定向卸压隔振爆破

　　《定向卸压隔振爆破》一书能对工程爆破研究起到积极推动作用，并能对采掘行业进行有效指导，能带来巨大的社会效益与经济效益，是一本集知识性、创新性与实用性于一体的著作。

　　《定向卸压隔振爆破》是一本实用性与创新性为一体的工程爆破学专著。作者结合多年爆破施工经验及研究成果，系统阐述了工程爆破新兴技术——定向卸压隔振爆破，详细论述了定向卸压隔振爆破的卸压机理和效应、定向卸压隔振爆破材料的作用机制与效果、定向卸压隔振爆破材料间隔层间隔材料的技术原理和效果、数值模拟定向卸压隔振爆破应力波作用的分布规律，并列举了该技术在露天边坡工程、井巷工程的应用实例及施工方法。

　　张志呈 1933年3月 重庆市粱平县
　　一、 学历：
　　⑴1955年7月毕业于昆明工学院采选系采矿专业（现名昆明理工大学）
　　⑵1991年3月－7月四川外语学院出国留学预备人员培训部学习。
　　二、工作单位：
　　1.
冶金部新疆有色局可可托海矿务局（1955年7月－1975年11月）；冶金部邯邢矿山管理局矿山研究所（1975年12月－1981年6月）。主要从事生产现场的科研工作：采矿方法、矿山压力、工程爆破的试验研究。

　　2.
四川建材学院（1981年7月－1993年11月）：西南工学院；西南科技大学（1993年12月至今），1981年7月至今（1998年3月退休）。

　　⑴主要从事教学和科研工作，主研方向：工程控制爆破；
　　⑵1984年7月至1993年6月曾任四川建材学院非金属矿系系副主任、非金属矿研究所副所长（非金属矿系相似于现在的西南科技大学环境与资源学院）；

　　⑶1992年终身享受国务院政府特殊津贴；
　　⑷1995年为西南工学院首批学术带头人；
　　⑸1993年以前与东北大学、重庆大学、昆明理工大学等的老师合作培养研究生。
　　三、社会兼职：
　　1. 国内：⑴国家建材局高校非金属类专业教学指导委员会委员；
　　⑵国家建材局爆破安全技术考核专家组成员；
　　⑶中国爆破协会理事、四川硅酸盐学会理事、四川石材协会理事。
　　⑷1984年-1988年被聘为绵阳地区科学技术顾问团成员、绵阳地区科技技术咨询委员会委员。
　　2. 国际：⑴1998年被聘为美国自然科学研究协会顾问；
　　⑵1995年被英国剑桥世界名人传记中心列入《世界名人》。
　　四、出国学习考查和参加国际学术会议：
　　1. 出国学习考查：1986年11月－12月赴美国、加拿大有关高校学习和教学考查；
　　2.
参加国际学术会议：⑴第十四届世界采矿大会（并贴展论文）；⑵第二届世界非金属大会（专业组宣读论文）；⑶第二届国际工程爆破学术会议（分组宣读论文）。

　　五、教材及专业书籍的编写：
　　1. 主编教材和专业书籍：
　　⑴编写情况：主编教材和专业书籍七本：其中①教材一本、专著2本、编著专业参考书4本；②主编5本、副主编2本；
　　⑵获奖情况：①教材《爆破原理与设计》1992年出版，获四川省科技优秀图书奖；
　　②《爆破基础理论与设计施工技术》1994年出版，获四川省科技进步三等奖；
　　③《定向断裂控制爆破》2000年出版，获西南西北地区优秀科技图书二等奖。
　　2. 参编教材：参加全国八所高校通用教材（与郭学彬老师合作编写）
　　六、发表论文：公开发表151篇，其中作者105篇，第二作者46篇。
　　七、科研成果及获奖情况：
　　1. 在冶金部所属单位工作期间完成科研项目16个；
　　1979年“多孔粒状铵油炸药”获冶金部科技成果一等奖（该项目主研冶金部长沙矿山院高梦义、杨献珍，协作单位为邯邢矿山研究所、原石家庄化工厂等，我督促多孔粒状硝酸铵的生产和生产应用的试验研究和组织鉴定会务工作）。

　　2.自四川建材学院以来1981年－2008年完成科研项目15个，获四川省人民政府、广西省人民政府、中国建材协会等科技进步奖二、三等奖共12个；

　　3.已获国家知识产权局授权的实用新型专利三个（证书）。
　　八、国内先试验研究的创新项目：
　　1.微差爆破（1956年3月，苏联专家吉亚科夫协助）；
　　2.硐室爆破“浅孔崩落充填法”（1958年6月）；
　　3.切槽爆破切槽钻具（1989年6月）；
　　4.石材开采周边爆破（1992年3月）；
　　5.爆破地震波的波导效应（2001年7月）；
　　6.爆破地震波的波道效应（2001年11月）；
　　7.护壁控制爆破（2007年10月）；
　　8.定向卸压隔振爆破（2009年5月）。

