《工程科学学报》：缝槽水压爆破破岩载荷实验研究

工程科学学报 Chinese Journal of Engineering 缝槽水压爆破破岩载荷实验研究 夏彬伟高玉刚刘承伟欧昌楠彭子烨刘浪 Experimental study on rock-breaking load in slot-hydraulic blasting XIA Bin-wei,GAO Yu-gang,LIU Cheng-wei.OU Chang-nan,PENG Zi-ye,LIU Lang 引用本文： 夏彬伟，高玉刚，刘承伟，欧昌楠，彭子烨，刘浪.缝槽水压爆破破岩载荷实验研究.工程科学学报，2020,42(9)：1130-1138. doi10.13374j.issn2095-9389.2019.10.06.002 XIA Bin-wei.GAO Yu-gang,LIU Cheng-wei,OU Chang-nan,PENG Zi-ye,LIU Lang.Experimental study on rock-breaking load in slot-hydraulic blasting[J].Chinese Journal of Engineering,2020,42(9):1130-1138.doi:10.13374/j.issn2095- 9389.2019.10.06.002 在线阅读View online:https::/doi.org10.13374.issn2095-9389.2019.10.06.002 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 盐岩巴西劈裂损伤愈合特性实验研究 Experimental study of the self-healing property of damaged salt rock by Brazilian splitting 工程科学学报.2020,42(5)：570 https:doi.org/10.13374.issm2095-9389.2019.06.04.001 煤层深孔聚能爆破有效致裂范围探讨 Effective fracture zone under deep-hole cumulative blasting in coal seam 工程科学学报.2019,41（⑤：582 https::/1doi.org/10.13374斩.issn2095-9389.2019.05.004 岩体损伤度的，点荷载强度计算及分析 Analyses and calculation of point load strength on rock mass damage index 工程科学学报.2017,392：175 https::/1doi.org10.13374j.issn2095-9389.2017.02.002 装药结构对煤层深孔聚能爆破增透的影响 Effect of charge structure on deep-hole cumulative blasting to improve coal seam permeability 工程科学学报.2018,40(12：1488htps:/1doi.org/10.13374.issn2095-9389.2018.12.006 应用激光多普勒测振仪的岩块体累计损伤评价试验研究 Experimental study on cumulative damage assessment of rock-block using a laser Doppler vibrometer 工程科学学报.2017,39(1)：141htps:/oi.org10.13374.issn2095-9389.2017.01.018 岩爆结构面强度的弱化特征 Strength weakening characteristic of rock burst structural planes 工程科学学报.2018,403：269 https:/1doi.org/10.13374.issn2095-9389.2018.03.002

缝槽水压爆破破岩载荷实验研究 夏彬伟 高玉刚 刘承伟 欧昌楠 彭子烨 刘浪 Experimental study on rock-breaking load in slot-hydraulic blasting XIA Bin-wei, GAO Yu-gang, LIU Cheng-wei, OU Chang-nan, PENG Zi-ye, LIU Lang 引用本文: 夏彬伟, 高玉刚, 刘承伟, 欧昌楠, 彭子烨, 刘浪. 缝槽水压爆破破岩载荷实验研究[J]. 工程科学学报, 2020, 42(9): 1130-1138. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.10.06.002 XIA Bin-wei, GAO Yu-gang, LIU Cheng-wei, OU Chang-nan, PENG Zi-ye, LIU Lang. Experimental study on rock-breaking load in slot-hydraulic blasting[J]. Chinese Journal of Engineering, 2020, 42(9): 1130-1138. doi: 10.13374/j.issn2095- 9389.2019.10.06.002 在线阅读 View online: https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.10.06.002 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 盐岩巴西劈裂损伤愈合特性实验研究 Experimental study of the self-healing property of damaged salt rock by Brazilian splitting 工程科学学报. 2020, 42(5): 570 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.04.001 煤层深孔聚能爆破有效致裂范围探讨 Effective fracture zone under deep-hole cumulative blasting in coal seam 工程科学学报. 2019, 41(5): 582 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.004 岩体损伤度的点荷载强度计算及分析 Analyses and calculation of point load strength on rock mass damage index 工程科学学报. 2017, 39(2): 175 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.02.002 装药结构对煤层深孔聚能爆破增透的影响 Effect of charge structure on deep-hole cumulative blasting to improve coal seam permeability 工程科学学报. 2018, 40(12): 1488 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.12.006 应用激光多普勒测振仪的岩块体累计损伤评价试验研究 Experimental study on cumulative damage assessment of rock-block using a laser Doppler vibrometer 工程科学学报. 2017, 39(1): 141 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.01.018 岩爆结构面强度的弱化特征 Strength weakening characteristic of rock burst structural planes 工程科学学报. 2018, 40(3): 269 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.03.002

工程科学学报.第42卷.第9期：1130-1138.2020年9月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,No.9:1130-1138,September 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.10.06.002;http://cje.ustb.edu.cn 缝槽水压爆破破岩载荷实验研究 夏彬伟2)，高玉刚，2，刘承伟，2四，欧昌楠2)，彭子烨2，刘浪1,2 1)重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆4000302)重庆大学复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室，重庆 400030 ☒通信作者，E-mail:liuchengwei12@126.com 摘要针对缝槽爆破中以空气作为不耦合介质，其冲击波和准静态压力较小、炸药能量利用率低、破岩能力弱的问题，提 出缝槽水压爆破方法.利用水的微压缩性，以及传能效率高等特点，以水作为炮孔不耦合介质，提升缝槽爆破破岩载荷，开展 其爆破破岩载荷特征研究.通过自主研发的缝槽爆破载荷测试实验系统，分别开展缝槽空气不耦合爆破和缝槽水压爆破实 验.结果表明：水作为缝槽爆破不耦合介质，其冲击波压力峰值约是缝槽空气不耦合爆破的35倍，冲击波压力上升沿更平缓， 入射效率更高；其准静态压力峰值是缝槽空气不耦合爆破的37~46倍，水压爆破的准静态压力压降缓慢，保压时间更长.研 究表明，缝槽水压爆破的炸药能量利用率高，爆炸载荷提升明显.上述研究成果有助于深入认识缝槽水压爆破破岩载荷特 性，同时对该方法的工程应用提供理论和实验支撑 关键词缝槽：水压爆破：破岩载荷；冲击波：准静态压力 分类号TU443 Experimental study on rock-breaking load in slot-hydraulic blasting XIA Bin-wei2.GAO Yu-gang2),LIU Cheng-wei,OU Chang-nan2),PENG Zi-ye2,LIU Lang2) 1)State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control,Chongqing University,Chongqing 400030,China 2)National&Local Joint Engineering Laboratory of Gas Drainage in Complex Coal Seam,Chongqing University,Chongqing 400030,China Corresponding author,E-mail:liuchengweil2@126.com ABSTRACT Slot blasting is widely used in mining and tunnel construction,municipal demolition,water conservation,hydropower, and other related projects due to its low cost and high efficiency.In the slot-blasting technique,it is necessary to break the rock efficiently and minimize the damage to the area surrounding the rock.Therefore,improving the blasting efficiency and explosive energy utilization rate as well as reducing the blasting vibration and excessive crushing of rocks are of great significance to the development of blasting engineering.When air spaced uncoupling medium is used in slot blasting,its rock-breaking efficiency is significantly low due to various factors such as generation of shock waves,low quasi-static pressure,low energy utilization rate of explosive,and weak rock- breaking ability.To improve the rock-breaking load of slot blasting,the slot-hydraulic blasting method was proposed.In this method, water is utilized as the uncoupling medium for slot blasting as water has better microcompressibility and high energy transfer efficiency; in addition,research on its characteristics under rock-breaking load was investigated.Slot blasting with air spaced uncoupling charge and slot-hydraulic blasting tests were carried out under the independently developed slot blast load test system.The test results show that the shockwave pressure of slot-hydraulic blasting tests is approximately 35 times that of the air uncoupling blasting method because of the generation of high-pressure shockwaves and the higher incident efficiency.The hydraulic blasting quasi-static pressure is 37-46 times that of the air spaced uncoupled blasting,the quasi static pressure drop of hydraulic blasting is slow,and the pressure holding time is longer.The research results reveal that the energy utilization rate in the slot-hydraulic blasting is high and the blasting load improvement 收稿日期：2019-10-06 基金项目：国家重点研发计划课题资助项目(2018YFC0808401):国家自然科学基金资助项目(51974042)

