·1684 工程科学学报，第38卷，第12期 表1煤矿许用乳化炸药参数 Table 1 Parameters of the emulsion explosive 密度，kgm3 爆速，D/(msl)爆轰压力，Pc-/GPa A/GPa B/GPa Y Y2 Eo/GPa 1140 3200 2.9184 246.1 10.26 7.177 2.401 0.069 4.19 弹性模量E=2.9GPa,泊松比4=0.4. 运移过程 3数值计算结果与分析 由图4可知，在聚能药卷爆炸初期聚能槽侧炸药 层相对较薄，聚能槽的两翼在高温和高压的爆轰产物 3.1聚能射流的形成和运移过程 作用下快速相向运动并发生碰撞，同时沿径向被压缩 聚能药卷在炮孔内起爆后，聚能槽被压垮闭合形 变形逐渐形成杵体部分和射流尖端（见图4(b)).随 成聚能射流.图4是计算结果后处理时将模型分别沿 着远离药卷轴心聚能槽变形加剧，由于杵体部分速度 Y-Z和X一Z平面镜像对称后得到的聚能射流形成和 相对较慢而逐渐被拉长形成聚能射流（见图4（©）. 聚能槽的体积分数% 聚能槽的体积分数% 聚能槽的体积分数% 10 100 90 90 00050 6 6 50- 40 3 20 2 20 10 0- 0 图4聚能爆破时聚能射流的形成和运移过程.(a)5.996μ5：(b)15.998μ5：(c)29.990μs Fig.4 Process of shaped charge formation and migration under cumulative blasting:(a)5.996 us:(b)15.998 us:(c)29.990us 3.2爆炸应力波的传播特性 爆轰波的传播受聚能结构影响较大，传播到炮孔壁的 根据现场实验采用聚能药卷的特点，数值计算采 爆轰能量被削弱，孔壁处煤体粉碎作用减弱，粉碎区减 用线性轴对称侧向聚能药卷，由药卷中心点起爆.图5 小.在主聚能方向，爆轰波遇到聚能槽时爆轰能量被 是计算结果后处理时将模型分别沿Y一Z和一Z平面 部分吸收而衰减，导致传至煤体内的应力波形成和传 镜像对称后得到的爆炸应力波在煤体内的传播过程. 播滞后，应力强度减小，粉碎作用减弱：而聚能射流形 常规药卷在煤体内爆破时，爆炸应力波呈同心圆 成后爆轰能量高度集聚，冲击作用面减小，粉碎区减小 状由炮孔中心沿径向向外传播四，炮孔壁均匀受力形 3.3煤体单元力学性质分析 成近圆形粉碎区.而聚能爆破时在次聚能方向，爆炸 为深入研究聚能爆破载荷作用下裂隙的扩展机 初期爆轰波的传播受聚能结构的影响较小，在该区煤 理，以炮孔为中心，由内至外沿径向每隔一段距离取一 体中优先出现明显的应力集中区（见图5(a):随后， 组测点单元，每组仅列出三个典型位置的测点，分别为 爆轰波遇到聚能槽并发生部分反射，反射回的爆轰波 主聚能方向、非聚能方向和次聚能方向，如图6所示， 促进次聚能方向爆轰产物的集聚，应力集中更明显 由内至外依次为R4=0.4m、R,=0.8m、R。=1.2m、 (见图5(b)),当其应力强度大于煤体动态抗压强度 R7=1.6m、R.=2.0m和R。=2.4m. 时，炮孔壁煤体单元将会被破坏失效.在非聚能方向， 为量化分析聚能爆破后煤体单元的力学性质，根 b c 应力MPa 应力Pa 应力Pa 470.4 167.3 93.84 423.1- 147.6 84.25 375.8- 128.0 74.65 328.6 1083 65.06 281.3 88.64 55.46 234.1 68.99 45.87 868 49.33 36.27 139.6 29.68 26.68 92.31 10.02 17.09 45.05- 9.636- 7491- -2208- -29.29- -2.104- 图5聚能爆破时应力波的传播过程.