【摘要】本文通過不耦合裝藥爆炸後形成的動應力場和準靜態應力場的理論及有限單元法計算，對斷裂控製爆破開采石材的機理進行了分析研究，並做了實驗驗證。結果表明：當選用合適的炸藥並采用一定形式的不耦合裝藥時，炸藥爆炸形成的衝擊波對周圍岩石不發生破壞，同時依靠炸藥爆炸後形成的準靜態高壓氣體，可使岩石沿孔間連線方向形成整齊的斷裂麵，運用這種機理可成功地在開采石材中歸納總結出爆破參數，推動我國石材工業的發展。
【關鍵詞】斷裂控製爆破石材開采爆破機理
我國石材資源豐富，但開采手段一直沿用手工劈裂法及普通爆破法，荒料損失大，生產效率低，阻礙了我國石材工業的發展。改革開放以來，我國相繼從國外引進了一些先進的石材開采設備及工藝，但這些設備使開采成本提高，所以在我國石材礦山尤其是中小型礦山受經濟、技術條件及設備等因素限製，不能推廣應用。目前我國幾百個石材礦山，除宜興、杭州、雲浮等少數幾個機械化程度較高外，絕大部分礦山仍以爆破法為主，因此，根據我國這種現狀，尋求合理的爆破方法並對其機理進行分析研究，使之應用於我國礦山開采，是促進石材工業發展的有效途徑。
斷裂控製爆破技術具有高效，簡便和成本低的特點，對其爆破機理進行研究，探索其應用於石材礦山開采中，既能保護岩石不受爆炸損傷，保證爆後分離的石材質量，又能使岩石斷裂脫離母岩，這是有著十分重要意義的。
1斷裂控製爆破的機理分析
在爆破中，爆炸能從中心傳播到周圍岩體是一個複雜的過程，它部分地受炸藥與岩石匹配阻抗的影響，部分地受不耦合性及孔內膨脹氣體的影響。為了區分這兩個概念，我們把作用到岩石的爆炸能區分為動應力作用與準靜態應力作用，理論分析及試驗驗證均已證明，盡管衝擊波與高壓氣體都作用在岩石上，但兩者是分離的。從而分別考慮、分析和計算動應力與準靜態應力的破壞作用。
1.1動應力衝擊壓力計算
炸藥爆炸後形成壓力極高的衝擊波和高溫高壓氣體，在石材開采爆破中一般要采用不耦合裝藥方式。當增大不耦合比及選用低能炸藥時，孔壁上所受到的衝擊壓力會急劇衰減，當衰減到一定值時，孔壁上所受的衝擊壓力不足以使岩石產生裂紋。下麵我們分析其作用。
由於岩石的抗壓強度遠大於其抗拉強度，因此在考慮炸藥爆炸後產生的衝擊破壞作用時，我們隻分析拉應力的破壞情況。在孔內動應力作用下，孔壁附近的岩石產生環向拉應力，當拉應力值超過岩石的抗拉強度時，便產生放射狀多條徑向列紋，嚴重破壞石材。為了避免這種情況，應使環向拉應力值低於岩石抗拉強度，根據彈性動力學理論，距孔中心線距離為1的點的環向拉應力。
目前國內外常用的開采石材炸藥為黑火藥和古利特炸藥，將這兩種炸藥和炸藥參數代入式、式並取孔徑40mm，計算不同炸藥的環向拉應力值。
對於較堅硬的岩石，實驗證明，岩石的破壞強度不僅取決於應力狀態及其量值，而且還與加載速率有關，炸藥爆炸後岩石的動抗拉強度比靜抗拉強度高出2~3倍以上。不同炸藥的動應力衝擊作用相差很大，當選取合適的炸藥及裝藥參數時，能消除炸藥爆炸後對岩石的動應力衝擊破壞作用，保護開采岩石及母岩不受爆炸損傷，從而在石材開采中完全可以采用爆破方法。
1.2準靜態離壓氣體作用機理
炸藥爆炸後動應力衝擊作用是使岩石破壞，產生放射狀裂紋的主要原因。其能量包含在衝擊波能中，通常衝擊波所含的能量是爆炸能中非常微小的一部分。爆炸實驗表明，高能炸藥在堅硬岩石中爆炸應力波占的能量為總能量的10~15%，低能炸藥則更少。盛下的大部分能量儲存於爆炸後產生的高溫高壓氣體中。他們實驗中分別用爆炸絲和高壓油模擬衝擊波和高壓氣體作用，結果表明：當岩石中沒有圍壓時，單獨由高壓氣體作用產生的裂紋長度是單獨由衝擊波作用產生的裂紋的10~100倍，如果控製不耦合比、裝藥性質和參數可使岩石不產生徑向裂紋，同時可以認為岩石斷裂是由高溫高壓氣體絕熱膨脹引起。下麵我們將分析計算高溫髙壓氣體的作用機理。