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第３７卷 第４期 ２０２０年１２月 爆 破 ＢＬＡＳＴＩＮＧ Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． ４  Ｄｅｃ． ２０２０ ｄｏｉ１０． ３９６３／ ｊ． ｉｓｓｎ． １００１ －４８７Ｘ． ２０２０． ０４． ００８ 等体积空孔直眼掏槽槽腔形成过程及其分析* 柴修伟 １， 李建国１， 习本军２， 徐 亮 ２， 彭亚利２， 王文科１， 金胜利２ （１．武汉工程大学， 武汉４３００７０；２．湖北兴发化工集团股份有限公司， 兴山４４３７００） 摘 要 在巷道掘进爆破中， 空孔能够引起掏槽眼周围应力集中， 为槽腔的形成提供自由面。根据空孔效 应理论推导出装药孔与空孔之间的距离公式， 采用ＬＳ-ＤＹＮＡ有限元软件建立数值模型， 分析不同直径下的 直眼掏槽槽腔的形成过程及有效应力传播规律。模拟得出空孔具有应力波导向作用、 产生反向拉伸应力波 和应力集中现象， 且随着空孔直径的增大作用效果更加明显； 四空孔直眼掏槽相比于八空孔直眼掏槽爆破作 用形成的裂纹扩展更加丰富， 四空孔直眼掏槽空孔直径为八空孔直眼掏槽空孔直径的１． ４２倍， 最大有效应 力峰值增长１． ２倍。 关键词 巷道掘进；空孔效应；直眼掏槽；数值模拟；有效应力 中图分类号 ＴＤ２３６ 文献标识码 Ａ 文章编号 １００１ －４８７Ｘ（２０２０）０４ －００４８ －０５ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃａｖｉｔｙ ｂｙ Ｂｕｒｎ Ｃｕｔ ｗｉｔｈ Ｅｑｕａｌ Ｖｏｌｕｍｅ Ｅｍｐｔｙ Ｈｏｌｅ ＣＨＡＩ Ｘｉｕ-ｗｅｉ１，ＬＩ Ｊｉａｎ-ｇｕｏ１，ＸＩ Ｂｅｎ-ｊｕｎ２，ＸＵ Ｌｉａｎｇ２，ＰＥＮＧ Ｙａ-ｌｉ２，ＷＡＮＧ Ｗｅｎ-ｋｅ１，ＪＩＮ Ｓｈｅｎｇ-ｌｉ２ （１． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ＆Ｓａｆｅｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７０，Ｃｈｉｎａ； ２． Ｈｕｂｅｉ Ｘｉｎｇｆａ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ Ｌｔｄ，Ｘｉｎｇｓｈａｎ ４４３７００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｂｌａｓｔｉｎｇ，ａｎ ｅｍｐｔｙ ｈｏｌｅ ｃａｎ ｃａｕｓｅ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｈｏｌｅｓ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｆｒｅｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｖｉｔｙ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｅｍｐｔｙ ｈｏｌｅ ｅｆｆｅｃｔ，ｔｈｅ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃｈａｒｇｅ ｈｏｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｍｐｔｙ ｈｏｌｅ ｗａｓ ｄｅｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＬＳ-ＤＹＮＡ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｔｒｅｓｓ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｌａｗ ｏｆ ｂｕｒｎ ｃｕｔ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｃａｖｉｔｙ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｉａｍｅｔｅｒｓ． Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｍｐｔｙ ｈｏｌｅ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｇｕｉｄｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｆｏｒ ｓｔｒｅｓｓ ｗａｖｅ， ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｖｅｒｓｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｓｓ ｗａｖｅ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｂｅｃｏｍｅｓ ｍｏｒｅ ｏｂｖｉｏｕｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎ- ｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｍｐｔｙ ｈｏｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｉｇｈｔ-ｈｏｌｅ ｂｕｒｎ ｃｕｔ，ｔｈｅ ｆｏｕｒ-ｈｏｌｅ ｂｕｒｎ ｃｕｔ ｅｘｈｉｂｉｔｓ ｍｏｒｅ ａｂｕｎ- ｄａｎｔ ｃｒａｃｋ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｕｒ-ｈｏｌｅ ｂｕｒｎ ｃｕｔ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｉｓ １． ４２ ｔｉｍｅｓ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｉｇｈｔ-ｈｏｌｅ ｂｕｒｎ ｃｕｔ ｂｌａｓｔｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｐｅａｋ ｓｔｒｅｓｓ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ １． ２ ｔｉｍｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｒｏａｄｗａｙ ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ；ｅｍｐｔｙ ｈｏｌｅ ｅｆｆｅｃｔ；ｐａｒａｌｌｅｌ ｈｏｌｅ ｃｕｔ ｂｌａｓｔｉｎｇ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｔｒｅｓｓ 收稿日期２０２０ －０７ －２５ 作者简介柴修伟（１９８０ －） ， 男， 博士、 副教授， 主要从事爆破破岩理 论与技术、岩土工程与安全监测技术研究，（Ｅ-ｍａｉｌ） ｘｗｃｈａｉ＠ ｗｉｔ． ｅｄｕ． ｃｎ。 通讯作者习本军（１９６９ －） ， 男， 总经理助理、 技术中心主任， 主要从 事企业安全技术管理， （Ｅ-ｍａｉｌ）ｈｕｂｅｉｘｆｊｔ＠１２６． ｃｏｍ。 基金项目国家自然科学基金（５１７０９２５７） ； 武汉工程大学研究生教 育创新基金项目（ＣＸ２０１９０９７） 在巷道掘进爆破施工中， 由于矿山大型机械设备的更新， 导致掏槽方式在中小断面的巷道掘进中 受到了很大限制。空孔能够引起掏槽眼周围应力集 中效应， 为掏槽眼提供破碎空间， 进一步加强破岩效 果， 提高巷道掘进速度。 宗琦采用理论分析和数值模拟相结合的方 法［ １］， 研究了深孔直眼掏槽大直径空孔的作用机 理。朱必勇利用数值模拟的手段［ ２］， 得出随着空孔 万方数据 直径增大， 反射应力波和聚集爆破能量的作用更加 显著。柴修伟运用有限元软件ＡＮＳＹＳ／ ＬＳ-ＤＹＮＡ的 ＦＳＩ建模方法分析了空孔直眼掏槽中空孔自由面效 应对深孔掏槽的影响［ ３］。罗学冬基于炸药爆破产 生的应力传播机理［ ４］， 模拟得出在有空孔存在时应 力波优先向自由面和相邻炮孔连线处传播。