缝槽水压爆破破岩载荷实验研究 夏彬伟1,2)，高玉刚1,2)，刘承伟1,2) 苣，欧昌楠1,2)，彭子烨1,2)，刘    浪1,2) 1) 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆 400030    2) 重庆大学复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室，重庆 400030 苣通信作者，E-mail：liuchengwei12@126.com 摘    要    针对缝槽爆破中以空气作为不耦合介质，其冲击波和准静态压力较小、炸药能量利用率低、破岩能力弱的问题，提 出缝槽水压爆破方法. 利用水的微压缩性，以及传能效率高等特点，以水作为炮孔不耦合介质，提升缝槽爆破破岩载荷，开展 其爆破破岩载荷特征研究. 通过自主研发的缝槽爆破载荷测试实验系统，分别开展缝槽空气不耦合爆破和缝槽水压爆破实 验. 结果表明：水作为缝槽爆破不耦合介质，其冲击波压力峰值约是缝槽空气不耦合爆破的 35 倍，冲击波压力上升沿更平缓， 入射效率更高；其准静态压力峰值是缝槽空气不耦合爆破的 37～46 倍，水压爆破的准静态压力压降缓慢，保压时间更长. 研 究表明，缝槽水压爆破的炸药能量利用率高，爆炸载荷提升明显. 上述研究成果有助于深入认识缝槽水压爆破破岩载荷特 性，同时对该方法的工程应用提供理论和实验支撑. 关键词    缝槽；水压爆破；破岩载荷；冲击波；准静态压力 分类号    TU 443 Experimental study on rock-breaking load in slot-hydraulic blasting XIA Bin-wei1,2) ，GAO Yu-gang1,2) ，LIU Cheng-wei1,2) 苣 ，OU Chang-nan1,2) ，PENG Zi-ye1,2) ，LIU Lang1,2) 1) State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control, Chongqing University, Chongqing 400030, China 2) National & Local Joint Engineering Laboratory of Gas Drainage in Complex Coal Seam, Chongqing University, Chongqing 400030, China 苣 Corresponding author, E-mail: liuchengwei12@126.com ABSTRACT    Slot blasting is widely used in mining and tunnel construction, municipal demolition, water conservation, hydropower, and  other  related  projects  due  to  its  low  cost  and  high  efficiency.  In  the  slot-blasting  technique,  it  is  necessary  to  break  the  rock efficiently and minimize the damage to the area surrounding the rock. Therefore, improving the blasting efficiency and explosive energy utilization rate as well as reducing the blasting vibration and excessive crushing of rocks are of great significance to the development of blasting engineering. When air spaced uncoupling medium is used in slot blasting, its rock-breaking efficiency is significantly low due to various factors such as generation of shock waves, low quasi-static pressure, low energy utilization rate of explosive, and weak rock￾breaking ability. To improve the rock-breaking load of slot blasting, the slot-hydraulic blasting method was proposed. In this method, water is utilized as the uncoupling medium for slot blasting as water has better microcompressibility and high energy transfer efficiency; in addition, research on its characteristics under rock-breaking load was investigated. Slot blasting with air spaced uncoupling charge and slot-hydraulic blasting tests were carried out under the independently developed slot blast load test system. The test results show that the shockwave pressure of slot-hydraulic blasting tests is approximately 35 times that of the air uncoupling blasting method because of the generation of high-pressure shockwaves and the higher incident efficiency. The hydraulic blasting quasi-static pressure is 37–46 times that of the air spaced uncoupled blasting, the quasi static pressure drop of hydraulic blasting is slow, and the pressure holding time is longer. The research results reveal that the energy utilization rate in the slot-hydraulic blasting is high and the blasting load improvement 收稿日期: 2019−10−06 基金项目: 国家重点研发计划课题资助项目（2018YFC0808401）；国家自然科学基金资助项目（51974042） 工程科学学报，第 42 卷，第 9 期：1130−1138，2020 年 9 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, No. 9: 1130−1138, September 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.10.06.002; http://cje.ustb.edu.cn

夏彬伟等：缝槽水压爆破破岩载荷实验研究 1131· is significant.These results may help to better understand the rock-breaking load characteristics of slot-hydraulic blasting and provide theoretical and experimental support for utilizing the method in engineering applications KEY WORDS slotting;hydraulic blasting;rock-breaking load;shock wave;quasi-static pressure 随着工程爆破的发展，割缝或刻槽爆破破岩 宗琦等)研究了炮孔水压装药爆破时爆炸冲击波 因具有定向控制爆生裂纹、有效控制爆破块径以 的形成和传播，根据弹性理论和波动理论，推导了 及工程成本低等优点而得以广泛应用.但现阶段 孔壁岩面正入射的冲击压力：夏彬伟等]通过试 割缝或刻槽爆破尚使用空气不耦合装药爆破-， 验分析了缝槽水压爆破形成的裂缝特征及冲击波 即炮孔间隙介质为空气.空气不耦合装药爆破时， 应力演化规律，以上研究只是单独地采用实验或 装药与煤岩体壁面之间存在空隙，爆生气体在该 理论研究水压爆破的冲击波，而鲜有研究水压爆 空隙间膨胀做功，消耗爆炸能量，降低了冲击波峰 破准静态压力. 值压力，同时由于空气的可压缩性，推动爆生裂纹 爆破破岩是爆炸冲击波和准静态压力共同作 后续扩展的准静态压力大小较低、持续时间较短， 用的结果，但受限于实验条件与使用工况的不同， 爆破破断煤岩体的效率不高.而水压爆破因具有 尚无学者对割缝爆破破岩载荷（冲击波和准静态 爆炸能量利用率高四、易形成“水楔效应”0山、气 压力)进行全面的实验研究.鉴于此，本文开展空 泡脉动现象2-]等优点.因此将水作为不耦合介 气与水两种不耦合介质下缝槽爆破爆炸载荷实 质填充于炮孔空隙用以提升缝槽爆破破岩载荷能 验，分析对比空气与水两种不耦合介质下的缝槽 力，达到高效破断岩石目的，同时减少对非目标围 爆破冲击波和准静态压力.对缝槽水压爆破方法 岩的损伤 的理论及实验基础研究有着积极的意义，为该方 在此方面，蔡永乐和付宏伟开展了水压爆 法的工程应用提供理论支撑 破爆炸应力波传播及破煤机理实验研究，提出了 1 一种煤层水压爆破的新方法；朱礼臣和孙咏]采 实验系统及材料 用线性不耦合装药和水充填方式爆破开挖沟槽， 1.1实验系统 改善了爆破效果；罗勇等理论上推导了采用不 缝槽爆破载荷测试实验系统由爆炸发生装置 同耦合介质时炮孔孔壁初始压力，并用现场试验 (自制爆炸腔)、传感器和数据采集仪三个部分组 表明水压装药爆破能降低粉矿率，提高爆破效率； 成，如图1所示 VIB-1204F data acquisition instrument Shock load Charge signal Generator of blasting load: explosive,blasting cavity Polyvinylidene fluoride (PVDF) 0-0.5MPa euais aeo 0-20 MPa Switching power Piezoresistive sensor supply Computer 图1爆破载荷测试实验系统图示 Fig.I Diagram of blasting load test system 1.2爆炸腔及炸药 炸腔主体为高60mm,直径150mm的圆柱体，中 为了模拟测定炸药在缝槽中爆炸引起的冲击 间构造一个高20mm,直径90mm,尖端角度60的 波以及准静态压力，自主设计制造了缝槽爆炸腔 缝槽.腔体由上下两部分构成，通过12颗M6螺栓 用于实验.如图2所示，爆炸腔主体材质使用优质 进行紧固链接，交界面放置硅胶薄膜，保证上下界 碳素结构钢45号钢，其抗拉强度大于等于600MPa, 面密封性.为便于装入炮孔不耦合介质和炸药，在 屈服强度大于等于355MPa,R表示各孔半径.爆 爆炸腔上部中心使用M20开口，用M20堵头封闭

is significant. These results may help to better understand the rock-breaking load characteristics of slot-hydraulic blasting and provide theoretical and experimental support for utilizing the method in engineering applications. KEY WORDS    slotting；hydraulic blasting；rock-breaking load；shock wave；quasi-static pressure 随着工程爆破的发展，割缝或刻槽爆破破岩 因具有定向控制爆生裂纹、有效控制爆破块径以 及工程成本低等优点而得以广泛应用. 但现阶段 割缝或刻槽爆破尚使用空气不耦合装药爆破[1−8] ， 即炮孔间隙介质为空气. 空气不耦合装药爆破时， 装药与煤岩体壁面之间存在空隙，爆生气体在该 空隙间膨胀做功，消耗爆炸能量，降低了冲击波峰 值压力，同时由于空气的可压缩性，推动爆生裂纹 后续扩展的准静态压力大小较低、持续时间较短， 爆破破断煤岩体的效率不高. 而水压爆破因具有 爆炸能量利用率高[9]、易形成“水楔效应” [10−11]、气 泡脉动现象[12−13] 等优点. 因此将水作为不耦合介 质填充于炮孔空隙用以提升缝槽爆破破岩载荷能 力，达到高效破断岩石目的，同时减少对非目标围 岩的损伤. 在此方面，蔡永乐和付宏伟[14] 开展了水压爆 破爆炸应力波传播及破煤机理实验研究，提出了 一种煤层水压爆破的新方法；朱礼臣和孙咏[15] 采 用线性不耦合装药和水充填方式爆破开挖沟槽， 改善了爆破效果；罗勇等[16] 理论上推导了采用不 同耦合介质时炮孔孔壁初始压力，并用现场试验 表明水压装药爆破能降低粉矿率，提高爆破效率； 宗琦等[17] 研究了炮孔水压装药爆破时爆炸冲击波 的形成和传播，根据弹性理论和波动理论，推导了 孔壁岩面正入射的冲击压力；夏彬伟等[18] 通过试 验分析了缝槽水压爆破形成的裂缝特征及冲击波 应力演化规律. 以上研究只是单独地采用实验或 理论研究水压爆破的冲击波，而鲜有研究水压爆 破准静态压力. 爆破破岩是爆炸冲击波和准静态压力共同作 用的结果，但受限于实验条件与使用工况的不同， 尚无学者对割缝爆破破岩载荷（冲击波和准静态 压力）进行全面的实验研究. 鉴于此，本文开展空 气与水两种不耦合介质下缝槽爆破爆炸载荷实 验，分析对比空气与水两种不耦合介质下的缝槽 爆破冲击波和准静态压力. 对缝槽水压爆破方法 的理论及实验基础研究有着积极的意义，为该方 法的工程应用提供理论支撑. 1    实验系统及材料 1.1    实验系统 缝槽爆破载荷测试实验系统由爆炸发生装置 （自制爆炸腔）、传感器和数据采集仪三个部分组 成，如图 1 所示. Shock load Generator of blasting load: explosive, blasting cavity Charge signal VIB-1204F data acquisition instrument Polyvinylidene fluoride (PVDF) 0-0.5 MPa Voltage signal Computer 0-20 MPa Switching power Piezoresistive sensor supply 图 1    爆破载荷测试实验系统图示 Fig.1    Diagram of blasting load test system 1.2    爆炸腔及炸药 为了模拟测定炸药在缝槽中爆炸引起的冲击 波以及准静态压力，自主设计制造了缝槽爆炸腔 用于实验. 如图 2 所示，爆炸腔主体材质使用优质 碳素结构钢 45 号钢，其抗拉强度大于等于 600 MPa， 屈服强度大于等于 355 MPa，R 表示各孔半径. 爆 炸腔主体为高 60 mm，直径 150 mm 的圆柱体，中 间构造一个高 20 mm，直径 90 mm，尖端角度 60°的 缝槽. 腔体由上下两部分构成，通过 12 颗 M6 螺栓 进行紧固链接，交界面放置硅胶薄膜，保证上下界 面密封性. 为便于装入炮孔不耦合介质和炸药，在 爆炸腔上部中心使用 M20 开口，用 M20 堵头封闭 夏彬伟等： 缝槽水压爆破破岩载荷实验研究 · 1131 ·

