Page 165 - 《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

匀。空腔直径为 10 mm 的砂岩试件与空腔直径为 20 mm 的砂岩试件相比，后者的破碎块度变化更明显，
相同空腔深度下后者的破碎块度更小，表明增大空腔直径也有利于提升试件的破碎效果。
破碎形态反映了相同载荷作用下破岩效果的好坏，破碎块度越小、越均匀，表明岩石破坏越充分、
效果越好。基于上述实验结果可以类推，在地下钻爆掘进中，随着掏槽爆破成腔深度的增大，掘进断面
后续岩体的破坏程度逐渐提高，破碎块度逐渐减小且均匀，有利于高效掘进与快速清渣。并且，适当增
大槽腔直径也有利于加剧断面内后续岩体的损伤破坏，提升岩石的破碎效果。
3.5 破岩机理分析
产生上述现象的原因在于，空腔作为自由面具有如下作用：首先，破坏了试件的完整性，对其产生损
伤劣化作用；其次，大幅减弱岩石之间的约束作用，为其提供额外的变形碎胀和移动空间，使试件承载力下
降，更容易发生损伤破裂，如图 15(a) 所示；此外，空腔附近会诱发应力集中现象，优先形成裂纹，如图 15(b)
所示。因此，当空腔深度增大时，自由面沿轴向延伸，导致试件整体承载力下降，损伤破裂程度提高；当
空腔深度小于试件高度时，有空腔和无空腔区段的自由面特征存在差异，无空腔区段缺乏自由面，容易
产生大块，甚至几乎不发生破坏，如图 16 所示；当空腔深度与试件高度一致时，试件沿轴线方向的自由
面特征相同，破坏难易程度一致，因此破碎块度分布均匀，试件底部不产生大块。此外，空腔直径增大意
味着自由面向四周扩展，一方面自由面有所增大使得试件承载力下降，另一方面承载冲击载荷的岩石截
面面积在减小，所以会加剧岩石损伤破裂。

Deformation and
expansion space
Crack

Rock motion direction Stress concentration

(a) Constraint weakening effect (b) Stress concentration effect
图 15 空腔作用机理示意图
Fig. 15 Diagram of cavity action mechanisms

基 于 空 腔 对 砂 岩 试 件 破 岩 效 果 影 响 机 制 ，
可以进一步分析槽腔对掘进断面后续破岩特性
的作用机理。在地下掘进爆破中，槽腔作为自由
面 ， 同 样 具 有 损 伤 劣 化 、 约 束 释 放 和 应 力 集 中 Free face
3 种 效 应 ， 能 降 低 掘 进 断 面 后 续 岩 体 的 抗 破 坏 Cavity depth
力、削弱围岩夹制作用、提供岩石碎胀和抛掷空 Specimen height
间、促进爆破裂纹萌生等，从而降低后续破岩难
度、改善破碎效果，进而提高炸药能量利用率。
当槽腔深度增大时，自由面向掘进方向延伸，围
Lack of free face in the non-cavity section
岩夹制作用减弱，爆炸载荷下岩石易损伤破坏；
若槽腔深度小于后排炮孔深度，底部因缺乏自由
面而难以破碎，会形成大块和根底；若槽腔深度 图 16 空腔深度小于试件高度示意图
与后排炮孔深度相同，则后排炮孔沿轴向的自由 Fig. 16 Diagram of cavity depth less
面一致、抵抗线均等，有利于岩石的均匀破碎， than specimen height

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