(a)31.969μ5；49.968us:175.967μs Fig.5 Propagation of stress wave under cumulative blasting:(a)31.969 us:49.968 us:175.967 us工程科学学报，第 38 卷，第 12 期 表 1 煤矿许用乳化炸药参数 Table 1 Parameters of the emulsion explosive 密度，ρ0 /kg·m － 3 爆速，D/( m·s － 1 ) 爆轰压力，PC--J /GPa A /GPa B /GPa γ1 γ2 ω E0 /GPa 1140 3200 2. 9184 246. 1 10. 26 7. 177 2. 401 0. 069 4. 19 弹性模量 E = 2. 9 GPa，泊松比 μ = 0. 4． 3 数值计算结果与分析 3. 1 聚能射流的形成和运移过程 聚能药卷在炮孔内起爆后，聚能槽被压垮闭合形 成聚能射流． 图 4 是计算结果后处理时将模型分别沿 Y--Z 和 X--Z 平面镜像对称后得到的聚能射流形成和 运移过程． 由图 4 可知，在聚能药卷爆炸初期聚能槽侧炸药 层相对较薄，聚能槽的两翼在高温和高压的爆轰产物 作用下快速相向运动并发生碰撞，同时沿径向被压缩 变形逐渐形成杵体部分和射流尖端( 见图 4( b) ) ． 随 着远离药卷轴心聚能槽变形加剧，由于杵体部分速度 相对较慢而逐渐被拉长形成聚能射流( 见图 4( c) ． 图 4 聚能爆破时聚能射流的形成和运移过程． ( a) 5. 996 μs; ( b) 15. 998 μs; ( c) 29. 990 μs Fig． 4 Process of shaped charge formation and migration under cumulative blasting: ( a) 5. 996 μs; ( b) 15. 998 μs; ( c) 29. 990 μs 图 5 聚能爆破时应力波的传播过程． ( a) 31. 969 μs; 49. 968 μs; 175. 967 μs Fig． 5 Propagation of stress wave under cumulative blasting: ( a) 31. 969 μs; 49. 968 μs; 175. 967 μs 3. 2 爆炸应力波的传播特性 根据现场实验采用聚能药卷的特点，数值计算采 用线性轴对称侧向聚能药卷，由药卷中心点起爆． 图 5 是计算结果后处理时将模型分别沿 Y--Z 和 X--Z 平面 镜像对称后得到的爆炸应力波在煤体内的传播过程． 常规药卷在煤体内爆破时，爆炸应力波呈同心圆 状由炮孔中心沿径向向外传播［20］，炮孔壁均匀受力形 成近圆形粉碎区． 而聚能爆破时在次聚能方向，爆炸 初期爆轰波的传播受聚能结构的影响较小，在该区煤 体中优先出现明显的应力集中区( 见图 5( a) ) ; 随后， 爆轰波遇到聚能槽并发生部分反射，反射回的爆轰波 促进次聚能方向爆轰产物的集聚，应力集中更明显 ( 见图 5( b) ) ，当其应力强度大于煤体动态抗压强度 时，炮孔壁煤体单元将会被破坏失效． 在非聚能方向， 爆轰波的传播受聚能结构影响较大，传播到炮孔壁的 爆轰能量被削弱，孔壁处煤体粉碎作用减弱，粉碎区减 小． 在主聚能方向，爆轰波遇到聚能槽时爆轰能量被 部分吸收而衰减，导致传至煤体内的应力波形成和传 播滞后，应力强度减小，粉碎作用减弱; 而聚能射流形 成后爆轰能量高度集聚，冲击作用面减小，粉碎区减小． 3. 3 煤体单元力学性质分析 为深入研究聚能爆破载荷作用下裂隙的扩展机 理，以炮孔为中心，由内至外沿径向每隔一段距离取一 组测点单元，每组仅列出三个典型位置的测点，分别为 主聚能方向、非聚能方向和次聚能方向，如图 6 所示， 由内至外依次为 Ｒ4 = 0. 4 m、Ｒ5 = 0. 8 m、Ｒ6 = 1. 2 m、 Ｒ7 = 1. 6 m、Ｒ8 = 2. 0 m 和 Ｒ9 = 2. 4 m． 为量化分析聚能爆破后煤体单元的力学性质，根 ·1684·