1132 工程科学学报，第42卷，第9期 (b) lasting fus 150 ging bo Front view Profile of front view ixing bolt hote 28 0 Top view Profile of top view 图2爆炸腔.(a)实物图：(b)结构图（单位：mm) Fig.2 Blasting cavity:(a)physical chart;(b)structure diagram (unit:mm) 炮孔.在缝槽左侧开直径3mm的通道口，用于传 件，同时薄膜上下面分别放置强度较高且绝缘的 感器安装测量缝槽炮孔内压力.由火药自制的炸 聚环氧树脂，主要为了满足绝缘和抗冲击的需要， 药如图3所示，6mm×20mm柱形装药，使用 爆炸使其受压产生电荷信号，通过VIB-1204F数据 150、200和250mg三种装药药量，表1为炸药的 采集仪转化为电压信号，从而得到冲击荷载：由于 成分和配比，采用电子点火起爆 空气不耦合爆破和水压爆破的准静态压力相差几 十至几百倍，所以选用0~0.5MPa和0~20MPa 两个量程的压阻式传感器 (a) (b) 图3炸药实物图 Fig.3 Physical chart of explosive 图4两种传感器实物图.(a)PVDF薄膜压电传感器：(b)压阻式传感 表1炸药成分和配比（质量分数） 器(0~0.5MPa):(c)压阻式传感器(0~20MPa) Fig.4 Physical charts of the two sensors:(a)PVDF neurofibril film Table 1 Explosive composition and ration piezoelectric sensor,(b)piezoresistive sensor (0-0.5 MPa);(c) Sulfur Potassium nitrate Charcoal powder piezoresistive sensor(0-20 MPa) 21.05 34.58 47.34 图5所示为VIB-1204F型超动态数据采集仪， 其中VIB-1204F型数据采集卡每个单通道的采样 13传感器及采集仪 频率可以高达10MHz,能够精确采集到爆破过程 爆破破岩的主要动力来源是爆炸产生的冲击 中的冲击载荷及准静态压力变化 波和准静态压力，二者有着较为明显的差异，冲击 波载荷比准静态压力大几十至几百倍，但持续时 2实验设计 间比准静态压力短几十至几百倍.为精确测量出 为探究水压爆破的爆炸载荷特征，验证水介 爆炸冲击波和准静态压力，分别选用了聚偏二氟 质对爆炸载荷的提升效果，分别开展缝槽条件下 乙烯(Polyvinylidene fluoride,.PVDF)薄膜压电传感 水压爆破与空气不耦合爆破爆炸载荷对比测试 器和压阻式传感器，如图4所示.厚度为50um的 实验 PVDF薄膜被制成直径为5mm的传感器的核心元 实验设计在三种不同药量下，进行水压爆破

炮孔. 在缝槽左侧开直径 3 mm 的通道口，用于传 感器安装测量缝槽炮孔内压力. 由火药自制的炸 药 如 图 3 所 示 ， ϕ6  mm×20  mm 柱 形 装 药 ， 使 用 150、200 和 250 mg 三种装药药量，表 1 为炸药的 成分和配比，采用电子点火起爆. 图 3    炸药实物图 Fig.3    Physical chart of explosive 表 1 炸药成分和配比（质量分数） Table 1 Explosive composition and ration % Sulfur Potassium nitrate Charcoal powder 21.05 34.58 47.34 1.3    传感器及采集仪 爆破破岩的主要动力来源是爆炸产生的冲击 波和准静态压力，二者有着较为明显的差异，冲击 波载荷比准静态压力大几十至几百倍，但持续时 间比准静态压力短几十至几百倍. 为精确测量出 爆炸冲击波和准静态压力，分别选用了聚偏二氟 乙烯（Polyvinylidene fluoride, PVDF）薄膜压电传感 器和压阻式传感器，如图 4 所示. 厚度为 50 μm 的 PVDF 薄膜被制成直径为 5 mm 的传感器的核心元 件，同时薄膜上下面分别放置强度较高且绝缘的 聚环氧树脂，主要为了满足绝缘和抗冲击的需要， 爆炸使其受压产生电荷信号，通过 VIB-1204F 数据 采集仪转化为电压信号，从而得到冲击荷载；由于 空气不耦合爆破和水压爆破的准静态压力相差几 十至几百倍，所以选用 0～0.5 MPa 和 0～20 MPa 两个量程的压阻式传感器. (a) (b) (c) 图 4    两种传感器实物图. （a）PVDF 薄膜压电传感器；（b）压阻式传感 器（0～0.5 MPa）；（c）压阻式传感器（0～20 MPa） Fig.4     Physical  charts  of  the  two  sensors:  (a)  PVDF  neurofibril  film piezoelectric  sensor;  (b)  piezoresistive  sensor  (0 –0.5  MPa);  (c) piezoresistive sensor (0–20 MPa) 图 5 所示为 VIB-1204F 型超动态数据采集仪， 其中 VIB-1204F 型数据采集卡每个单通道的采样 频率可以高达 10 MHz，能够精确采集到爆破过程 中的冲击载荷及准静态压力变化. 2    实验设计 为探究水压爆破的爆炸载荷特征，验证水介 质对爆炸载荷的提升效果，分别开展缝槽条件下 水压爆破与空气不耦合爆破爆炸载荷对比测试 实验. 实验设计在三种不同药量下，进行水压爆破 150 30 20 Electronic blasting fuse 3 Front view Fixing bolt Charging bolt Top of blasting cavity Slotting hole 6 Underside of blasting cavity 60° 30° Profile of front view Fixing bolt hole Top view (a) (b) Profile of top view Explosive R28 PVDF Sensor interface R45 R3 R15 图 2    爆炸腔. （a）实物图；（b）结构图（单位：mm） Fig.2    Blasting cavity: (a) physical chart; (b) structure diagram (unit: mm) · 1132 · 工程科学学报，第 42 卷，第 9 期

夏彬伟等：缝槽水压爆破破岩载荷实验研究 1133 #4-1组实验得到的并非单一应力波的标准“压力- 时间”曲线.但实验测到的冲击波压力峰值和冲击 波压力上升沿，仍然根据不耦合介质的不同而具 有明显差异 图5VIB-1204F数据采集仪 3.1.2冲击波压力峰值大小分析 Fig.5 VIB-1204F data acquisition instrument 通过对实验获得的冲击波压力峰值（表3）的 和空气不耦合爆破共12组实验，分别测量分析空 分析发现，不耦合介质为空气与水时，对于同一不 气介质和水介质下的冲击波载荷和准静态压力特 耦合介质，药量的改变对冲击波压力峰值影响不 征.实验组设置如表2所示： 大.不同三组药量下，空气不耦合爆破中冲击波压 力峰值几乎相同，为8.09t0.18MPa;水压爆破冲击 表2实验组设置 波压力峰值存在一定差异，但并非随药量增大而增 Table 2 Settings of the experimental group 大，应为实验误差所致，其压力为286.28±42.98MPa Uncoupling medium Charge weight/mg Experimental number 因此进一步的研究中不再考虑装药量大小，而进 150 #1-1,#1-2 行不同耦合介质下压力峰值的对比.实验中炮孔 Air 200 #2-1,#2-2 等效半径为36.5mm,装药半径为3mm,不耦合装 250 #3-1,#3-2 药系数为K=12.5. 150 #4-1,#4-2 根据赵金昌例的研究结果，TNT炸药的不耦 Water 200 #5-1,#5-2 合爆破炮孔壁冲击波公式如下所列. 250 6-1.#6-2 空气不偶合爆破炮孔壁冲击波压力： P,=2518K28 (1) 3实验结果与分析 水压爆破炮孔壁冲击波压力： 3.1冲击压力实验结果与分析 Pa=3616K0.72 (2) 3.1.1冲击波压力测试结果 当K:12.5,理论上TNT炸药的水压爆破的炮 由于实验原始数据量较大，每秒包含10？个数 孔壁冲击波压力为空气不耦合爆破的300倍左 据点，且原始数据存在一定的干扰噪音，故对实验 右：而实验使用的是自制火药，非当量炸药，无法 原始曲线波峰、波谷以及突变处的关键点进行取 准确计算其理论冲击波压力峰值大小.实验测得 点作图，并将曲线时间起点归零，便于实验组对比 空气不耦合爆破冲击波压力峰值平均值为8.09MPa, 分析，如图6所示.同时对实验获得的冲击波压力 水压爆破冲击波压力峰值平均值为286.28MPa, 起点、峰值时刻关键点坐标进行记录，如表3 可得水压爆破冲击波压力峰值为空气不耦合爆破 所示. 的35倍左右，虽然未达到TNT炸药理论计算的高 由于缝槽尖端处应力波受波的反射、干涉等 倍数，但峰值压力也有明显提升.表明水作为缝槽 影响，以及实验设备存在一定噪音，故#1-1、#2-1、 炮孔不耦合介质后，冲击压力峰值显著增大 10 350 (a) #1-1 (b) #4-1 300 dw/d #6-1 250 200 150 50 -10 0 1015202530 0 5 1015202530 Time/ms Time/ms 图6爆炸冲击波“压力-时间”曲线.(a)空气不耦合爆破：(b)水压爆破 Fig.6 Pressure-time curve of blasting shock wave:(a)air uncoupling charge blasting;(b)hydraulic blasting

