Page 142 - 《爆炸与冲击》2026年第8期

第 46 卷 第 8 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 46, No. 8
2026 年 8 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES Aug., 2026

DOI：10.11883/bzycj-2025-0219

不同外壳材料对高能产气剂孔壁压力的影响 *

王雁冰，卢 想

（中国矿业大学（北京）力学与土木工程学院，北京 100083）

摘要： 深部煤岩爆破风险高、水力压裂受限，亟需可控破岩技术。高能产气剂作为一种先进高能气体压裂技术，
以其卓越性能在破岩领域展现出显著优势，为煤炭高效安全开采提供了有力的技术支撑。试验以高能产气剂外壳材
料 为 突 破 口 ， 研 究 不 同 外 壳 材 料 对 煤 岩 破 岩 孔 壁 压 力 的 影 响 ， 构 建 了 全 过 程 压 力 监 测 系 统 ， 选 用 PVC（ polyvinyl
chloride）透明、PVC 白色和牛皮纸管 3 种外壳材料，进行孔壁压力试验，以衰减指数和可信度为评价指标，对比得到材
料物理性质对孔壁压力的影响。结果表明，启动剂点火后产生应力波和少量气体，应力波到达第 1 个峰值后，气体扩
散致压力下降，应力波反射与气体膨胀波叠加形成第 2 个峰值，气体膨胀变化形成第 3 个峰值。由于无主药剂，启动
剂组压力峰值最小，升压时间最短，加载率最低，能量释放少，传递效率低。含主药剂的 3 组试验在距离高能产气剂 10 cm
处达到压力峰值，约为 200 MPa，升压时间控制在 20 ms 附近。3 组不同外壳材料的压力峰值衰减系数从大到小依次为：PVC
透明外壳材料、PVC 白色外壳材料、牛皮纸管。升压时间衰减系数从大到小依次为：PVC 透明外壳材料、牛皮纸管、
PVC 白色外壳材料。加载率衰减系数从大到小依次为：PVC 白色外壳材料、PVC 透明外壳材料、牛皮纸管。PVC 白色
外壳材料因高弹性模量和低泊松比，在靠近高能产气剂位置的压力峰值、升压时间和加载率方面表现最佳，能量传递
效率最高。PVC 透明外壳材料在靠近高能产气剂位置的压力峰值和加载率高于纸管，但在远距离处低于纸管，表现出
较强的方向性和集中性。纸管外壳材料能量分布均匀，但整体能量集中能力弱，升压时间和加载率均最低。研究结果
可为优化高能产气剂设计、提高破岩效果提供理论依据。
关键词： 孔壁压力；外壳材料；高能气体；破岩效果
中图分类号： O389; TD82 国标学科代码： 13035 文献标志码： A

Influence of different casing materials on borehole wall pressure of
high-energy gas-generating agents

WANG Yanbing, LU Xiang
（School of Mechanics and Civil Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China）

Abstract: Deep coal rock blasting poses high risks, and hydraulic fracturing faces limitations, necessitating the development
of controllable rock-breaking technologies. As an advanced high-energy gas fracturing technique, high-energy gas-generating
agents demonstrate remarkable advantages in rock fragmentation, providing robust technical support for efficient and safe coal
mining. This study focuses on the casing materials of high-energy gas-generating agents, investigating their impact on borehole
wall pressure during coal rock fracturing. A comprehensive pressure monitoring system was established, employing three
casing materials—transparent PVC (polyvinyl chloride), white PVC, and kraft paper tubes—for borehole wall pressure
experiments. Attenuation indices and reliability were selected as evaluation metrics to analyze the influence of material
physical properties on borehole wall pressure. Results indicate that the initiator, upon ignition, generates stress waves and a
small amount of gas. The stress wave induces the first pressure peak, followed by a decline due to gas diffusion. The
superposition of reflected stress waves and gas expansion waves forms the second peak, while gas expansion variations
produce the third peak. Without the main agent, the initiator group exhibits the lowest pressure peak, shortest pressure rise

* 收稿日期： 2025-07-16；修回日期： 2025-08-29
基金项目： 中央高校基本科研业务费专项资金（2025JCCXLJ01）
第一作者： 王雁冰（1987－ ），男，博士，副教授，博士生导师，ceowyb818@163.com

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