郑祥滨 等借助ＡＮＳＹＳ ／ ＬＳ-ＤＹＮＡ软件研究单螺旋空孔直 眼掏槽成腔过程， 研究发现掏槽槽腔的成型效果随 着装药孔与空孔的间距增大而变差［ ５］。胡刚依据 直眼掏槽方式槽腔形成力学理论， 通过ＬＳ-ＤＹＮＡ建 立数值模型仿真研究分析了大空孔下复式筒形直眼 掏槽槽腔有效应力的传播规律［ ６］。柯波利用 ＬＳ- ＤＹＮＡ三维非线性动力有限元软件建立渐进式大直 径空孔螺旋掏槽爆破模型， 以中心孔的纵切面分析 了爆破成腔过程［ ７］。陈秋宇在空孔效应的力学模 型基础上， 通过改变空孔与装药孔的间距试验得到 空孔位于裂隙圈时具有定向作用， 且有利于提高爆 炸能量的利用率［ ８］。文梼从不同孔间距系数、 空孔 直径、 炸药种类三个方面展开模拟研究， 结果表明空 孔对爆破后岩石裂纹的扩展有导向作用［ ９］。上述 研究可见诸多学者对空孔直眼掏槽做了大量的研 究， 但大多数都忽略等空孔体积等槽腔等炸药条件 下， 不同空孔直径的直眼掏槽对爆破效果的影响。 通过空孔效应理论， 计算装药孔与空孔之间的 间距， 借助ＬＳ-ＤＹＮＡ软件模拟等槽腔等空孔体积等 炸药三种状态下的两个数值模型， 对比分析不同空 孔直径下掏槽腔体的形成过程和有效应力传播规 律， 揭示等空孔体积等槽腔等炸药下槽腔形成机理， 以期指导工程实践。 １ 空孔效应 在空孔直眼掏槽爆破中， 炸药孔起爆以后， 装药 孔与空孔之间的岩石首先被破碎， 并向空孔方向移 动。在整个槽腔形成的过程中， 空孔的存在能够为 装药孔提供新的自由面。 依据炸药爆炸后产生的应力波在空孔孔壁形成 的反射拉应力必须大于岩石的动态抗拉强度， 确定 出空孔与装药孔之间的距离。掏槽孔起爆后， 在空 孔附近产生的拉应力最大值， 即岩石满足拉裂破坏 条件可表示为［ １０］ σθ ｍａｘ＝（１ ＋ ３λ）ｐ Ｒｈ CJ Ｌ － Ｒ α ≥［σθ］ （１） 式中σθ ｍａｘ为炸药爆炸后应力波在孔壁处反射 成拉应力的最大值，ＭＰａ； ［σθ］为岩石的抗拉强度， ＭＰａ；Ｌ为装药孔中心至空孔中心的距离；Ｒｈ、Ｒ分别 为装药孔半径和空孔半径，ｍｍ；α为应力波衰减系 数，λ为侧应力系数， 均与岩石的泊松比μ有关， 其 中可以表示为α ＝２ － μ／（１ － μ） ；λ ＝ μ／（１ － μ） 。 根据文献［１１］ 可得知在其公式（１）孔壁处投射 压力Ｐ的计算方法， 其公式为 Ｐ ＝ １ ８ ρｅＤ２ ｒｅ ｒ CJ ｈ ２ｎ （２） 式中Ｐ为孔壁处投射压力，ＭＰａ；Ｄ为炸药爆 轰速度，ｍ／ ｓ；ρｅ为装药密度，ｋｇ／ ｍ３；ｒｅ为药卷直径； ｒｈ为炮孔直径；ｎ为多方指数， 一般情况下ｎ ＝３。 由式（１） 和式（２）可知， 当σθ ｍａｘ≥［σθ］时， 满足 在爆破应力波反射拉伸作用下， 空孔孔壁周围岩石才 足以被拉裂破坏， 由此公式整合可以得到式（３） 。 Ｌ ≤ Ｒｈ （１ ＋ ３λ）Ｐ ［σθ II ］ １ α ＋ Ｒ（３） ２ 等空孔体积等槽腔直眼掏槽分析 ２． １ 不同直径空孔的布孔方式 某磷矿矿层为层状和块状， 一般致密坚硬、 强度 高， 节理裂隙基本闭合， 稳定性较好。其巷道掘进采 用钻爆法， 矿山现用的掏槽方式为八空孔直眼掏槽， 每循环进尺为３ ｍ。掏槽孔和空孔均为４５ ｍｍ孔 径， 炸药采用２＃岩石乳化炸药， 其规格为φ ３２ ｍｍ ３００ ｍｍ（３００ ｇ） ， 采用不耦合装药爆破。 根据相关材料参数， 依据空孔效应理论推导的式 （３） ， 代入各参数计算得到Ｌ１≤ ２４２．９ ｍｍ， 即装药孔 与空孔最大间距为２４２．９ ｍｍ。在原有掏槽方式的基 础上进行改进， 最终确定掏槽眼的布孔方式为八空孔 直眼掏槽， 其炮孔布置为５个φ ４５ ｍｍ装药孔，８个 φ ４５ ｍｍ空孔， 具体布孔方式详见图１所示。 图１ 八空孔直眼掏槽布孔方式（ 单位ｍｍ） Ｆｉｇ． １ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ａｒｒａｎｇｉｎｇ ｈｏｌｅｓ ｆｏｒ ｅｉｇｈｔ-ｈｏｌｅ ｐａｒａｌｌｅｌ ｈｏｌｅ ｃｕｔ ｂｌａｓｔｉｎｇ（ｕｎｉｔｍｍ） 为了构建与八空孔直眼掏槽模型等槽腔等空孔 体积等炸药数值模型， 经过计算确定另一个数值模 型布孔方式为四空孔直眼掏槽， 其中５个φ ４５ ｍｍ 装药孔，４个φ ６４ ｍｍ空孔， 再依据空孔效应理论推 ９４第３７卷 第４期 柴修伟， 李建国， 习本军， 等 等体积空孔直眼掏槽槽腔形成过程及其分析 万方数据 导的式（３） ， 代入各参数计算得到Ｌ１≤ ２６１． ９ ｍｍ， 即装药孔与空孔最大间距为２６１． ９ ｍｍ， 具体布孔方 式详见图２所示。 