和空气不耦合爆破共 12 组实验，分别测量分析空 气介质和水介质下的冲击波载荷和准静态压力特 征. 实验组设置如表 2 所示： 表 2 实验组设置 Table 2 Settings of the experimental group Uncoupling medium Charge weight /mg Experimental number Air 150 #1-1, #1-2 200 #2-1, #2-2 250 #3-1, #3-2 Water 150 #4-1, #4-2 200 #5-1, #5-2 250 #6-1, #6-2 3    实验结果与分析 3.1    冲击压力实验结果与分析 3.1.1    冲击波压力测试结果 由于实验原始数据量较大，每秒包含 107 个数 据点，且原始数据存在一定的干扰噪音，故对实验 原始曲线波峰、波谷以及突变处的关键点进行取 点作图，并将曲线时间起点归零，便于实验组对比 分析，如图 6 所示. 同时对实验获得的冲击波压力 起点 、峰值时刻关键点坐标进行记录 ，如 表 3 所示. 由于缝槽尖端处应力波受波的反射、干涉等 影响，以及实验设备存在一定噪音，故#1-1、#2-1、 #4-1 组实验得到的并非单一应力波的标准“压力− 时间”曲线. 但实验测到的冲击波压力峰值和冲击 波压力上升沿，仍然根据不耦合介质的不同而具 有明显差异. 3.1.2    冲击波压力峰值大小分析 通过对实验获得的冲击波压力峰值（表 3）的 分析发现，不耦合介质为空气与水时，对于同一不 耦合介质，药量的改变对冲击波压力峰值影响不 大. 不同三组药量下，空气不耦合爆破中冲击波压 力峰值几乎相同，为 8.09±0.18 MPa；水压爆破冲击 波压力峰值存在一定差异，但并非随药量增大而增 大，应为实验误差所致，其压力为 286.28±42.98 MPa. 因此进一步的研究中不再考虑装药量大小，而进 行不同耦合介质下压力峰值的对比. 实验中炮孔 等效半径为 36.5 mm，装药半径为 3 mm，不耦合装 药系数为 Kd=12.5. 根据赵金昌[19] 的研究结果，TNT 炸药的不耦 合爆破炮孔壁冲击波公式如下所列. 空气不偶合爆破炮孔壁冲击波压力： Pb = 2518K −2.8 d （1） 水压爆破炮孔壁冲击波压力： Pd = 3616K −0.72 d （2） 当 Kd=12.5，理论上 TNT 炸药的水压爆破的炮 孔壁冲击波压力为空气不耦合爆破的 300 倍左 右；而实验使用的是自制火药，非当量炸药，无法 准确计算其理论冲击波压力峰值大小. 实验测得 空气不耦合爆破冲击波压力峰值平均值为 8.09 MPa， 水压爆破冲击波压力峰值平均值为 286.28 MPa， 可得水压爆破冲击波压力峰值为空气不耦合爆破 的 35 倍左右，虽然未达到 TNT 炸药理论计算的高 倍数，但峰值压力也有明显提升. 表明水作为缝槽 炮孔不耦合介质后，冲击压力峰值显著增大. 图 5    VIB-1204F 数据采集仪 Fig.5    VIB-1204F data acquisition instrument 0 5 10 15 20 25 30 −10 −8 −6 −4 −2 0 2 4 6 8 10 Time/ms (a) #1-1 #2-1 #3-1 0 5 10 15 20 25 30 0 50 100 150 200 250 300 350 Time/ms (b) #4-1 #5-1 #6-1 Shock wave press, Pb/MPa Shock wave press, Pd/MPa 图 6    爆炸冲击波“压力−时间”曲线. （a）空气不耦合爆破；（b）水压爆破 Fig.6    Pressure−time curve of blasting shock wave: (a) air uncoupling charge blasting; (b) hydraulic blasting 夏彬伟等： 缝槽水压爆破破岩载荷实验研究 · 1133 ·

.1134 工程科学学报，第42卷，第9期 表3冲击压力数据关键点坐标 n- OR= 01=Fo 1+ Table 3 Key point coordinates of shock pressure data (7) 2n Start point Peak point OT= o1=To 1+n Experimental number Time/ms Stress/MPa Time/ms Stress/MPa 式中，p1C、P2C2分别为两种介质的波阻抗，n为两 #1-1 349.1454 0 349.3909 8.27 种介质的波阻抗比，F和T分别为反射系数和透射 #2-1 318.368 0 318.6482 7.96 系数 #3-1 317.6606 0 317.8742 8.05 冲击波垂直传播到两种不同介质交界面时的 #4-1 587.009 0 590.2753 293.18 能量关系为22-2： #5-1 477.9754 0 481.1862 243.30 (R =F2 #6-1 480.8264 0 483.1119322.37 IT= 12 (8) R+IT=1 3.1.3冲击波特性分析 当冲击波传播到两种不同介质的交界面时， 式中，R、r分别为波的能量反射系数和透射系数. 分析公式(7)、(8)可以得出如下结论： 一部分人射波产生了位相角改变180°的反射；另 (1)当n→0，F=1,T=2.反射波和入射波同属于 一部分入射波则透射至第二种介质中，如图7 压缩波，形成反射加载，反射波的应力等于入射波 所示. 的应力，反射波的能量等于入射波的能量，此时介 当波在两种不同介质的交界面上垂直传播 质2受到的应力刚好等于2倍入射波的应力. 时，其扰动的边界条件如下： (2)当n一→1，F=0,T=1,没有反射波，透射波的 ①在相互作用的任一瞬间，边界两侧的应力 应力等于人射波的应力，透射波的能量等于入射 必然相等：②边界两侧的正交质点速度必须相等 波的能量并全部进入介质2中，能量传递情况最佳 根据上述条件，可写出如下方程式20-： 对比不同耦合介质的冲击波“压力-时间”曲 OI+OR=OT (3) 线，其冲击压力曲线存在明显不同.三组空气不耦 (4) 合爆破的冲击压力在急速上升并回落后又会立刻 VI+VR=VT 产生一个大小几乎相同的负应力曲线，这意味着 其中，I,~R,T为入射、反射和透射波的应力瞬 冲击波在到达缝槽炮孔尖端壁面入射的同时，立 时值，，？，T为入射、反射和透射波的质点速度 刻产生了一个与入射波压力大小相同的反射波 瞬时值.又由波在传播的任一时刻，其冲量等于动 而三组水压爆破的冲击压力曲线则与空气组不 量的变化量，可得 同，测量得到的整个冲击压力，仅有一个单一的上 =pCv (5) 升与回落过程，说明冲击波在由缝槽尖端面入射 式中，σ为波（入射波，反射波，透射波）的应力大 时并未产生可以被实验测量到的反射波.实验得 小；P为介质的密度；C为介质中的冲击波波速； 到的结果很好的验证了公式(7)、(8)的分析，即当 ⅴ为对应波（入射波，反射波，透射波）的质点速度 冲击波由空气入射钢体时，反射冲击波大小基本等 将公式(3)、(4)、(5)联立可得： 于入射冲击波的大小，钢体受到的应力刚好是入 oR=[(p2C2-p1C1)/(p2C2+p1C1)]I 射冲击波的2倍，反射波的能量等于入射波能量； (6) oT=[2p2C2/(p2C2+p1C1)]o1 当冲击波由水入射钢体时，没有反射冲击波，入射 波的全部能量都通过界面进入到了钢体中，这意 令n=29,则上式可简化为： PIC 味着水的波阻抗与钢体相近.根据李翼祺和马素 Incident Interface wave wave Medium 1 Medium 2 Reflection wave PiCi PC 图7波的人射、反射与透射 Fig.7 Incident,reflection and transmission of waves

3.1.3    冲击波特性分析 当冲击波传播到两种不同介质的交界面时， 一部分入射波产生了位相角改变 180°的反射；另 一部分入射波则透射至第二种介质中 ，如 图 7 所示. 当波在两种不同介质的交界面上垂直传播 时，其扰动的边界条件如下： ①在相互作用的任一瞬间，边界两侧的应力 必然相等；②边界两侧的正交质点速度必须相等. 根据上述条件，可写出如下方程式[20−21] ： σI +σR = σT （3） vI +vR = vT （4） σI σR σT νI νR νT 其中， ， ， 为入射、反射和透射波的应力瞬 时值， ， ， 为入射、反射和透射波的质点速度 瞬时值. 又由波在传播的任一时刻，其冲量等于动 量的变化量，可得 σ = ρCν （5） 式中，σ 为波（入射波，反射波，透射波）的应力大 小 ； ρ 为介质的密度；C 为介质中的冲击波波速； v 为对应波（入射波，反射波，透射波）的质点速度. 将公式（3）、（4）、（5）联立可得： { σR = [ (ρ2C2 −ρ1C1)/(ρ2C2 +ρ1C1) ] σI σT = [ 2ρ2C2/(ρ2C2 +ρ1C1) ] σI （6） n = ρ2C2 ρ1C1 令 ，则上式可简化为：    σR = n−1 1+n σI = FσI σT = 2n 1+n σI = TσI （7） 式中，ρ1C1、ρ2C2 分别为两种介质的波阻抗，n 为两 种介质的波阻抗比，F 和 T 分别为反射系数和透射 系数. 冲击波垂直传播到两种不同介质交界面时的 能量关系为[22−23] ：          IR = F 2 IT = 1 n T 2 IR + IT = 1 （8） 式中，IR、IT 分别为波的能量反射系数和透射系数. 分析公式（7）、（8）可以得出如下结论： （1）当 n→∞,F=1，T=2，反射波和入射波同属于 压缩波，形成反射加载，反射波的应力等于入射波 的应力，反射波的能量等于入射波的能量，此时介 质 2 受到的应力刚好等于 2 倍入射波的应力. （2）当 n→1，F=0，T=1，没有反射波，透射波的 应力等于入射波的应力，透射波的能量等于入射 波的能量并全部进入介质 2 中，能量传递情况最佳. 对比不同耦合介质的冲击波“压力-时间”曲 线，其冲击压力曲线存在明显不同. 三组空气不耦 合爆破的冲击压力在急速上升并回落后又会立刻 产生一个大小几乎相同的负应力曲线，这意味着 冲击波在到达缝槽炮孔尖端壁面入射的同时，立 刻产生了一个与入射波压力大小相同的反射波. 而三组水压爆破的冲击压力曲线则与空气组不 同，测量得到的整个冲击压力，仅有一个单一的上 升与回落过程，说明冲击波在由缝槽尖端面入射 时并未产生可以被实验测量到的反射波. 实验得 到的结果很好的验证了公式（7）、（8）的分析，即当 冲击波由空气入射钢体时，反射冲击波大小基本等 于入射冲击波的大小，钢体受到的应力刚好是入 射冲击波的 2 倍，反射波的能量等于入射波能量； 当冲击波由水入射钢体时，没有反射冲击波，入射 波的全部能量都通过界面进入到了钢体中，这意 味着水的波阻抗与钢体相近. 根据李翼祺和马素 Medium 2 ρ2C2 Medium 1 ρ1C1 Interface Incident wave Transmission wave Reflection wave 图 7    波的入射、反射与透射 Fig.7    Incident, reflection and transmission of waves 表 3    冲击压力数据关键点坐标 Table 3    Key point coordinates of shock pressure data Experimental number Start point Peak point Time/ms Stress/MPa Time/ms Stress/MPa #1-1 349.1454 0 349.3909 8.27 #2-1 318.368 0 318.6482 7.96 #3-1 317.6606 0 317.8742 8.05 #4-1 587.009 0 590.2753 293.18 #5-1 477.9754 0 481.1862 243.30 #6-1 480.8264 0 483.1119 322.37 · 1134 · 工程科学学报，第 42 卷，第 9 期