绪论

编 定向卸压隔振爆破技术基础

章 岩石力学在定向卸压隔振爆破工程实践中的重要性
节 岩石的力学性质岩体结构特征在定向卸压隔振爆破施工中的重要影响
第二节 岩石的动态特性
第三节 不同装药结构传入岩石的爆炸载荷
第四节 岩石在动载荷作用下的性质和强度
第五节 冲击载荷作用下岩石变形规律与特征
第六节 岩石在不同加载条件下的应力应变
第七节 岩体的节理（裂隙）对定向卸压隔振爆破的影响和作用
第八节 岩体结构面状态与岩体分类
第九节 工程爆破参数取值与定向卸压隔振爆破参数的取值依据

第二章 定向卸压隔振爆破实行单排多孔同时起爆的破岩原理
节 岩体爆炸应力波的作用原理
第二节 岩体爆破自由面上的应力波
第三节 定向卸压隔振爆破采取单排多孔同时起爆的应力波破岩机理
第四节 相邻炮孔同时起爆（ ）与延时起爆（ ）应力波传播规律

第三章 工程控制爆破的装药结构与定向卸压隔振爆破装药结构的特点
节 装药结构的形式
第二节 炮孔不耦合装药结构的作用机理与不耦合系数的计算
第三节 径向间隙效应与不耦合系数合理范围
第四节 不同耦合系数的爆破效应和孔壁压力
第五节 定向卸压隔振爆破不耦合装药结构的特点
第六节 不耦合装药结构的工程实例

第二编 爆破对岩体的损伤
第四章 岩石损伤基础理论
节 岩体损伤理论研究现状
第二节 岩体损伤及损伤变量
第三节 岩体损伤理论模型

第五章 岩石损伤检测与预测评估
节 岩体损伤变量及损伤变化率的检测
第二节 岩体爆破损伤的探达检测
第三节 质点峰值振动速度对岩体爆破损伤的预测与评估
第四节 弹性理论预估隧道围岩爆破松动圈的厚度

第六章 动载荷冲击作用下岩石的损伤特性
节 岩石动力破坏的基本理论[27]
第二节 轻气炮冲击实验原理及测试系统
第三节 岩石冲击实验试件的钻取和加工
第四节 岩体冲击损伤试验※①
第五节 爆破冲击作用下岩体损伤的模型试验
第六节 节理岩体损伤范围
第七节 岩石冲击过程的数值模拟

第七章 露天台阶爆破岩体损伤特性与损伤范围
节 炸药性能对岩体的破坏程度或范围
第二节 露天声控多排爆破岩体深处的爆破损伤
第三节 露天边坡预裂爆破岩体损伤实例
第四节 露天边坡工程光面爆破对岩体的损伤与损伤范围
第五节 露天台阶爆破爆区后方不同距离岩体的损伤特征
第六节 露天台阶爆破对炮孔底部和后部保留岩体的损伤和范围

第八章 地下工程开挖爆破对围岩损伤特性及损伤范围
节 地下巷道掘进对围岩的破坏损伤范围和超挖量
第二节 地下洞室开挖爆破对围岩的损伤和破坏范围
第三节 爆破对围岩的损伤范围
第四节 深部巷道围岩分区破坏现象

第九章 爆破动载荷作用下岩体累积损伤效应
节 模型累积损伤试验
第二节 深孔台阶爆破岩体累积损伤试验
第三节 地下工程爆破开挖岩体累积损伤效应

第三编 定向卸压隔振爆破技术原理与效应分析
第十章 定向卸压隔振爆破的原理

第十一章 定向卸压隔振爆破作用机制与卸压隔振效应
节 定向卸压隔振爆破机制
第二节 定向卸压隔振爆破隔振效应
第三节 定向卸压隔振爆破隔振护壁效应的模型试验
第四节 定向卸压隔振爆破定向卸压效应
第五节 炮孔底部空气间隔长度的试验与选择

第十二章 轴向间隔装药间隔材料的技术原理与效果
节 炮孔装药结构间隔材料爆破技术原理
第二节 炮孔间隔装药间隔层材料的效果试验
第三节 炮孔间隔装药间隔层材料作用效果的理论计算
第四节 空气和水介质间隔装药结构爆破作用机理与效果
第五节 水介质与空气间隔装药爆破应力波衰减的规律

第十三章 定向卸压隔振爆破隔振材料的作用机理与效应
节 定向卸压隔振爆破隔振材料的作用机理
第二节 定抽卸压隔振爆破隔振材料不同厚度的效果试验
第三节 定向卸压隔振爆破药包加装隔振材料的效果试验
第四节 定向卸压隔振爆破药包加装半圆形管材料的选择

第四编 定向卸隔振爆破的数值模拟与破爆炸波分布规律
第十四章 定向卸隔振爆破数值模拟
节 数值模拟方法
第二节 定向卸压隔振爆破应力波作用规律
第三节 定向卸压隔振爆破装药结构的爆破效应
第四节 定向卸压隔振爆破隔振材料在炮孔内赋存位置对爆破效果的影响

