Page 157 - 《爆炸与冲击》2026年第8期

第 46 卷 程 兵，等： 槽腔深度对掘进断面后续破岩特性的影响 第 8 期

the dynamic peak strain increases by 7.58% and 18.56%, the dissipation energy increases by 22.87% and 45.92%, the
dissipation energy density increases by 26.92% and 73.08%, respectively. And the specimens fragmentation size also gradually
decreases with the extension of cavity depth. These findings indicate that increasing cutting cavity depth could reduce the rock
mass resistance to failure, enhance its deformation capacity and energy utilization efficiency, and improve its fragmentation
effects. When the cavity diameter is 20 mm, the dynamic mechanical properties and energy dissipation characteristics of the
specimens change at a faster rate with the increase of cavity depth, and the fragmentation size is smaller. This indicates that
increasing the cutting cavity diameter is also beneficial for rock breaking. The cutting blasting technique with inner-hole and
outer-hole composite delays is adopted, which can increase the cavity depth and diameter to provide sufficient free surfaces for
subsequent blasting process. This optimization achieved remarkable filed performance that increasing the cycle advance and
hole utilization rate of the full-section blasting into 5.0 m and 96.1%, and ensuring uniform and reasonable rock fragmentation
degree. The research findings not only effectively reveal the influences of cutting cavity depth on the full-section rock breaking
effects, but also provide theoretical supports and practical references for the design optimization of actual cutting blasting
projects.
Keywords: cutting blasting; cutting cavity depth; SHPB testing system; rock breaking properties; field tests

目前，在矿山井巷、交通隧道、水工隧洞等地下工程建设领域，钻爆法仍然是应用最为广泛的施工
方法。根据爆破作用和起爆顺序的不同，地下掘进爆破由内而外可划分为 3 个关键环节，即掏槽爆破、
崩落爆破及控界爆破。现有研究普遍认为，地下掘进速度主要取决于掏槽爆破的实施效果 [1-4] 。
针对地下工程掏槽爆破，国内外学者开展了大量研究工作，并取得了一系列研究成果。例如，在掏
槽爆破参数方面，龚敏等 [5] 采用有限元模拟获取了不同爆破参数下掏槽区域应力波演化历程，通过比较
应力场的分布特征，发现增大炮孔角度和炸药单耗可以改善硬岩掏槽效果。王雁冰等 通过理论计算和
[6]
数值模拟探究了深孔掏槽成腔体积与掏槽孔超深之间的关系，并结合现场爆破实验获取了掏槽孔超深
[7]
的最佳取值。李祥龙等 借助数值模拟揭示了不同空孔间距下槽腔岩体的破坏特征，并结合现场爆破实
[8]
验明确了与最大成腔截面积相匹配的空孔间距。在掏槽孔装药结构方面，Gao 等 通过理论计算和数值
模拟探究了装药直径对硬岩掏槽爆破的影响机制，并依据现场实验结果证实了增大掏槽孔装药直径能
够减小槽腔岩体大块率。Huo 等 [9] 基于数值模拟构建了深孔掏槽爆破下槽腔岩石损伤效应与装药结构
之间的关系模型。程兵等 [10-11] 研究了侧向环形切缝装药的爆炸能量传播特性和定向破岩机理，然后将
其应用于硬岩巷道掘进爆破以增强槽腔岩体破碎程度。在掏槽孔起爆方式方面，程兵等 [12] 将孔内分层
延时起爆用于硬岩深孔掏槽爆破，通过模型实验和数值模拟揭示了上层装药先行爆破可以削弱下层装
药的破岩成腔难度。Zhang 等 [13] 借助离散元与有限元耦合算法模拟了中心孔延迟起爆时槽腔岩体的动
态抛掷过程，并结合现场实验阐明了中心孔延迟起爆能够消除槽腔底部残留岩体。高启栋等 [14] 研究了
掏槽孔起爆点位置对槽腔岩体破坏特征的影响规律，然后据此提出了邻孔反向传爆技术，以改善槽腔岩
体破坏情况。基于上述分析可知，前期相关研究在提升掏槽成腔效率方面取得了显著进展，但是对于掏
槽爆破如何影响后续破岩效果缺乏系统性研究。
近年来，部分学者开始关注掏槽成腔特征与全断面整体爆破破岩效果之间的关系，并初步取得了一
些研究成果。例如：Cardu 等 [15] 通过现场实验研究了不同槽腔形状下的全断面钻爆掘进效率，并分析了
楔形槽腔和桶形槽腔的工程适用场景。杨仁树等 [16] 、杨阳等 [17] 和李冉鑫等 [18] 基于冲击动力学实验揭示
了槽腔的形状、面积以及位置对掘进断面岩体破碎效果的调控机制。但是，关于槽腔成型深度对后续破
岩效果的影响目前尚缺乏针对性研究。鉴于此，本研究以矿山地下工程中广泛分布的砂岩为研究对象，
将具有不同深度槽腔的地下掘进断面简化为含不同深度空腔的砂岩试件，运用分离式霍普金森压杆
（split Hopkinson pressure bar, SHPB）进行冲击动力学实验，分析试件动态力学性能、能量耗散和破碎形态
随空腔深度的变化规律，进而阐明槽腔成型深度对掘进断面后续破岩特性的影响，为实际地下工程掏槽
爆破优化设计提供理论依据。

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