夏彬伟等：缝槽水压爆破破岩载荷实验研究 1135· 贞的研究，岩石的波阻抗约为7×10kgm2s, 的低压缩性，其波阻抗很大，导致爆轰气体在水中 几乎和水的波阻抗相等，所以岩石作为第二介质 的膨胀要比空气中的膨胀慢的多，使形成的水中 同样能达到实验效果.证明水作为缝槽炮孔填充 冲击波波阵面相对空气更“厚”，空气中的波阵面 介质，不但能提升到达缝槽尖端炮孔壁的冲击波 则被压缩得极“薄”，因而波阵面在空气中传播引 压力大小，还利于冲击波低损耗入射岩石，将更多 起前方质点压缩时，其质点速度更大，导致空气不 的冲击能量用于岩石定向破断. 耦合爆破冲击波上升所需时间比水压爆破短. 3.1.4冲击波压力上升特性分析 3.2准静态压力实验结果与分析 通过对实验测得数据上升沿的分析，空气不 32.1准静态压力测试结果 耦合爆破冲击波上升时间极短，平均在0.25ms左 由于实验过程中存在一定干扰，原始曲线存 右，最快的是#3-1实验组，上升时间仅为0.21ms; 在一定噪音，对原数据进行1：1取点，消除噪音 而水压爆破的上升沿平均为2.92ms左右.由于水 点后，得到实验中的爆炸压力曲线图，如图8 0.5 10 (a) #1-2 (b) #4-2 #2-2 9 #5.2 g “#3-2 6-2 Intersection point Approximate 0.3 quasi-static pressure Intersection point Approximate 02 quasi-static pressure 3 D 0.1 B 3 100 200 300 400 500 100 200300 400500 Time/ms Time/ms 图8准静态压力取值大小.(a)空气不耦合爆破：(b)水压爆破 Fig.8 Value of measuring quasi-static pressure:(a)air uncoupling charge blasting,(b)hydraulic blasting 由于爆炸冲击波存在一个明确的顶点，所以冲 从实验得到的数据可以看出，缝槽爆破时，水 击压力的大小可以明确确定，但是在爆炸冲击波后， 压爆破的准静态压力始终比空气不耦合爆破的准 压力是缓慢降低的，没有明确的时间点确定其为 静态压力大，约为空气不耦合装药的37~46倍 准静态压力，Anderson等P和刘文祥等2就对准 以水作为炮孔的耦合介质，炸药能量利用率高，储 静态压力的取值进行了研究，按照其推荐的方法 能作用明显 对准静态压力进行定值：在压力稳定缓慢降低，曲 32.2准静态压力大小分析 线近似线型，做一条尽量贴近曲线的新的直线，直 设爆生气体膨胀仍满足理想气体状态方程： 线反向回推，与波形上升沿交于图8中A~F点， PVY =const (9) 该点的压力值即为准静态压力峰值.得到实验中 式中，P是气体膨胀压缩过程中的瞬时绝对压力； 6个实验组的准静态压力峰值大小，如表4，表中 V是与压力P对应的气体所占体积；y为绝热膨胀 Pe为空气不耦合爆破的准静态压力实验测量值： 系数，通常取=l.3;const表示值为常数 Pg为水压爆破的准静态压力实验测量值 对于空气不耦合爆炸，炮孔内爆生气体达到 准静态平衡时满足： 表4准静态压力取值 Pere2y =Pa(re +ba)2y (10) Table 4 Quasi-static pressure values Experimental number P/MPa PwgMPa 式中：P。为爆炸完成时爆生气体压力；r为装药半 #1-2 径，r=3×103m;Pa为平衡时刻的空气准静态压 0.05 一 #2-2 0.09 力；b为爆生气体径向膨胀量，也是炮孔内原气体 #32 0.14 一 径向压缩量 #4-2 一 2.3 炮孔内原有气体压力处于准静态平衡时满足： #5-2 一 33 Po(ro-re)2Y Pa(ro-re-ba)2y (11) #6-2 5.3 式中：P。为炮孔内原有气体压力，为大气压力

贞[21] 的研究，岩石的波阻抗约为 7×106 kg∙m−2∙s−1 ， 几乎和水的波阻抗相等，所以岩石作为第二介质 同样能达到实验效果. 证明水作为缝槽炮孔填充 介质，不但能提升到达缝槽尖端炮孔壁的冲击波 压力大小，还利于冲击波低损耗入射岩石，将更多 的冲击能量用于岩石定向破断. 3.1.4    冲击波压力上升特性分析 通过对实验测得数据上升沿的分析，空气不 耦合爆破冲击波上升时间极短，平均在 0.25 ms 左 右，最快的是#3-1 实验组，上升时间仅为 0.21 ms； 而水压爆破的上升沿平均为 2.92 ms 左右. 由于水 的低压缩性，其波阻抗很大，导致爆轰气体在水中 的膨胀要比空气中的膨胀慢的多，使形成的水中 冲击波波阵面相对空气更“厚”，空气中的波阵面 则被压缩得极“薄”，因而波阵面在空气中传播引 起前方质点压缩时，其质点速度更大，导致空气不 耦合爆破冲击波上升所需时间比水压爆破短. 3.2    准静态压力实验结果与分析 3.2.1    准静态压力测试结果 由于实验过程中存在一定干扰，原始曲线存 在一定噪音，对原数据进行 1∶1 取点，消除噪音 点后，得到实验中的爆炸压力曲线图，如图 8. 0 100 200 300 400 500 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 C B A Quasi-static pressure/MPa Time/ms (a) #1-2 #2-2 #3-2 Intersection point Approximate quasi-static pressure 0 100 200 300 400 500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 E F Approximate quasi-static pressure Intersection point Quasi-static pressure/MPa Time/ms (b) #4-2 #5-2 #6-2 D 图 8    准静态压力取值大小. （a）空气不耦合爆破；（b）水压爆破 Fig.8    Value of measuring quasi-static pressure: (a) air uncoupling charge blasting; (b) hydraulic blasting 由于爆炸冲击波存在一个明确的顶点，所以冲 击压力的大小可以明确确定，但是在爆炸冲击波后， 压力是缓慢降低的，没有明确的时间点确定其为 准静态压力，Anderson 等[24] 和刘文祥等[25] 就对准 静态压力的取值进行了研究，按照其推荐的方法 对准静态压力进行定值：在压力稳定缓慢降低，曲 线近似线型，做一条尽量贴近曲线的新的直线，直 线反向回推，与波形上升沿交于图 8 中 A～F 点 ， 该点的压力值即为准静态压力峰值. 得到实验中 6 个实验组的准静态压力峰值大小，如表 4，表中 Pag 为空气不耦合爆破的准静态压力实验测量值； Pwg 为水压爆破的准静态压力实验测量值. 从实验得到的数据可以看出，缝槽爆破时，水 压爆破的准静态压力始终比空气不耦合爆破的准 静态压力大，约为空气不耦合装药的 37～46 倍. 以水作为炮孔的耦合介质，炸药能量利用率高，储 能作用明显. 3.2.2    准静态压力大小分析 设爆生气体膨胀仍满足理想气体状态方程： PVγ = const （9） 式中，P 是气体膨胀压缩过程中的瞬时绝对压力； V 是与压力 P 对应的气体所占体积；γ 为绝热膨胀 系数，通常取 γ=1.3；const 表示值为常数. 对于空气不耦合爆炸，炮孔内爆生气体达到 准静态平衡时满足： Pcrc 2γ = Pa(rc +ba) 2γ （10） 式中：Pc 为爆炸完成时爆生气体压力；rc 为装药半 径 ， rc=3×10−3 m；Pa 为平衡时刻的空气准静态压 力；ba 为爆生气体径向膨胀量，也是炮孔内原气体 径向压缩量. 炮孔内原有气体压力处于准静态平衡时满足： P0(r0 −rc) 2γ = Pa(r0 −rc −ba) 2γ （11） 式中：P0 为炮孔内原有气体压力，为大气压力， 表 4    准静态压力取值 Table 4    Quasi-static pressure values Experimental number Pag/MPa Pwg/MPa #1-2 0.05 — #2-2 0.09 — #3-2 0.14 — #4-2 — 2.3 #5-2 — 3.3 #6-2 — 5.3 夏彬伟等： 缝槽水压爆破破岩载荷实验研究 · 1135 ·