图２ 四空孔直眼掏槽布孔方式（ 单位ｍｍ） Ｆｉｇ． ２ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ａｒｒａｎｇｉｎｇ ｈｏｌｅｓ ｆｏｒ ｆｏｕｒ-ｈｏｌｅ ｐａｒａｌｌｅｌ ｈｏｌｅ ｃｕｔ ｂｌａｓｔｉｎｇ（ｕｎｉｔｍｍ） ２． ２ 数值模型 采用ＬＳ-ＤＹＮＡ分别建立八空孔直眼掏槽数值 模型和四空孔直眼掏槽数值模型， 数值模型单位制 为ｇ-ｍｍ-μｓ， 模型尺寸均为１ ｍ １ ｍ。由于模型的 炮孔大小和相对位置在纵向上不随模型的尺寸而变 化， 将模型简化为二维的平面应变模型， 以３Ｄ单层网 格划分模型， 即在模型厚度的方向上施加位移约束， 同时， 两模型上边界和右边界施加无反射边界条件， 下边界和左边界的两个对称面施加对称约束。根据 对称性简化模型， 建立１／４模型。在模型划分网格时 采用ＳＯＬＩＤ１６４单元， 岩石选用Ｌａｇｒａｎｇｅ网格， 空气和 炸药材料选用Ｅｕｌｅｒ网格，通过关键字* ＣＯＮ- ＳＴＲＡＩＮＥＤ_ＬＡＧＲＡＮＧＥ_ＩＮ_ＳＯＬＩＤ来定义岩体物质、 炮泥与炸药等流体物质之间的流固耦合作用［ １２］。 ２． ３ 材料参数 数值模型主要包括岩石、 空气、 炸药三种材料， 岩 石材料采用塑形随动模型， 岩石的物理力学参数见表 １； 炸药材料采用ＪＷＬ状态方程描述， 参数见表２； 空 气材料采用ＮＵＬＬ模型， 空气密度为１．２９ ｋｇ／ ｍ３。 表１ 岩石材料参数 Ｔａｂｌｅ １ Ｒｏｃｋ ｍａｔｅｒｉａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ 密度／ （ｇｃｍ －３） 弹性模量／ ＧＰａ 泊松比 抗拉强度／ ＭＰａ 抗压强度／ ＭＰａ ２． ８８５５． ０００． ２２９． ５３１２４． ００ 表２ 炸药与ＪＷＬ状态方程参数 Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ａｎｄ ＪＷＬ 密度／ （ｇｃｍ －３） 爆速Ｄ／ （ｍｓ －１） ＣＪ压力／ ＧＰａ Ａ／ ＧＰａＢ／ ＧＰａＲ１Ｒ２ＥＯ／ ＧＰａ １． ２５４６００． ００９． ７０３７４． ００７． ３３４． １５０． ９５７． ００ ３ 数值分析 ３． １ 槽腔形成过程对比分析 选取不同时刻点分析不同时刻有效应力云图。八 空孔直眼掏槽不同时刻有效应力云图见图３。从图３ （ａ） 中可以看出， 在ｔ ＝９．９７ μｓ时， 炸药起爆后爆轰波 冲击炮孔壁后形成强应力波以圆形波面向四周传播， 可以看到装药孔周围岩石开始破碎， 这是由于炸药产 生的爆轰波压力大于岩石的极限抗压强度。应力波继 续向外传播至空孔时， 即在ｔ ＝２４．９３４ μｓ时， 爆炸应力 波首次相遇叠加形成一个类似四边形的应力集中区 域， 在ｔ ＝４９．９５ μｓ时， 爆炸应力波充满整个槽腔， 所有 空孔产生反向拉应力。产生的反向拉应力大于岩石的 极限抗拉强度， 如图３（ｂ） 所示， 在ｔ ＝６９．８８７ μｓ时所有 空孔周围岩石开始发生拉伸破坏。岩石在动载荷作用 下的应力分布受空孔的影响， 导致在装药孔与空孔的 连线上发生较多裂纹扩展， 证明了空孔具有一定的导 向作用。在ｔ ＝２０７９．９ μｓ时， 如图３（ｃ） 所示， 在应力波 和反向拉应力的共同作用下， 装药孔与空孔之间的岩 石完全破碎贯通。贯通之后， 岩石的破碎情况基本不 变， 但随着时间的推移， 槽腔内部的裂纹继续扩展， 在 ｔ ＝３３４０ μｓ时， 如图３（ｄ） 所示， 此时槽腔内部应力均匀 分布， 槽腔基本形成。 