端面起爆爆破震動方向性研究

陳 光，楊澤進，趙耀宙，桑宗其

（煤炭工業太原設計研究院，山西 太原 030001）

爆破技術廣泛用于礦產開采、邊坡開挖、隧道掘進等領域,帶來了顯著的經濟和社會效益；但爆破也出現一些負面效應[1]，爆破震動效應就是其中之一；震動可能引起邊坡、基巖、建構筑物等發生破壞，還會影響到人類的心理。因此，對于降低爆炸震動效應進而保護周邊環境安全的研究課題，很有工程應用價值。

有關研究表明[2]，炸藥爆炸能量既與爆轟、幾何參數有關，還與約束條件、起爆方式有關。目前，對端面起爆時爆炸能量分布研究的報道較少，僅在軍事領域研究應用[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，再經設計現場爆破試驗，驗證條形炸藥爆炸后的爆破震動方向性；得出了關于降低爆炸震動效應的具有工程應用價值的結論。

1 一維流動下爆炸能量分布情況

見圖1，炸藥置于真空剛性管中，構成一維流動流場。設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，爆轟波將向兩側進行傳播。運用爆轟理論和爆轟波傳播理論知識分析得知：一定時間后流場中將有八種流場區域[4]，各區域內爆轟產物的質點速度u 和聲速c 的方程解，如表1所示。

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

圖1 一維流動下的爆轟

表1 流場區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左、右兩側的能量存在差異，爆轟傳播方向對炸藥能量分布存在影響，分布到爆轟正方向的能量大于反方向，且其能量相對百分率為：

2 設計現場爆破試驗

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到地面相連結構的震動效應上。為了驗證炸藥爆破震動的方向性，進行現場爆破試驗，利用導爆索構成條形炸藥，用監測儀采集爆轟正、反方向上各測點的爆破震動數據。見圖2。在試驗場地中央水平布置導爆索，起爆雷管設置在導爆索的最左端，起爆方向為自左向右。在左側距爆心8 m、12 m、16 m處依次布置1、2、3號監測儀，在右側距爆心8m、12m、16m處依次布置4、5、6號監測儀。試驗共進行3次，分別采用1根、2根、3根導爆索（單長5 m）構成條形炸藥。

試驗順利完成：表2為整個爆破試驗中六個監測儀采集到的數據和等爆心距上的振速相對百分率。從表分析得出：等爆心距處爆轟正方向的振速大于反方向，炸藥爆破震動具有方向性；且在一定范圍內，等爆心距爆轟正、反兩方向上振速相對百分率約為30%，這與能量相對百分率32%相近。試驗達到預期目的。

表2 現場爆破試驗振速數據（cm·s-1）及相對百分率

3 結束語

通過理論分析可知，爆轟傳播方向對炸藥能量分布存在著影響，條形炸藥端面起爆后爆轟正方向的能量比反方向大約32%。能量體現到地面結構的震動效應上，通過試驗證實了爆破震動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物方向，使炸藥爆炸能量最大有效地運用到欲破碎等有益方面，相對減少爆破震動破壞等有害方面，進而起到保護周邊環境安全的作用。

[1]趙新濤.爆破震動機理及爆破震動效應控制的研究[D].南寧：廣西大學，2006.

[2]楊澤進.柱狀裝藥爆轟方向對爆破震動影響的研究[D].太原：太原理工大學，2012.

[3]宋浦,肖川,袁寶慧，等.端面起爆驅動圓柱殼體的分析[J].彈箭與制導學報,2006,26(2)：61-64.

[4]張寶平，張慶明,黃風雷.爆轟物理學[M].北京:兵器工業出版社,2001.

[5]林大超，白春華.爆炸地震效應[M].北京:地質出版社,2007.