·1136 工程科学学报，第42卷，第9期 Po=l.01×10Pa;ro为炮孔内半径，缝槽炮孔的等效 态压力压降，对实验获得的准静态压力曲线下降 内半径r0=3.65×10-2m. 段进行拟合，得到6组实验准静态压力下降段的 对于水压爆炸，爆生气体达到准静态平衡时 拟合公式，如图9所示 同样满足： 通过比较，明显可见500ms时水压爆破比空 Pere2Y Pw(rc +bw)2y (12) 气不耦合爆破的准静态压力更大，意味着水压爆 式中：Pw为平衡时刻的水准静态压力；bw为爆生 破的准静态压力保压时间会更长，这是由于爆炸 气体径向膨胀量，也是水的径向压缩量 腔无法做到100%密闭，当准静态压力稳定后，还 同时根据流体力学理论，水在压缩过程中径 会有一定泄露，但这恰恰模拟了实际爆破施工中， 向压缩量i和压力P间的关系为： 岩石存在的一些细小原生裂隙，由于空气的滤失 dP=2Ewi 系数大于水的，在形成准静态压力阶段后，空气不 2-2 (13) 耦合爆破中气体更容易滤失，形成快速压降 式中，Ewv水的体积弹性模量，可取Ew=2.1GPa. 因而，综合实验中对准静态压力大小和压降 公式(13)达到平衡状态时满足公式(14)，并 的对比分析，可知水压爆破的准静态压力远大于 积分求得公式(15)： 空气不耦合爆破，且水压爆破的准静态压力压降 - Cre+bw 2Ewi 缓慢，保压时间更长.这是由于水是一种微压缩性 2-2 (14) 介质，当外界压力增至100MPa时，其密度仅增加 r2-re2 5%左右，而相较而言空气的可压缩性强，当炮孔 Pw-Ph=Ew In (15) o2-(e+bw)2 体积一定时，达到平衡时水压爆破的准静态压力 式中，Pn为静水压力，且P=Po 远大于空气不耦合爆破.同时，空气不耦合爆破产 将实验获得的测量值代入理论推导进行计算 生的准静态压力压降速率大于水压爆破，水压爆 验证，由于炸药爆炸完成时刻的爆生气体压力无 破保压时间更长，在后续下降阶段水压爆破准静 法测得，将实验测得的空气准静态压力P。代入式 态压力一直保持在一个相对高压的状态，更有利 (11)中，即可求得爆生气体的径向膨胀量b:又将 于形成“水楔效应”，楔入裂隙尖端，推进裂隙扩 P。、b代入式(10)中，即可求得爆炸完成时爆生气 展，形成更大的破断范围，达到更好的爆破效果 体压力P:再联立(12)、(15)式，将已知参数代入 并且，爆生气体在水中膨胀速度较空气中慢，压力 其中，即可求得水的径向压缩量bw:最后代入(12) 能均匀和平缓地作用在周围煤岩体上，使煤岩体 式中，即可求得水准静态压力P 只产生破裂，而不产生塑性流动和过度粉碎，减少 将三种药量下的理论推导的计算结果与实验 对非目标岩体的损伤，文献[18]中的爆破实物图 结果对比，如表5，表中Pg、Pe为实验测量值（相 (图10)也印证了这一点.如图10所示，试件在空 对压力)，Pwe为理论计算相对压力，PwglPag为实 气不耦合爆破后炮孔壁与孔底缝槽完好，无明显 测倍数，PePg为理论倍数 破坏痕迹，而试件在水压爆破后，产生了新的裂 缝，破断范围更大，且在缝槽壁面形成了片状剥 表5准静态压力的测量值和理论值 蚀，但未产生粉碎圈. Table 5 Measured and theoretical values of quasi-static pressure 4结论 Charge weight/mg PMPa Pt/MPa PwMPa PIP Pwe/P 150 0.05 1.48 2.3 46 29.6 (1)建立了水压爆破载荷测试实验系统，并设 200 0.09 3.42 3.3 36.67 38 计开展了缝槽炮孔条件下水压爆破载荷测试实 250 0.14 6.09 5.3 37.86 43.5 验，分别测试了空气不耦合爆破和水压爆破的炮 孔壁冲击波压力及炮孔内缝槽准静态压力 通过对比分析水压爆破准静态压力的理论计 (2)水压爆破的冲击波压力峰值远大于空气 算值与实验实测值，实验结果与理论推导较为契 不耦合爆破的冲击波压力峰值，其峰值约为后者 合，两者共同表明以水作为炮孔的不耦合介质时， 的35倍：由于水和岩石的波阻抗较接近，其冲击 炸药能量利用率高，储能作用明显 波入射效率更高，与理论分析契合度较高；水压爆 3.2.3准静态压力压降分析 破的冲击波上升沿相较空气不耦合爆破更平缓， 为了分析空气不耦合爆破和水压爆破的准静 能够使冲击波入射时炮孔壁的质点速度降低

P0=1.01×105 Pa；r0 为炮孔内半径，缝槽炮孔的等效 内半径 r0=3.65×10−2 m. 对于水压爆炸，爆生气体达到准静态平衡时 同样满足： Pcrc 2γ = Pw(rc +bw) 2γ （12） 式中：Pw 为平衡时刻的水准静态压力；bw 为爆生 气体径向膨胀量，也是水的径向压缩量. 同时根据流体力学理论，水在压缩过程中径 向压缩量 i 和压力 P 间的关系为： dP = 2Ewi r0 2 −i 2 di （13） 式中，Ew 水的体积弹性模量，可取 Ew=2.1 GPa. 公式（13）达到平衡状态时满足公式（14），并 积分求得公式（15）： w Pw Ph dP = w rc+bw rc 2Ewi r0 2 −i 2 di （14） Pw − Ph = Ew ln[ r0 2 −rc 2 r0 2 −(rc +bw) 2 ] （15） 式中，Ph 为静水压力，且 Ph=P0 . 将实验获得的测量值代入理论推导进行计算 验证，由于炸药爆炸完成时刻的爆生气体压力无 法测得，将实验测得的空气准静态压力 Pa 代入式 （11）中，即可求得爆生气体的径向膨胀量 ba；又将 Pa、ba 代入式（10）中，即可求得爆炸完成时爆生气 体压力 Pc；再联立（12）、（15）式，将已知参数代入 其中，即可求得水的径向压缩量 bw；最后代入（12） 式中，即可求得水准静态压力 Pw. 将三种药量下的理论推导的计算结果与实验 结果对比，如表 5，表中 Pag、Pwg 为实验测量值（相 对压力），Pwtg 为理论计算相对压力，Pwg/Pag 为实 测倍数，Pwtg/Pag 为理论倍数. 表 5 准静态压力的测量值和理论值 Table 5 Measured and theoretical values of quasi-static pressure Charge weight/mg Pag/MPa Pwtg/MPa Pwg/MPa Pwg/Pag Pwtg/Pag 150 0.05 1.48 2.3 46 29.6 200 0.09 3.42 3.3 36.67 38 250 0.14 6.09 5.3 37.86 43.5 通过对比分析水压爆破准静态压力的理论计 算值与实验实测值，实验结果与理论推导较为契 合，两者共同表明以水作为炮孔的不耦合介质时， 炸药能量利用率高，储能作用明显. 3.2.3    准静态压力压降分析 为了分析空气不耦合爆破和水压爆破的准静 态压力压降，对实验获得的准静态压力曲线下降 段进行拟合，得到 6 组实验准静态压力下降段的 拟合公式，如图 9 所示. 通过比较，明显可见 500 ms 时水压爆破比空 气不耦合爆破的准静态压力更大，意味着水压爆 破的准静态压力保压时间会更长. 这是由于爆炸 腔无法做到 100% 密闭，当准静态压力稳定后，还 会有一定泄露，但这恰恰模拟了实际爆破施工中， 岩石存在的一些细小原生裂隙，由于空气的滤失 系数大于水的，在形成准静态压力阶段后，空气不 耦合爆破中气体更容易滤失，形成快速压降. 因而，综合实验中对准静态压力大小和压降 的对比分析，可知水压爆破的准静态压力远大于 空气不耦合爆破，且水压爆破的准静态压力压降 缓慢，保压时间更长. 这是由于水是一种微压缩性 介质，当外界压力增至 100 MPa 时，其密度仅增加 5% 左右，而相较而言空气的可压缩性强，当炮孔 体积一定时，达到平衡时水压爆破的准静态压力 远大于空气不耦合爆破. 同时，空气不耦合爆破产 生的准静态压力压降速率大于水压爆破，水压爆 破保压时间更长，在后续下降阶段水压爆破准静 态压力一直保持在一个相对高压的状态，更有利 于形成“水楔效应”，楔入裂隙尖端，推进裂隙扩 展，形成更大的破断范围，达到更好的爆破效果. 并且，爆生气体在水中膨胀速度较空气中慢，压力 能均匀和平缓地作用在周围煤岩体上，使煤岩体 只产生破裂，而不产生塑性流动和过度粉碎，减少 对非目标岩体的损伤，文献 [18] 中的爆破实物图 （图 10）也印证了这一点. 如图 10 所示，试件在空 气不耦合爆破后炮孔壁与孔底缝槽完好，无明显 破坏痕迹，而试件在水压爆破后，产生了新的裂 缝，破断范围更大，且在缝槽壁面形成了片状剥 蚀，但未产生粉碎圈. 4    结论 （1）建立了水压爆破载荷测试实验系统，并设 计开展了缝槽炮孔条件下水压爆破载荷测试实 验，分别测试了空气不耦合爆破和水压爆破的炮 孔壁冲击波压力及炮孔内缝槽准静态压力. （2）水压爆破的冲击波压力峰值远大于空气 不耦合爆破的冲击波压力峰值，其峰值约为后者 的 35 倍；由于水和岩石的波阻抗较接近，其冲击 波入射效率更高，与理论分析契合度较高；水压爆 破的冲击波上升沿相较空气不耦合爆破更平缓， 能够使冲击波入射时炮孔壁的质点速度降低. · 1136 · 工程科学学报，第 42 卷，第 9 期

