。 由图 6 a 可知四角九孔掏槽一段起爆， 应力瞬 间陡升至峰值， 达到 265 MPa A 观察点 ， 将应力大 于100 MPa 定义为高应力， 炸药起爆， 爆炸应力波以 柱面波的形式向孔壁传播， 引起周围岩石质点径向 产生位移， 不同质点位移不同， 岩石产生剪切破坏， 炮孔周围岩体被压碎。高应力持续时间 0． 6 ms， B 观测点起爆后应力陡升至 220 MPa， 高应力持续时 间为 0． 3 ms， 随后应力急速下降， 应力趋于稳定， 其 23爆破2019 年 3 月 他几个观察点应力峰值低于 A、 B 俩点， 持续时间 短。应为 A、 B 俩点距离空孔位置近， 容易产生应力 集中， 可见空孔对掏槽效果具有一定的促进作用。 2 段起爆 A 观测点应力急剧升高， 应力波叠加， 应力 达到 190 MPa， 持续时间约 0． 4 ms， B 观测点应力峰 值达到 155 MPa， 应力持续时间约 0． 3 ms。随后应 力趋于稳定， 高应力和高应力持续时间评价掏槽效 果的指标。图 6 b 双空孔菱形掏槽一段起爆后， B 观察点应力峰值达到 270 MPa， 高应力持续时间为 0． 7 ms， E 观测点应力峰值达到 120 MPa， 应力持续 时间为 0． 3 ms， 其他几个观察点高应力持续时间 段， 之后趋于稳定， 2 段起爆后 E 点应力峰值达到 200 MPa， 高应力持续时间为 0． 5 ms， B 点应力峰值 到达 150 MPa， 持续时间 0． 5 ms， 随后应力趋于稳 定， 2 段起爆主要起到扩大空腔的作用， 3 段起爆有 效应力受空孔影响， 峰值小于 100 MPa， 三段起爆主 要是将槽腔内的岩石抛掷出。图 6 c 复式筒形掏 槽 1 段起爆， A 点应力峰值达到 270 MPa， 其中 200 MPa以上应力持续时间为 0． 3 ms， 高应力持续 时间为 0． 7 ms， B 点应力峰值达到 245 MPa， 其中 200 MPa 以上应力持续时间为 0． 3 ms， 高应力持续 时间为 0． 7 ms， 此段时间 200 MPa 以上持续时间明 显高于前俩种方式， 随后应力趋于稳定， 2 段起爆后 应力又迅速爬升至峰值， A、 B 俩点应力峰值达到 245 MPa， 其中 200 MPa 以上持续时间为 0． 2 ms， 高 应力持续时间 A 点为0． 5 ms， B 点为0． 8 ms， 其他几 个观测点高应力都高于同时段其他两种掏槽方式， 3 段起爆后应力也比其他两种掏槽方式高， 爆破效果 也明显比前面俩种方式好。 图 6三种掏槽槽腔内部有效应力时程曲线 Fig． 6Effective stress time history curves of three kinds of cutting 图 7模型截面考察单元位置及编号 Fig． 7Measuring unit position and number of model section 3． 2实验结果及分析 根据数值模拟的结果， 在此基础上对 3 种典型 的直眼掏槽方式进行深入的研究， 对于不同的掏槽 方案， 不同的参数对掏槽效果的影响， 得出 3 种最有 效的掏槽设计， 选出适合硬岩巷道掘进爆破的最优 掏槽方式 ［15 ］。实验在阜蒙县石灰石矿进行， 在开采 后的地面挖掘尺寸为400 mm 400 mm 400 mm 的 岩石坑， 在岩石坑内浇筑混凝土， 混凝土等级按 C30 设计， 1 m3混凝土中各材料质量比为水泥∶水∶砂∶石∶ 外加剂 383∶180∶596∶1268∶22。混凝土采用在地面 按比例搅拌均匀， 然后充填到预先设计好的岩石坑 内， 并将混凝土夯实， 在混凝土中插入抹好凡士林的 33第 36 卷第 1 期费鸿禄， 邓政， 蒋安俊， 等硬岩巷道深孔掏槽数值模拟与试验研究 钢筋 凡士林为了防止钢筋与混凝土粘结 ， 主掏孔 钢筋直径为 8 mm， 辅助掏槽孔直径为 10 mm， 掏槽 深度为 25 cm， 按照 3 种掏槽方试布置炮孔， 如图 8 所示。 图 8炮孔布置图 Fig． 8Layout of blasting hole 试验选取 3 个影响因素， 包括孔间距 a， 炮孔装 药量 m 和分段起爆数， 每个因素选取 2 个水平进行 试验， 一共进行 12 组试验， 对其编号为 1 ～12 号， 试 验方案参数如表 4 所示。 表 4试验方案参数表 Table 4Test program parameter list 试验编号 孔间距 a/mm 炮孔装药 量 m/g 分段起爆 数/段数 1500． 602 段 四角九孔 掏槽 2500． 903 段 3400． 603 段 4400． 902 段 5500． 602 段 双空孔 菱形掏槽 6500． 903 段 7400． 603 段 8400． 902 段 9500． 602 段 复式筒形 掏槽 10500． 903 段 11400． 