图３ 八空孔直眼掏槽不同时刻有效应力云图 Ｆｉｇ． ３ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｔｒｅｓｓ ｃｌｏｕｄ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｅｉｇｈｔ-ｈｏｌｅ ｐａｒａｌｌｅｌ ｈｏｌｅ ｃｕｔ ｂｌａｓｔｉｎｇ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｏｍｅｎｔｓ 四空孔直眼掏槽不同时刻有效应力云图见图 ４， 从图４（ａ） 中可以看出， 在ｔ ＝ ２９． ９８６ μｓ时， 爆炸 应力波在空孔处首次相遇同时在空孔处产生反向拉 应力。在ｔ ＝４９． ９４３ μｓ时， 如图４（ｂ）所示， 所有空 孔周围岩石开始发生拉伸破坏。在ｔ ＝１３２０ μｓ时， 如图４（ｃ） 所示， 装药孔与空孔之间的岩石完全破碎 贯通。在ｔ ＝３０２４． ９ μｓ时， 如图４（ｄ）所示， 原外围 ０５爆 破 ２０２０年１２月 万方数据 ４个装药孔所围成的槽腔所残留的岩石也已经脱 落， 并且可以清晰地看出槽腔外周围的岩石裂纹， 此 时槽腔基本形成。 图４ 四空孔直眼掏槽不同时刻有效应力云图 Ｆｉｇ． ４ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｔｒｅｓｓ ｃｌｏｕｄ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｆｏｕｒ-ｈｏｌｅ ｐａｒａｌｌｅｌ ｈｏｌｅ ｃｕｔ ｂｌａｓｔｉｎｇ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｏｍｅｎｔｓ 比较两种直眼掏槽的有效应力云图， 可以发现 两种掏槽所形成的槽腔面积基本一致。八空孔直眼 掏槽槽腔内部岩石相比于四空孔直眼掏槽更破碎， 但可以看出四空孔直眼掏槽槽腔内部未破碎的岩石 也已经脱落， 并且槽腔外的岩石已有明显的裂纹扩 展， 形成了更大的爆破自由面， 有利于整个断面岩石 的破碎。 ３． ２ 有效应力时间曲线图结果对比分析 为了进一步分析两种直眼掏槽不同位置下应力 波在岩体中的传播规律， 分别选取两模型上４个典型 位置上的单元作为测点进行数据化分析。八空孔直 眼掏槽模型取点位置如图５所示， 四空孔直眼掏槽模 型取点位置如图６所示， 其中， 测点Ａ位于装药孔与 空孔中间位置， 测点Ｂ位于空孔周围， 测点Ｃ位于八 空孔直眼掏槽模型空孔与四空孔直眼掏槽模型无空 孔的等同位置， 测点Ｄ位于距离装药孔较远位置。 图５ 八空孔直眼掏槽测点选取布置图 Ｆｉｇ． ５ Ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｐｏｉｎｔ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｅｉｇｈｔ-ｈｏｌｅ ｐａｒａｌｌｅｌ ｈｏｌｅ ｃｕｔ ｂｌａｓｔｉｎｇ 由图７八空孔直眼掏槽测点有效应力时间曲线 图可知，测点Ｃ的有效应力峰值最大，高达 １５２ ＭＰａ， 测点Ｂ的有效应力峰值９４． ３ ＭＰａ也明显 高于Ｄ测点， 这是由于测点Ｂ、 测点Ｃ位于空孔周 围， 空孔具有应力集中作用。对比测点Ａ和测点Ｄ 可以发现， 位于装药孔附近的测点Ａ有效应力峰值 １１２ ＭＰａ大于位于装药孔远距离的测点Ｄ有效应力 峰值６６． ９ ＭＰａ， 解释了应力波在岩体中传播时急剧 衰减的现象。 图６ 四空孔直眼掏槽测点选取布置图 Ｆｉｇ． ６ Ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｐｏｉｎｔ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｆｏｕｒ-ｈｏｌｅ ｐａｒａｌｌｅｌ ｈｏｌｅ ｃｕｔ ｂｌａｓｔｉｎｇ 图７ 八空孔直眼掏槽测点有效应力时间曲线图 Ｆｉｇ． ７ Ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｔｒｅｓｓ ｔｉｍｅ ａｔ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｉｇｈｔ-ｈｏｌｅ ｐａｒａｌｌｅｌ ｈｏｌｅ ｃｕｔ ｂｌａｓｔｉｎｇ 由图８四空孔直眼掏槽测点有效应力曲线图可 知， 位于空孔周围测点Ｂ的有效应力峰值最大， 高 达１８３ ＭＰａ。