夏彬伟等：缝槽水压爆破破岩载荷实验研究 1137 0.16fa 33 一#1-2 ,#4-2 3.0 0.12 -Fitting curve 2.7 Fitting curve x=4.008r0.114 0.08 fx=0.3561.202-0.07331 24 0.04 2 1.8 01 0 100 200 300 400 500 0 100 200300 400500 Time/ms Time/ms 5.0 #2-2 (e) #5-2 Fitting curve 4.5 一Fitting curve 4.0 fx=0.3914x0.266-0.01472 x）=4.937x0w2 0.09 3.0 0 100 200300 400 500 0 100 200300400500 Time/ms Time/ms 星4a #3-2 #6-2 -Fitting curve -Fitting curve fx=1.234x-091+0.05004 xF10.02ra134s 0.1 4 0 100 200 300 400 500 0 100 200 300 400 500 Time/ms Time/ms 图9不同装药量条件下，准静态压力下降段拟合曲线.空气不耦合爆破.(a)150mg:(b)200mg:(c)250mg:水压爆破：(d)150mg:(e)200mg: (f)250mg Fig.9 Quasi-static pressure drop fitting curve under different charge quantity conditions:air uncoupling charge blasting:(a)150 mg,(b)200 mg,(c)250 mg:hydraulic blasting:(d)150 mg.(e)200 mg.(f)250 mg (a) Crack of slotting (b) Flake denudation Blasthole 图10裂缝细节图(a)缝槽空气不耦合爆破：(b)缝槽水压爆破 Fig.10 Fracture details (a)slot air uncoupling charge blasting.(b)slot-hydraulic blasting (3)在不同装药量下，缝槽水压爆破的准静态 2019,48(2):229 压力均远大于空气不耦合爆破的准静态压力，其 (杨仁树，左进京，李永亮，等.不同切缝管材质下切缝药包爆炸 压力约为后者的37~46倍，理论计算结果与实验 神击波传播特性研究.中国矿业大学学报，2019,48(2)：229) 结果较为契合：水压爆破准静态压力压降缓慢，保 [2]Li Q,Yu Q,Zhu G Y,et al.Experimental study of crack 压时间更长，为定向裂纹的后续扩展提供更多能 propagation under two-hole slotted cartridge blasting with different amounts of charge.Chin Rock Mech Eng,2017,36(9):2205 量，增加定向断裂范围.理论与实验结果共同表明 (李清，于强，朱各勇，等.不同药量的切缝药包双孔爆破裂纹扩 了以水作为缝槽炮孔不耦合介质对爆破准静态压 展规律试验.岩石力学与工程学报，2017,36(9)：2205) 力阶段的提升作用 [3] Zhu Y H,Xu X P.Damage control characteristics for notched blasting based on the damage mechanism.J China Coal Soc,2017, 参考文献 42(Suppl 2):369 [1]Yang R S,Zuo J J,Li Y L,et al.Experimental study of slotted (祝云华，徐小鹏.基于损伤机制的切槽控制爆破特性研究.煤 cartridge explosion shock wave propagation characteristic with 炭学报，2017,42（增刊2）：369) different cutting seam pipe material.JChina Univ Min Technol, [4]Yue Z W.Guo Y,Wang X.Experimental study of crack

（3）在不同装药量下，缝槽水压爆破的准静态 压力均远大于空气不耦合爆破的准静态压力，其 压力约为后者的 37～46 倍，理论计算结果与实验 结果较为契合；水压爆破准静态压力压降缓慢，保 压时间更长，为定向裂纹的后续扩展提供更多能 量，增加定向断裂范围. 理论与实验结果共同表明 了以水作为缝槽炮孔不耦合介质对爆破准静态压 力阶段的提升作用. 参    考    文    献 Yang  R  S,  Zuo  J  J,  Li  Y  L,  et  al.  Experimental  study  of  slotted cartridge  explosion  shock  wave  propagation  characteristic  with different  cutting  seam  pipe  material. J China Univ Min Technol, [1] 2019, 48（2）: 229 （杨仁树, 左进京, 李永亮, 等. 不同切缝管材质下切缝药包爆炸 冲击波传播特性研究. 中国矿业大学学报, 2019, 48（2）：229） Li  Q,  Yu  Q,  Zhu  G  Y,  et  al.  Experimental  study  of  crack propagation under two-hole slotted cartridge blasting with different amounts of charge. Chin J Rock Mech Eng, 2017, 36（9）: 2205 （李清, 于强, 朱各勇, 等. 不同药量的切缝药包双孔爆破裂纹扩 展规律试验. 岩石力学与工程学报, 2017, 36（9）：2205） [2] Zhu  Y  H,  Xu  X  P.  Damage  control  characteristics  for  notched blasting based on the damage mechanism. J China Coal Soc, 2017, 42(Suppl 2): 369 （祝云华, 徐小鹏. 基于损伤机制的切槽控制爆破特性研究. 煤 炭学报, 2017, 42(增刊2): 369） [3] [4] Yue  Z  W,  Guo  Y,  Wang  X.  Experimental  study  of  crack (a) (b) Crack of slotting Flake denudation Blasthole 图 10    裂缝细节图[18] . （a）缝槽空气不耦合爆破；（b）缝槽水压爆破 Fig.10    Fracture details[18] : (a) slot air uncoupling charge blasting; (b) slot-hydraulic blasting 0 100 200 f(x)=0.356x −0.2202−0.07331 300 400 500 0 0.08 0.12 0.04 0.16 Quasi-static pressure/MPa Time/ms (a) Fitting curve #1-2 0 100 200 f(x)=4.008x −0.1184 300 400 500 2.1 2.7 1.8 3.0 3.3 Quasi-static pressure/MPa Time/ms (d) 2.4 Fitting curve #4-2 0 100 200 f(x)=0.3914x −0.2636−0.01472 300 400 500 0.12 0.15 0.09 0.18 Quasi-static pressure/MPa Time/ms (b) 0.06 Fitting curve #2-2 0 100 200 f(x)=4.937x −0.08286 300 400 500 3.0 4.0 2.5 4.5 5.0 Quasi-static pressure/MPa Time/ms (e) 3.5 Fitting curve #5-2 0 100 200 f(x)=1.234x −0.491+0.05004 300 400 500 0.3 0.2 0.4 Quasi-static pressure/MPa Time/ms (c) 0.1 Fitting curve #3-2 0 100 200 f(x)=10.02x −0.1345 300 400 500 5 7 8 Quasi-static pressure/MPa Time/ms (f) 4 6 9 Fitting curve #6-2 图 9    不同装药量条件下，准静态压力下降段拟合曲线.空气不耦合爆破. （a）150 mg；（b）200 mg；（c）250 mg; 水压爆破：（d）150 mg；（e）200 mg； （f）250 mg Fig.9    Quasi-static pressure drop fitting curve under different charge quantity conditions: air uncoupling charge blasting: (a) 150 mg, (b) 200 mg, (c) 250 mg; hydraulic blasting: (d) 150 mg, (e) 200 mg, (f) 250 mg 夏彬伟等： 缝槽水压爆破破岩载荷实验研究 · 1137 ·

1138 工程科学学报，第42卷.第9期 propagation under blasting load in notched boreholes.Chin Rock (蔡永乐，付宏伟.水压爆破应力波传播及破煤岩机理实验研究 Mech Eng,2015,34(10:2018 煤炭学报，2017,42(4)：902) (岳中文，郭洋，王煦切槽孔爆炸载荷下裂纹扩展行为的实验 [15]Zhu L C,Sun Y.Digging of a trench by water-coupled longhole 研究.岩石力学与工程学报，2015,34(10)：2018) blasting.Eng Blast,2000,6(2):67 [5]Yang R S,Che Y L,Feng D K,et al.Tests for blasting vibration (朱礼臣，孙咏.深孔水耦合爆破开挖沟槽.工程爆破，2000， reduction technique with presplitting blasting of a slotted cartridge 6(2):67) J Vib Shock.2014,33(12):7 [16]Luo Y,Cui X R,Lu H.Study on blasting with water decoupling (杨仁树，车玉龙，冯栋凯，等.切缝药包预裂爆破减振技术试验 charging in borehole.Nonferrous Met (Mine Sect),2009,61(1): 研究.振动与冲击，2014,33(12)：7) 46 [6]Xu Y,Shen Z W,Meng Y P.Investigation on dynamic expanding (罗勇，崔晓荣，陆华.炮孔水介质不耦合装药爆破的研究.有色 rule and application in notch blasting.J Univ Sci Technol China, 金属（矿山部分），2009,61(1)：46) 2003.33(2):184 [17]Zong Q,Li Y C,Xu Y.Preliminary discussion on shock pressure (徐颖，沈兆武，孟益平.爆炸载荷作用下刻槽炮孔动态裂纹扩 on hole wall when water-couple charge blasting in the hole.Chin.J 展规律.中国科学技术大学学报，2003,33(2)：184) ydrodyn,2004,19(5):610 [7]Yang R S,Su H.Experimental study on crack propagation with (宗琦，李永池，徐颖炮孔水耦合装药爆破孔壁冲击压力研究 pre-crack under explosion load.J China Coal Soc,2019,44(2): 水动力学研究与进展(A辑)，2004,19(5)：610) 482 [18]Xia B W,Liu C W,Lu YY,et al.Experimental study of (杨仁树，苏洪.爆炸荷载下含预裂缝的裂纹扩展实验研究.煤 propagation of directional fracture with slotting hydraulic blasting. 炭学报，2019,44(2)：482) J China Coal Soc,2016,41(2):432 [8]Kang Y,Zheng DD.Su D F,et al.Model of directional shaped (夏彬伟，刘承伟，卢义玉，等.缝槽水压爆破导向裂缝扩展实验 blasting assisted with water jet and its numerical simulation.J Vib 研究.煤炭学报，2016,41(2)：432) Shock,2015,34(9):182 [19]Zhao J C.Research on the Controlled Blasting Method under the (康勇，郑丹丹，粟登峰，等.水射流切槽定向聚能爆破模型及数 Condition of Decoupling Charge with Two Kinds of 值模拟研究.振动与冲击，2015,34(9)：182) Mediums[Dissertation].Taiyuan:Taiyuan University of [9]Lin D Y,Ma W C,Li Z,et al.Research on the effects of bottom Technology,2005 water cushion on long hole blasting.Chin/Rock Mech Eng.1992. (赵金昌.双介质不耦合断裂损伤控制爆豉技术研究学位论文] 11(2):130 太原：太原理工大学，2005) (林德余，马万昌，李忠，等.岩石爆破中水垫层作用的研究.岩 [20]Song S Z.Stress Wave in Solid Medium.Beijing:China Coal 石力学与工程学报，1992,11(2)：130) Industry Publishing House,1989 [10]Sun L,Ren Q F,Zong Q.Application of water-decoupled charge (宋守志.固体介质中的应力波.北京：煤炭工业出版社，1989) in smooth blasting of coal mine rock tunnel.Blasting,2010, [21]Li YQ,Ma S Z.Mechanics of Explosion.Beijing:Science Press, 27(3):25 1992 (孙磊，任庆峰，宗琦.水不耦合装药结构在煤矿井巷掘进光面 (李翼棋，马素贞.爆炸力学.北京：科学出版社，1992) 爆破中的应用.爆破，2010,27(3)：25) [22]Li K E.Seismic Acquisition and Analysis in the Area of High [11]Huang B X,Liu C Y,Fu J H,et al.Hydraulic fracturing after water Velocity Shielding Lavers[Dissertation].Chengdu:Chengdu pressure control blasting for increased fracturing.IntJ Rock Mech University of Technology,2007 MmSc,2011,48(6):976 (李可恩.含高速屏蔽层的地震数据采集及分析[学位论文].成 [12]Ma K,Chu Z,Wang K H,et al.Experimental research on bubble 都：成都理工大学，2007) pulse of small scale charge exploded under simulated deep water. [23]Du G H,Zhu Z M,Gong X F.Acoustics Foundation.Nanjing: Explosion Shock Waves,2015,35(3):320 Nanjing University Press,2001 (马坤，初哲，王可慧，等.小当量炸药深水爆炸气泡脉动模拟实 (杜功焕，朱哲民，龚秀芬.声学基础.南京：南京大学出版社 验.爆炸与冲击，2015,35(3)：320) 2001) [13]Li L Z,Luo X,Zhang X Y,et al.Study on the impact of explosion [24]Anderson Jr C E,Baker W E,Wauters D K,et al.Quasi-static charge on bubble shape in near-wall.J North Univ China Nat Sci pressure,duration,and impulse for explosions (e.g.HE)in Ed2019,40(4):336 structures.Int J Mech Sci,1983,25(6):455 (李立州，罗骁，张新燕，等.装药量对近壁面气泡形态影响的研 [25]Liu W X,Zhang D Z,Zhong F P,et al.Quasi-static gas pressure 究.中北大学学报：自然科学版，2019,40(4)：336) generated by explosive charge blasting in a spherical explosion [14]Cai Y L,Fu H W.Experimental study on hydraulic blasting stress containment vessel.Explos Shock Waves,2018,38(5):1045 wave propagation and coal broken mechanism.J China Coal Soc, (刘文祥，张德志，钟方平，等，球形爆炸容器内炸药爆炸形成的 2017,42(4):902 准静态气体压力.爆炸与冲击，2018.38(5)：1045)

