摘要
岩石定向断裂控制爆破技术是建立在传统光面爆破技术基础上的一种新技术，其中切缝药包爆破因施工工艺简便、经济性强、安全性高在煤矿中应用广泛。本文以鹤壁矿区岩巷掘进项目为依托，针对鹤壁矿区硬岩巷道的地质条件，提出一种适用于硬岩巷道的定向断裂控制爆破方案，达到减少超、欠挖量，提高巷道炮孔利用率的目的，同时还能有效减少炮孔周围岩体上次生裂纹的数量，提高围岩稳定性。本文在已有研究的基础上开展了定向断裂控制爆破技术的相关研究，通过理论分析、相似模型试验、数值模拟以及现场试验应用相结合的研究方法，揭示定向断裂控制爆破成缝机理，得到切缝药包爆破的最佳爆破参数，并将研究成果应用到煤矿巷道成型中，主要研究结论如下： （1）基于弹性理论、断裂力学成缝理论、Griffith脆性破坏理论和复合型的“气楔效应”破坏理论对定向断裂成缝机理、切缝药包爆炸应力场进行力学分析，得出在塑性区应力场中非切缝方向上的应力小于切缝方向上的应力。切缝药包定向断裂控制爆破过程大致可分为三个阶段，分别为炸药起爆至切缝药管内形成定向初始冲击波阶段、初始定向裂缝形成阶段、裂缝发育阶段。 （2）利用LS-DYNA/ANSYS14.0软件以爆破方式、切缝宽度为自变量，爆破效果为因变量进行分析。结果显示：切缝药包爆破能够减少炮孔壁附近随机裂纹的数量，形成沿切缝方向上的定向初始裂纹。当切缝宽度为6mm时，切缝药管既能为气体射流的截面作用面积和作用强度提供保障；还能保证气体在切缝药管内形成聚集作用，对射流尖端进行能量输送。 （3）切缝药包爆破对水泥砂浆试块的平均损伤变量为普通药包爆破的76%，在切缝药包爆破中，当比例距离位置一定时，切缝方向和垂直切缝方向均表现为第一行的平均损伤变量达到极大值，平均损伤变量随着炮孔深度的增加而逐渐减小。当炮孔间距为16cm时，切缝药包爆破爆破轮廓光滑、裂纹定向扩展程度较好。 （4）现场试验表明：切缝药包爆破有效改善巷道开挖断面平整度，提高半孔率，最大值为92%，爆破完巷道轮廓平滑；平均线性超挖量与普通药包爆破相比下降了59%，降为0.169m；增加了周边眼炮孔间距，节约了炸药用量，每立方米炸药用量可减少20%，经济和安全效益较为显著，定向断裂效果较为明显。
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