对比测点Ａ、Ｃ、Ｄ有效应力峰值大小， Ａｍａｘ ＞ Ｃｍａｘ ＞ Ｄｍａｘ， 也证明了距离装药孔越远， 应 力波的叠加作用越微弱。 图８ 四空孔直眼掏槽测点有效应力时间曲线图 Ｆｉｇ． ８ Ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｔｒｅｓｓ ｔｉｍｅ ａｔ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｕｒ-ｈｏｌｅ ｐａｒａｌｌｅｌ ｈｏｌｅ ｃｕｔ ｂｌａｓｔｉｎｇ 比较八空孔直眼掏槽和四空孔直眼掏槽的有效 应力曲线图， 两模型的所有测点都表现出有效应力 随着时间由上向下呈现下降趋势， 但是数值上有一 定的差距。八空孔直眼掏槽空孔周围测点Ｂ最大 的有效应力峰值为９４． ３ ＭＰａ， 四空孔直眼掏槽空孔 周围测点Ｂ最大的有效应力峰值为１８３ ＭＰａ， 可以 看出随着空孔直径的增大， 空孔周围产生的最大拉 应力值越大。四空孔直眼掏槽空孔直径为八空孔直 眼掏槽空孔直径的１． ４２倍， 最大有效应力峰值增长 了１． ２倍。同样， 两模型测点Ｃ的有效应力峰值差 １５第３７卷 第４期 柴修伟， 李建国， 习本军， 等 等体积空孔直眼掏槽槽腔形成过程及其分析 万方数据 异， 又一次证明了空孔具有应力集中作用及空孔作 为自由面产生拉应力。因此空孔的存在和空孔直径 的增大， 更易于形成爆破槽腔， 为后续装药孔的爆破 提供更大自由面， 能够取得良好的爆破效果。 ４ 结论 （１） 根据空孔孔壁周围岩石在爆破应力波反射 拉伸作用下发生拉裂破坏的条件， 推导出空孔与装 药孔之间距离的计算公式。当装药孔直径为 ４５ ｍｍ， 空孔直径为４５ ｍｍ时， 装药孔与空孔最大间 距为２４２． ９ ｍｍ； 当装药孔直径为４５ ｍｍ， 空孔直径 为６４ ｍｍ时， 装药孔与空孔最大间距为２６１． ９ ｍｍ。 随着空孔直径的增大， 装药孔与空孔之间的距离也 随之增加。 （２） 爆炸应力波首次相遇在槽腔内部形成一个 类似四边形的应力集中区域。空孔对应力波的传播 具有导向作用， 装药孔与空孔的连线区域上发生较 多的裂纹扩展。随之空孔直径的增大， 裂纹扩展越 明显范围更大。 （３） 对比八空孔直眼掏槽和四空孔直眼掏槽槽 腔的形成过程， 二者槽腔面积基本一致， 但四空孔直 眼掏槽槽腔外的岩石存在更多的裂纹扩展， 有利于 后续爆破形成更大的自由面， 提高岩石的破碎效果。 （４） 比较两模型有效应力曲线图， 两模型的所 有测点都表现出有效应力随着时间由上向下呈现下 降趋势， 但是数值上有一定的差距。随着空孔直径 的增大， 空孔周围产生的最大拉应力值越大。四空 孔直眼掏槽空孔直径为八空孔直眼掏槽空孔直径的 １． ４２倍， 最大有效应力峰值增长了１． ２倍。 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ） ［１］ 宗 琦， 邵连军．立井深孔直眼掏槽大直径中心空孔 作用分析和参数计算［Ｊ］．爆破，２０１５，３２（１） １１-１５． ［１］ ＺＯＮＧ Ｑｉ，ＳＨＡＯ Ｌｉａｎ-ｊｕｎ． Ｌａｒｇｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｅｍｐｔｙ ｈｏｌｅ ｅｆｆｅｃｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｐａｒａｌｌｅｌ ｃｕｔ ｉｎ ｒｏｃｋ ｓｈａｆｔ［Ｊ］． Ｂｌａｓｔｉｎｇ，２０１５，３２（１） １１-１５．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［２］ 朱必勇， 贺 严， 焦文宇， 等．直孔掏槽爆破中空孔效 应的数值模拟研究［Ｊ］．矿业研究与开发，２０２０， ４０（２） ５８-６１． ［２］ ＺＨＵ Ｂｉ-ｙｏｎｇ，ＨＥ Ｙａｎ，ＪＩＡＯ Ｗｅｎ-ｙｕ，ｅｔ ａｌ． 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