定向拉张爆破可视化试验研究及工程应用

摘要

钻爆法在岩体开挖领域得到了广泛应用，定向断裂控制爆破是其中的重要应用方向之一.为此，针对岩石材料抗拉强度远低于其抗压强度的力学特性，提出一种爆破后仅在孔壁预设方向产生一个近似二维单裂面的控制爆破技术—定向拉张爆破（Directional tensile blasting, DTB）.分析了DTB技术定向致裂原理，采用自主研制的试验系统开展了DTB可视化试验，并在煤矿现场进行了DTB定向切顶试验.研究结果表明：（1）DTB技术通过非炸药含能材料（膨胀剂）瞬间反应在孔内产生高温高压气体对介质产生膨胀致裂效果，并通过拉张爆破装置控制裂缝起裂及扩展方向；（2）DTB技术通过拉张爆破装置的调控作用使得孔壁在预裂方向产生集中拉应力，从而通过拉张作用在试件预裂方向产生I型裂缝，形成定向、单一裂面；（3）在复合顶板巷道100 m试验段范围内，采用DTB技术切顶后孔内平均裂缝率达到92%，取得了理想的定向断裂效果，有效降低了巷道应力水平，缓解巷道变形情况.研究结果有助于揭示DTB技术定向拉张致裂机理，促进DTB技术在定向破岩领域的应用.

关键词

定向断裂 / 拉张爆破技术 / 非炸药爆破 / PMMA / 定向切顶

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52404155); 江苏省基础研究计划资助项目(BK20231071,BK20221130); 中国博士后科学基金特别资助项目(2025T180904);中国博士后科学基金面上资助项目(2024M753523); 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室开放基金课题(XD2024006); 江苏省青年科技人才托举工程资助项目(JSTJ-2023-XH036)