中国矿业大学（北京）王雁冰副教授团队提出水耦合系数是影响环向水耦合爆破的关键参数，水耦合系数改变直接影响爆炸应力应变峰值，进而促进裂纹扩展发育，影响岩石破碎效果。相关成果以“ Influence of water coupling coefficient on the blasting effect of red sandstone specimens”为题发表在International Journal of Coal Science & Technology，https://doi.org/10.1007/s40789-023-00620-6或点击文末“阅读原文”）。
在爆破工程中，如何提高爆破能量利用率，改善爆破破岩效果，降低爆破成本，一直是亟待解决的问题。随着高威力抗水炸药（如水胶炸药、乳化炸药等）使用的推广，向炮孔中添加水介质以期改善爆破效果成为可能。环向水耦合爆破正是是利用水介质作为传递爆炸能量的载体，药包直接与水介质接触，利用水介质的不可压缩性等性质，改变爆炸冲击波传播规律和爆炸应力应变峰值，从而影响爆破效果。在实现环向水耦合爆破的过程中，水耦合系数正是最为关键的参数。本文开展了不同水耦合系数下的红砂岩爆破试验，探讨不同水耦合系数下岩石的动态断裂行为。
研究发现水耦合系数能直接影响作用于孔壁处的峰值压力，随着水耦合系数的增大，孔壁压力峰值减小（图1），粉碎区面积减小，爆炸能量能合理利用于裂纹扩展阶段，从而达到改善爆炸效果的目的。
图1 不同水耦合系数下孔壁压力的数值计算结果
水耦合系数改变直接影响爆后试件的裂纹形貌，这不仅表现在被爆介质的表面裂纹，更体现在其内部裂隙结构（图2）。
图2 爆后岩石试件及其CT重构模型
随着水耦合系数的增大，更多的水介质参与到爆破过程后，炮孔壁处的孔壁压力峰值降低，同时水介质还会随高压爆轰产物楔入裂缝尖端进一步促进裂纹更快速、更深入地发育扩展，使得裂纹数量增多，试件破坏形态复杂。
将环向水耦合爆破方法应用于工程爆破能有效提升爆破效率，降低爆破材料的消耗，但受限于装药结构的爆破机理和装药结构的现场实现，环向水耦合爆破方法并未在工程现场推广开来。本研究基于此开展了相关探讨，希望随着环向水耦合爆破的装药技术不断完善，将其应用于工程实践成为可能。
王雁冰，现任中国矿业大学（北京）力学与土木工程学院岩土工程系副主任，副教授，博士生导师。越崎青年学者，入选中国科协青年人才托举工程。主要从事地下工程建设、岩石动力学等方面的教学和研究工作。主持/参与国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金青年基金、中国博士后科学基金、中国博士后科学基金面上项目等10项，在International Journal of Rock Mechanics and Mining Science等刊物上发表学术论文40余篇，获得专利授权20余项，先后获得多项科研奖励。
近年来，所在团队（杨仁树教授团队）聚焦矿山现实问题，围绕煤矿岩巷掘进，开展了大量卓有成效的工作，主要成果如下：
（1）合作研发了煤矿许用数码电子雷管与安全可靠起爆技术，揭示了精准延期对爆破裂纹扩展的影响机理，研究成果为安全高效爆破奠定基础。
（2）开发了中深孔高效掏槽与围岩损伤控制爆破新技术，解决了岩巷爆破效率低、围岩损伤范围大的技术难题，实现了煤矿岩巷的安全高效掘进。
（3）合作开发了岩巷“随钻随探”岩性智能感知系统，研发了新型钻锚一体机，显著提高了掘进施工的安全性及智能化水平。
引用格式： Li, Y., Yang, R., Wang, Y. et al. Influence of water coupling coefficient on the blasting effect of red sandstone specimens. Int J Coal Sci Technol 11, 8 (2024). https://doi.org/10.1007/s40789-023-00620-6
编辑整理：陶 赛
审 核：王婉洁