603 段 12400． 902 段 混凝土凝固后拔出钢筋， 根据规范对制作的混 凝土进行洒水养护28 d， 确保达到设计强度， 满足爆 破试验。然后进行爆破试验， 爆破完成后进行数据 统计， 包括总装药量， 掏槽深度， 槽腔体积， 炮眼利用 率和炸药单耗的指标。爆破完成效果图如图 9 所 示， 统计完成绘制表格如表 5 所示。 由表 5 中数据可以看出， 3 种掏槽方式相互比 较， 编号 1、 5 和 9 为一组， 编号 2、 6 和 10 为一组， 编 号 3、 7 和11 为一组， 编号4、 8 和12 为一组。通过4 组数据可以看出， 从掏槽深度、 槽腔体积、 炮眼利用 率和炸药单耗 4 个指标中可以看出 3 种掏槽方式 中， 复式筒形掏槽各指标都是最具优势的， 其次是双 空孔菱形掏槽， 最后是四角九孔掏槽。四角九孔掏 槽中最优方案为 4 号方案， 孔间距为 40 mm， 炮孔装 药量为 0． 9 g， 起爆段数为 2 段， 炮眼利用率为 91． 5， 炸药单耗为1． 79 kg/m3; 双空孔菱形掏槽中 最优方案为 6 号方案， 孔间距为 50 mm， 炮孔装药量 为 0． 9 g， 起爆段数为 3 段， 炮眼利用率为 95， 炸 药单耗为 1． 61 kg/m3; 复式筒形掏槽中最优方案为 10 号方案， 孔间距为 50 mm， 炮孔装药量为 0． 9 g， 起爆段数为 3 段， 炮眼利用率为 96， 炸药单耗为 1． 52 kg/m3。比较 4、 6 和 10 号 3 组试验， 得出最有 设计方案为复式筒形掏槽方式， 试验结果表明复式 筒形掏槽在硬岩巷道掘进过程中效果最佳。 表 5试验结果汇总表 Table 5Summary of test results 掏槽 类型 试验 编号 总装 药量/g 掏槽 深度/ cm 槽腔 体/ cm3 炮眼 利用/ 炸药单耗/ kgm －3 15． 418． 8269075． 02． 01 四角 九孔 掏槽 28． 422． 0459088． 01． 83 35． 420． 3280081． 01． 93 48． 422． 9469091． 51． 79 56． 020． 4324081． 51． 85 双空 孔菱 形掏 槽 68． 423． 8522095． 01． 61 76． 021． 0337084． 01． 78 88． 422． 5497090． 01． 69 95． 420． 9307083． 51． 76 复式 筒形 掏槽 107． 824． 0513096． 01． 52 115． 421． 5321086． 01． 68 127． 823． 0488092． 01． 60 43爆破2019 年 3 月 图 9爆破效果图 Fig． 9Blasting effect diagram 4工程实例分析 在查干敖包铁锌矿进行了现场试验， 选取中间 大小为 1 m 1 m 的掏槽区域， 空孔孔径100 mm， 孔 深 3． 1 m， 除空孔外所有炮孔孔径均为 40 mm， 孔深 3． 3 m， 掘进断面为 4． 2 m 4． 2 m。三种方式的现 场布置图如图 10 所示。 图 10炮孔布置图 Fig． 10Layout of blasting hole 根据现场试验， 收集数据整理， 绘制表 6 和表 7。 表 6爆破参数及爆破效果统计表 Table 6Statistics of blasting parameters and blasting results 炮孔 编号 炮孔 名称 炮孔 深度/m 单孔装药 量/kg 平均残眼 长度/m 炮眼利 用率/ 平均炮眼 利用率/ 掏槽眼3． 202． 200． 3589． 1 四角九孔 掏槽 辅助眼3． 102． 300． 5183． 584． 1 周边眼3． 252． 510． 6679． 7 掏槽眼3． 201． 800． 2891． 3 双空孔 菱形 掏槽 辅助眼3． 102． 300． 3987． 487． 8 周边眼3． 252． 510． 4784． 8 掏槽眼3． 202． 080． 2492． 5 复式筒形 掏槽 辅助眼3． 102． 300． 3688． 489． 1 周边眼3． 252． 510． 4486． 5 表 7试验爆破效果统计表 Table 7Statistics of blasting test results 爆破编号炮眼平均深/m总装药量/kg炮眼利用率/ 炸药单耗/ kgm －3 空孔率 试验Ⅰ3． 18156． 484． 13． 334/70 试验试验Ⅱ3． 18156． 087． 83． 202/68 试验Ⅲ3． 18155． 089． 13． 161/66 53第 36 卷第 1 期费鸿禄， 邓政， 蒋安俊， 等硬岩巷道深孔掏槽数值模拟与试验研究 由表 6 和表 7 中数据可以很直观的看出 3 种掏 槽方式的单孔装药量， 平均残眼长度， 炮眼利用率等 指标， 四角九孔掏槽平均爆破效率为 84． 