第十五章 定向卸压隔振爆破爆炸波分布规律的高速摄影
节 试件与测试系统
第二节 测试结果与分析

第五编 定向卸压隔振爆破在生产实践中的应用
第十六章 定向卸压隔振爆破露天边坡中的应用
节 定向卸压隔振爆破露天边坡中的应用
第二节 塑料管的加工
第三节 定向卸压隔振爆破生产现场装药工艺程序

第十七章 定向卸压隔振爆破在井巷工程中的应用
节 定向卸压隔振爆破隔振护壁在龙山16号油气井坑抗滑桩开挖中的应用
第二节 定向卸压隔振爆破隔振护壁在煤矿岩质巷道掘进中的应用
第三节 定向卸压隔振爆破隔振护壁在鄰矿巷道掘进中的应用

作者序
长期以来，爆破技术几乎是破碎岩石的手段。在矿山开采、建筑物拆迁、铁路建设、水利水电、材料加工、填筑路堤、石油化工建设、城市地铁、地下管道，以及处理油井卡钻事故等工程与生产领域，工程爆破都有其他技术不可替代的作用。即使是在与隧道掘进机和液压冲击锤等重型机械竞争的今天，爆破技术在中硬以上较硬岩石中的开挖中仍然具有不可替代的优势。

但是爆破造成的主要危害还没有较好的解决，例如：
（1）爆破对岩质边坡保留岩体和井巷（隧道）围岩的破坏和损伤引起边坡滑塌，隧道滑落；
（2）爆破产生爆破地震对爆破区附近或地面建筑物、构筑物造成的破损和稳性累积效应，降低其服务年限。
下面仅以露天爆破为例：
由于爆破破坏了原岩应力状态和掩体结构构造，从而影响了保留岩体和围岩的稳定性，由此而造成的边坡滑塌、井巷围岩垮塌等恶性事故。在边坡滑塌方面，引起中央、国务院关注的有大冶铁矿、海南铁矿、抚顺西露天矿等等。20世纪80年代初期，攀钢巴关河石灰矿在露天采矿爆破中曾多次诱发滑坡，严重的一次滑坡两达416万方，给生产和安全造成严重影响。2008年10月，海南昌江县七叉镇抗阻岭石灰矿发生滑坡事故，酿成3死1伤；2010年4月，四川省峨眉山市顺江采石场发生垮塌事故，共造成13人遇难。这些都与爆破频繁、掩体结构构造长期累积损伤或破坏而发生。

由此可见，探索研究安全、高效、低耗的控制爆破技术在露天开挖岩土工程和井巷隧道等采掘工程中是很有必要的。
上世纪末，国内外的专家学者利用导向原理、改变炮孔形状、控制药包形状达到定向断裂控制爆破的目的，比起常规爆破，它们减少了控制量，改变了爆破对孔壁的作用方向，在炮孔连线方向上优先形成裂隙，对边坡工程、采掘工程等围岩或保留岩体的稳定性起到了一定作用，但却往往在炮孔保留岩体或围岩处产生许多裂隙或破坏，在裂隙发育或低强度岩体条件下，爆破更差。一直以来，始终没有解决爆破产物对孔壁保留岩体或围岩的损伤破裂问题。

近几年来，笔者在技术服务和科学研究中提出了通过阻隔爆破冲击波、应力波、降低冲击波峰值压力，使之不对炮孔保留岩体或围岩的直接作用的爆破方法，并称之为“定向卸压隔振爆破”，或简称为“卸压隔振爆破”“定向卸压隔振护壁爆破”。

这种方法经中国人民解放军总参工程兵三所，中国人民解放军理工大学、中国物理研究所、中国矿业大学现代爆破研究所、西南交通大学高温研究所实验研究证明：可以使得46.95%爆炸能量被半圆形塑料管限制阻隔、吸收和滞留，入射波透射系数降低40%~50%，爆破地震强度降低至30%~60%，在隔振塑料管的一侧剪应力是隔振材料的3.5倍，炮孔底部空气间隔压力降低30%以上，可将应力波在岩体中的作用时间延长2~5倍。

实验证明，定向卸压个阵克服了常规光面爆破、预裂爆破、断裂控制爆破等爆破技术的不足之处，是一项有先进性、开拓性的爆破技术。
本书的一个重要特点是：体现了继承性与前瞻性的有机结合，既有比较成熟和经典的理论和技术知识，又有新技术和新进展，坚持了科学性、实用性和先进性，将理论与实际有机地结合了起来。

本书在写作工程中得到中国工程院院士冯叔瑜、鲜学福、古德生、中国科学院院士经福谦等人的大力支持，并得到重庆大学李通林教授、西南科技大学校长肖正学教授等的支持，也得到了课题组成员向开伟、郭学彬、何绍田、蒲传金、肖定均等的支持。在此，特向所有对本课题和本书的撰写与出版给予支持与鼓励的人表示衷心的感谢。

由于编写时间仓促，加之个人水平有限，书中难免会有一些缺点和错误，在此敬请各位读者批评指正。