propagation under blasting load in notched boreholes. Chin J Rock Mech Eng, 2015, 34（10）: 2018 （岳中文, 郭洋, 王煦. 切槽孔爆炸载荷下裂纹扩展行为的实验 研究. 岩石力学与工程学报, 2015, 34（10）：2018） Yang R S, Che Y L, Feng D K, et al. Tests for blasting vibration reduction technique with presplitting blasting of a slotted cartridge. J Vib Shock, 2014, 33（12）: 7 （杨仁树, 车玉龙, 冯栋凯, 等. 切缝药包预裂爆破减振技术试验 研究. 振动与冲击, 2014, 33（12）：7） [5] Xu Y, Shen Z W, Meng Y P. Investigation on dynamic expanding rule and application in notch blasting. J Univ Sci Technol China, 2003, 33（2）: 184 （徐颖, 沈兆武, 孟益平. 爆炸载荷作用下刻槽炮孔动态裂纹扩 展规律. 中国科学技术大学学报, 2003, 33（2）：184） [6] Yang  R  S,  Su  H.  Experimental  study  on  crack  propagation  with pre-crack  under  explosion  load. J China Coal Soc,  2019,  44（2）: 482 （杨仁树, 苏洪. 爆炸荷载下含预裂缝的裂纹扩展实验研究. 煤 炭学报, 2019, 44（2）：482） [7] Kang Y, Zheng D D, Su D F, et al. Model of directional shaped blasting assisted with water jet and its numerical simulation. J Vib Shock, 2015, 34（9）: 182 （康勇, 郑丹丹, 粟登峰, 等. 水射流切槽定向聚能爆破模型及数 值模拟研究. 振动与冲击, 2015, 34（9）：182） [8] Lin D Y, Ma W C, Li Z, et al. Research on the effects of bottom water cushion on long hole blasting. Chin J Rock Mech Eng, 1992, 11（2）: 130 （林德余, 马万昌, 李忠, 等. 岩石爆破中水垫层作用的研究. 岩 石力学与工程学报, 1992, 11（2）：130） [9] Sun L, Ren Q F, Zong Q. Application of water-decoupled charge in  smooth  blasting  of  coal  mine  rock  tunnel. Blasting,  2010, 27（3）: 25 （孙磊, 任庆峰, 宗琦. 水不耦合装药结构在煤矿井巷掘进光面 爆破中的应用. 爆破, 2010, 27（3）：25） [10] Huang B X, Liu C Y, Fu J H, et al. Hydraulic fracturing after water pressure control blasting for increased fracturing. Int J Rock Mech Min Sci, 2011, 48（6）: 976 [11] Ma K, Chu Z, Wang K H, et al. Experimental research on bubble pulse of small scale charge exploded under simulated deep water. Explosion Shock Waves, 2015, 35（3）: 320 （马坤, 初哲, 王可慧, 等. 小当量炸药深水爆炸气泡脉动模拟实 验. 爆炸与冲击, 2015, 35（3）：320） [12] Li L Z, Luo X, Zhang X Y, et al. Study on the impact of explosion charge on bubble shape in near-wall. J North Univ China Nat Sci Ed, 2019, 40（4）: 336 （李立州, 罗骁, 张新燕, 等. 装药量对近壁面气泡形态影响的研 究. 中北大学学报: 自然科学版, 2019, 40（4）：336） [13] Cai Y L, Fu H W. Experimental study on hydraulic blasting stress wave propagation and coal broken mechanism. J China Coal Soc, 2017, 42（4）: 902 [14] （蔡永乐, 付宏伟. 水压爆破应力波传播及破煤岩机理实验研究. 煤炭学报, 2017, 42（4）：902） Zhu L C, Sun Y. Digging of a trench by water-coupled longhole blasting. Eng Blast, 2000, 6（2）: 67 （朱礼臣, 孙咏. 深孔水耦合爆破开挖沟槽. 工程爆破, 2000, 6（2）：67） [15] Luo Y, Cui X R, Lu H. Study on blasting with water decoupling charging  in  borehole. Nonferrous Met (Mine Sect),  2009,  61（1）: 46 （罗勇, 崔晓荣, 陆华. 炮孔水介质不耦合装药爆破的研究. 有色 金属(矿山部分), 2009, 61（1）：46） [16] Zong Q, Li Y C, Xu Y. Preliminary discussion on shock pressure on hole wall when water-couple charge blasting in the hole. Chin J Hydrodyn, 2004, 19（5）: 610 （宗琦, 李永池, 徐颖. 炮孔水耦合装药爆破孔壁冲击压力研究. 水动力学研究与进展(A辑), 2004, 19（5）：610） [17] Xia  B  W,  Liu  C  W,  Lu  Y  Y,  et  al.  Experimental  study  of propagation of directional fracture with slotting hydraulic blasting. J China Coal Soc, 2016, 41（2）: 432 （夏彬伟, 刘承伟, 卢义玉, 等. 缝槽水压爆破导向裂缝扩展实验 研究. 煤炭学报, 2016, 41（2）：432） [18] Zhao J C. Research on the Controlled Blasting Method under the Condition of Decoupling Charge with Two Kinds of Mediums[Dissertation].  Taiyuan:  Taiyuan  University  of Technology, 2005 （赵金昌. 双介质不耦合断裂损伤控制爆破技术研究[学位论文]. 太原: 太原理工大学, 2005） [19] Song  S  Z. Stress Wave in Solid Medium.  Beijing:  China  Coal Industry Publishing House, 1989 （宋守志. 固体介质中的应力波. 北京: 煤炭工业出版社, 1989） [20] Li Y Q, Ma S Z. Mechanics of Explosion. Beijing: Science Press, 1992 （李翼祺, 马素贞. 爆炸力学. 北京: 科学出版社, 1992） [21] Li  K  E. Seismic Acquisition and Analysis in the Area of High Velocity Shielding Layers[Dissertation].  Chengdu:  Chengdu University of Technology, 2007 （李可恩. 含高速屏蔽层的地震数据采集及分析[学位论文]. 成 都: 成都理工大学, 2007） [22] Du  G  H,  Zhu  Z  M,  Gong  X  F. Acoustics Foundation.  Nanjing: Nanjing University Press, 2001 （杜功焕, 朱哲民, 龚秀芬. 声学基础. 南京: 南京大学出版社, 2001） [23] Anderson  Jr  C  E,  Baker  W  E,  Wauters  D  K,  et  al.  Quasi-static pressure,  duration,  and  impulse  for  explosions  (e.g.  HE)  in structures. Int J Mech Sci, 1983, 25（6）: 455 [24] Liu W X, Zhang D Z, Zhong F P, et al. Quasi-static gas pressure generated  by  explosive  charge  blasting  in  a  spherical  explosion containment vessel. Explos Shock Waves, 2018, 38（5）: 1045 （刘文祥, 张德志, 钟方平, 等. 球形爆炸容器内炸药爆炸形成的 准静态气体压力. 爆炸与冲击, 2018, 38（5）：1045） [25] · 1138 · 工程科学学报，第 42 卷，第 9 期