1， 一次 爆破完成平均掘进进尺 2． 66 m， 实际炸药单耗为 3． 33 kg/m3， 整体掏槽效果良好; 双空孔菱形掏槽平 均炮眼利用率为 87． 8， 一次爆破完成平均掘进进 尺 2． 76 m， 实际炸药单耗为 3． 20 kg/m3， 相比四角 九孔掏槽， 掘进进尺、 掏槽深度， 炮眼利用率， 炸药单 耗都有着明显优势， 爆破效果也比四角九孔掏槽效 果好， 含有两个空孔要比四角九孔掏槽五个空孔效 果好; 复式筒形掏槽平均炮眼利用率为 89． 1， 一 次爆破完成平均掘进进尺 2． 80 m， 实际炸药单耗为 3． 16 kg/m3， 相比前面两种掏槽方式， 复式筒形的掏 槽效果更具优势， 炸药单耗低， 掘进进尺大， 复式筒 形仅有一个空孔， 但是爆破效果比双空孔菱形的效 果好， 也就是说空孔并非越多越好， 空孔合理的布孔 方式才能发挥空孔的作用。 5结论 1 通过使用 LS- DYNA 有限元软件对 3 种深 孔掏槽爆破过程进行三维模拟， 比较形象直观地反 映了掏槽爆破中不同时刻的应力大小和时程应力变 化， 掏槽过程中空孔附近应力相互叠加， 其模拟结果 与现场工程实践基本相符。 2 通过对 3 种掏槽爆破机理分析、 数值模拟、 模型试验和现场工程实例对比分析可以得出 从掏 槽深度、 槽腔体积、 炮眼利用率和炸药单耗四个指标 的比较中， 复式筒形掏槽是 3 种掏槽方式中最佳的， 其次为双空孔菱形掏槽， 最后为四角九孔掏槽， 复式 筒形掏槽可以有效地解决爆破过程中岩石夹制问题 和炮眼利用率低。 3 结合现场试验说明含空孔的掏槽爆破对巷 道掘进有良好的适用性， 掏槽效果显著， 炸药单耗 低， 炮眼利用率高， 掘进进尺大， 空孔作用得以良好 发挥并非越多越好， 而在于合理的布置。 参考文献 Ｒeferences ［ 1］ 杨仁树． 我国煤矿岩巷安全高效掘进技术现状与展望 ［ J］ ． 煤炭科学技术， 2013， 41 9 18- 23． ［ 1］YANG Ｒen- shu． Present situation and Prospect of safe and efficient tunneling technology for coal mine rock road- way in China［J］ ． Coal Science and Technology， 2013， 41 9 18- 23． in Chinese ［ 2］ LANGEFOＲS U， KIHSTＲOM B． The modern technique of rock blasting［ M］ ． John Wiley ＆ Sons Cc， 1963． ［ 3］SHAPＲIO V Ya． Efficincy of cut configuration in driving tunnels with a set of deep blast holes［ J］ ． Journal of Min- ing Science， 1989， 25 4 379- 386． ［ 4］ ZHU Zhe- ming， XIE He- ping， BIBHU Mohanty． Numerical investigation of blasting induced by underground explosion ［ J］ ． International Journal of Ｒock Mechanics ＆ Mining Sciences， 2008， 45 111- 121． ［ 5］ 汪海波， 宗琦， 赵要才． 立井大直径中空孔直眼掏槽 爆炸应力场数值模拟分析与应用［J］ ． 岩石力学工程 学报， 2015， 34 S1 3223- 3229． ［ 5］ WANG Hai- bo， ZONG Qi， ZHAO Yao- cai． Numerical sim- ulation analysis and application of explosion stress field in straight hole of vertical hole with large diameter hollow shaft［J］ ． Journal of Ｒock Mechanics Engineering， 2015， 34 S1 3223- 3229． in Chinese ［ 6］ 任行， 傅菊根， 罗 吉． 直眼掏槽爆破中空孔应力集 中效应数值模拟［ J］ ． 煤炭技术， 2015， 34 1 195- 197． ［ 6］ＲEN Xing， FU Jue- gen， LUO Ji． Numerical simulation of stress concentration effect of hollow hole in straight cut blasting［ J］ ． Coal Technology， 2015， 34 1 195- 197． in Chinese ［ 7］ 吴颂， 林大能， 郑文富， 等． 