隨著新一輪“西部大開發(fā)”國家戰(zhàn)略的深入實施，我國現(xiàn)代交通基礎設施建設重點正逐步向地質條件復雜的西南山區(qū)延伸板巖地層中的隧道工程數(shù)量日益增多。掏槽爆破作為板巖隧道及井巷鉆爆法施工的關鍵環(huán)節(jié)，其參數(shù)設計直接影響爆破效果與施工質量。由于板巖層理傾角的變化會顯著影響爆炸應力波的傳播路徑與裂紋擴展方向，掏槽角度的設計需綜合考慮層理傾角的影響

貴州大學陶鐵軍教授團隊針對巴岳山板巖隧道工程中存在的掏槽成腔效果不理想、炮孔利用率低等問題，開展了板巖隧道爆破損傷機理與優(yōu)化設計研究。團隊以現(xiàn)場鉆芯取樣的板巖為研究對象，通過靜動力學試驗確定其力學參數(shù)，并據(jù)此標定了HJC本構模型參數(shù)；借助ANSYS/LS-DYNA軟件對掏槽爆破過程進行數(shù)值模擬，定量分析有效應力的傳播規(guī)律與圍巖損傷演化特征；最終揭示了不同層理傾角條件下的最優(yōu)掏槽角度，并通過現(xiàn)場試驗驗證了該方案的科學性，為隧道安全、高效施工提供了關鍵技術支持。

巖石與炮孔參數(shù)確定

基于巴岳山隧道現(xiàn)場巖體情況，經(jīng)鉆芯取樣并嚴格按照國際巖石力學學會的標準制備3種不同層理傾角巖樣后進行靜動力學試驗，獲取力學參數(shù)。通過單軸與三軸壓縮試樣獲得板巖的單軸抗壓強度、彈性模量、泊松比以及HJC本構模型強度參數(shù)B、N值；通過巴西劈裂試驗獲得板巖抗拉強度；動力學試驗在Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB)系統(tǒng)上開展，為計算HJC參數(shù)提供數(shù)據(jù)。

Fig. 1 SHPB動力學試驗系統(tǒng)

本研究基于巴岳山隧道現(xiàn)場炮孔布設情況構建分析模型，發(fā)現(xiàn)掏槽角度是決定楔形掏槽爆破效果的關鍵參數(shù)，對爆破效果具有顯著影響。較小的掏槽角度有助于引導爆破能量，提高能量傳遞效率，但容易造成巖石過度破碎；而較大的掏槽角度雖有利于實現(xiàn)巖石的大面積破碎、提升炮孔利用率，但也伴隨掏槽失敗的風險。

結合板巖具體數(shù)據(jù)進行分析表明：當掏槽角度小于60°時，槽腔中心合力過大，爆破能量難以有效釋放，易導致巖石過度破碎且拋擲距離過遠；隨著掏槽角度由60°增大至70°，合力減小31.63%；進一步增至80°時，合力減小49.23%。然而，若掏槽角度達到80°，爆破能量過于分散，無法滿足合力大于掏槽在最小抵抗線上形成空腔所需的總阻力，從而導致掏槽失敗。

綜上，現(xiàn)場掏槽角度的合理選取范圍應為60°~80°。但目前針對不同層理傾角條件下的掏槽孔角度精準布設方法，仍有待進一步研究確定。

Fig. 2 炮孔解析

現(xiàn)場試驗

基于楔形掏槽破巖基礎理論、仿真結果以及現(xiàn)場試驗，在層理厚度、間距以及炮孔裝藥量等參數(shù)均一致的情況下，當板巖隧道層理傾角分別為0°、60°、90°時，最優(yōu)掏槽角度分別設計為80°、70°、60°，可實現(xiàn)最大有效峰值應力及爆破損傷區(qū)域，從而達到最佳的掏槽爆破效果。

陶鐵軍

貴州大學

教授

貴州大學礦業(yè)學院三級教授，博士研究生導師，國務院特殊津貼專家、貴州省“省管專家”，獲貴州省高層次人才“百層次”、貴州省優(yōu)秀青年科技人才、貴州省青年科技獎、江西省首批“雙千”人才，現(xiàn)任貴州省隧道與地下空間安全建造與智慧運維創(chuàng)新人才團隊負責人、中國爆破行業(yè)協(xié)會常務理事和專家委員會委員、貴州省力學學會監(jiān)事會副主席。主要從事爆破工程、安全工程、巖土工程的教學與科研等方面的研究，主持國家自然科學基金等省部級課題10余項，先后發(fā)表學術論文100余篇，其中EI、SCI收錄30余篇，出版專著1部，獲國家知識產權局授權發(fā)明專利15項（第一完成人11項）、實用新型專利18項，獲貴州省科學技術進步一等獎1項（第7）、二等獎3項（第1、1、3）、三等獎1項（第2），中國爆破行業(yè)協(xié)會科技進步一等獎3項（第1、2、7）、二等獎3（第1、2、5）項，獲中國巖石力學與工程學會科技進步二等獎1項（第5），主持或參與起草行業(yè)標準2項、地方標準2項、省級工法2項。

《金屬礦山》簡介

《金屬礦山》由中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司和中國金屬學會主辦，主編為中國工程院王運敏院士，現(xiàn)為北大中文核心期刊、中國科技論文統(tǒng)計源期刊（中國科技核心期刊）、中國精品科技期刊（F5000頂尖學術論文來源期刊）、中國百強報刊、RCCSE中國核心學術期刊（A）、中國期刊方陣雙百期刊、國家百種重點期刊、華東地區(qū)優(yōu)秀期刊，被美國化學文摘（CA）、美國劍橋科學文摘（CSA）、波蘭哥白尼索引（IC）、日本科學技術振興機構數(shù)據(jù)庫（JST）等世界著名數(shù)據(jù)庫收錄。主要刊登金屬礦山采礦、礦物加工、機電與自動化、安全環(huán)保、礦山測量、地質勘探等領域具有重大學術價值或工程推廣價值的研究成果，優(yōu)先報道受到國家重大科研項目資助的高水平研究成果。根據(jù)科技部中國科技信息研究所發(fā)布的《2024中國科技期刊引證報告（核心版）》，《金屬礦山》核心總被引頻次位列26種礦業(yè)工程技術學科核心期刊第1位；根據(jù)中國知網(wǎng)發(fā)布的《中國學術期刊影響因子年報》（2024版），《金屬礦山》學科影響力位居73種礦業(yè)期刊第9位。

供稿：曾文旭

編排：余思晨

審核：王小兵

利用提供參考依據(jù)。

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