Page 146 - 《爆炸与冲击》2023年第2期

第 43 卷 尤元元，等： 爆破中双线型聚能药包最佳成缝角度 第 2 期

when the energy-gathered opening angle is 75°. The pre-split hole formation effect when the opening angle of the energy-
concentrating groove of the shaped charge is 75° is better than that when the opening angle is 60°, and the stress concentration
effect and penetration depth along the direction of the energy-concentrating groove are the best, and the rock unit on the blast-
hole wall reaches the peak stress first. The pre-split blasting field tests of two lithologies of Slate and Dolomite were carried out
for the double-line shaped energy-concentrated structure charge with the energy-gathering opening angle of 75°. In two
different lithologies of Slate and Dolomite, under the condition that hole spacing was increased by 20%, the double-linear pre-
split blasting effect of the shaped energy is better than that of the conventional pre-split blasting.
Keywords: shaped charge structure; energy-gathering opening angle; effective utilization ratio; LS-DYNA; peak stress value;
pre-spilt blasting

预裂爆破能够合理利用和有效控制炸药能量，较边坡开挖主爆区的炮孔先起爆，提前形成一条贯通
裂缝，以减少爆炸应力波对保留岩体的损伤效应的新技术，已成为了露天矿维护边坡稳定中的重要手段
之一。相对于普通爆破，预裂爆破后边坡成型质量有较大提升，但边坡损伤、超欠挖问题仍较严重，边坡
[1]
半壁孔率不高 。
针对上述工程现状，大量学者进行了相关研究并取得了丰富的研究成果。线型聚能药包是实现预
裂爆破的新思路，从 1983 年 Rustan 把聚能装药结构引入岩石爆破，并在此基础上提出了线型聚能装药
[2]
爆破方法后，此技术在我国也得到了广泛地推广并做了很多研究工作 。罗勇等 [3] 通过矩形线型切割器
模型试验和现场试验获得了线型聚能结构药包用于定向断裂时岩石裂纹的产生及扩展过程。刘文革等 [4]
提出了轴对称线型聚能拉伸爆破技术，通过模型试验和数值模拟轴对称聚能药包均达到了较好的聚能
效应，为轴对称聚能药管设计奠定了坚实的理论和实验基础。但这些技术仅对岩石定向断裂有重要指
导意义，未能从微观机理角度进行相关分析。杨仁树等 、宋俊生等 以数值模拟与现场试验为手段，研
[6]
[5]
究了线型聚能药包炸药爆轰过程岩体全场的应力场分布。梁洪达等 [7] 通过对双向聚能拉伸破岩机理进
行分析，建立了多种聚能爆破模式下围岩应力和应力叠加方程。 这些微观机理的研究对线型聚能爆破
有重要指导意义，但未能从提高线型聚能药包做功能力角度进行研究。赵建平等 通过灰色关联分析理
[8]
论，认为影响线型聚能药包做功能力的典型参数从大到小依次为：聚能方向夹角、聚能锥角、装药量、爆
[9]
心距、岩体质量和炮孔深度。吴波等 基于光滑粒子流体动力学方法（SPH）研究了外壳和药型罩对椭圆
双极线性聚能药包做功能力的影响，认为外壳厚度一定时，药型罩厚度越小，聚能药包做功能力越强。
黄风雷等 [10] 采用脉冲 X 光照相及威力效应实验，提出了通过小炸高、大锥角来提高聚能药包的侵彻能
力。薛宪彬 [11] 认为直径 28 mm 的煤矿许用炸药，对称双线型聚能槽聚能张开角为 65°时，双线型聚能结
构在聚能方向聚能效应最佳。
上述研究成果虽然在聚能爆破和线型聚能爆破机理及应用方面取得了显著进展，但对双线型聚能
结构药包有效聚能炸药边界方程的研究还停留在最小二乘法估算，并且针对聚能结构最佳聚能张开角
研究还很模糊，并且局限于相关文献的近似取值。本文在对双线型聚能结构药包有效聚能炸药边界方
程理论推导的基础上，利用 Python 语言调用 SymPy 包对隐函数进行可视化，求解不同聚能张开角条件
下具体的有效聚能炸药边界方程，得出不同聚能张开角条件下的炸药聚能效应有效利用率，进而得出聚
能槽方向的线型聚能效应最大时的聚能张开角，并通过数值模拟、物理模型试验和现场试验及应用对不
同双线型聚能张开角对预裂孔成缝规律和聚能射流侵彻过程进行研究。

1 理论分析

1.1 双线型聚能药包爆破原理
对于普通圆柱型药包爆破机制，应力波动态和爆生气体准静态共同作用理论为大多数研究者所认
同。即在炮孔周围由于冲击波的作用形成粉碎区，随着应力波的传播在粉碎区以外产生裂隙区，随后爆
生气体的气楔作用，裂隙区不断向外扩展，由于应力波的衰减最终在炮孔远区形成振动区。而对于双线

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