直眼掏槽首响孔与空孔 距离及空孔个数研究［ J］ ． 采矿技术， 2013， 13 5 103- 104， 150． ［ 7］WU Song， LIN Da- neng， ZHENG Wen- fu， et al． Study on the distance between the first ring hole and the empty hole and the number of empty holes in the straight cut hole ［ J］ ． Mining Technology， 2013， 13 5 103- 104， 150． in Chinese ［ 8］ 王德胜， 龚敏， 王子学， 等． 柱状药包爆炸应力场及 在地下深孔爆破中的应用［J］ ． 爆炸与冲击， 2011， 31 4 355- 360． ［ 8］WANG De- sheng， GONG Min， WANG Zi- xue， et al． Ex- plosion stress field of column charge and its application in underground deep hole blasting［ J］ ． Explosion and Shock， 2011， 31 4 355- 360． in Chinese ［ 9］ 魏海霞， 张强强， 等效球药包迭加模型的应力计算分 析［ J］ ． 爆破， 2016， 33 4 15- 21． ［ 9］ WEI Hai- xia． ZHANG Qiang- qiang． Stress calculation and analysis of superposition model of equivalent spherical charge［ J］ ． Blasting， 2016， 33 4 15- 21． in Chinese ［ 10］ 傅洪贤． 条形药包在隧道爆破中产生的应力场的实 测分析［ J］ ． 岩土力学， 2009， 30 2 483-486． ［ 10］FU Hong- xian． Measurement and analysis of stress field produced by tunnel shaped charge in tunnel blasting ［ J］ ． Geotechnical Mechanics， 2009， 30 2 483-486． in Chinese ［ 11］ 江向阳， 颜事龙， 刘伟， 等． 柱状药包爆炸波传播规律 的试验分析 ［ J］ ． 重庆大学学报， 2015， 38 4 121- 127． 63爆破2019 年 3 月 ［ 11］JIANG Xiang- yang， YAN Shi- long， LIU Wei， et al． Ex- perimental analysis of propagation law of explosion wave of cylindrical charge［ J］ ． Journal of Chongqing Universi- ty， 2015， 38 4 121- 127． in Chinese ［ 12］ 程康， 徐学勇， 谢冰． 工程爆破理论基础［ M］ ． 武 汉 武汉理工大学出版社， 2014 191- 221． ［ 13］ 费鸿禄． 爆破理论及其应用［M］ ． 北京 煤炭科学出 版社， 2008 189- 191． ［ 14］ 石少卿， 康建功， 汪敏， 等． ANSYS/LS- DYNA 在爆 炸与冲击领域内的工程用［M］ ． 北京 中国建筑工业 出版社， 2011． ［ 15］ 国志雨． 硬岩巷道掘进深孔直眼掏槽爆破试验与应 用研究［D］ ． 阜新 辽宁工程技术大学硕士论文， 2017． ［ 15］GUO Zhi- yu． Test and application of deep hole straight hole cut blasting in hard rock tunnel driving［ D］ ． Fuxin Master Thesis of Liaoning Technical University， 2017． in Chinese 英文编辑 张燕 上接第 13 页 ［ 8］ 王晓鹏， 王海亮． 浅埋隧道下穿高压给水管道微振动 控制研究［J］ ． 山东科技大学学报 自然科学版 ， 2016 3 61-66． ［ 8］ WANG XIAO- Peng， WANG Hai- Liang． Study on micro- vi- bration blasting control for shallow tunnel crossing under- neath high pressure water supply pipelines［ J］ ． Journ