为分析不同单位面积炸药量及不同截面应力下的钢筋混凝土立柱爆破后破坏特征及应变演化规律，以弹性力学理论为基础，利用自主研制的单轴惯性动载力学模型试验系统对12个钢筋混凝土立柱进行爆破试验。当钢筋混凝土立柱上部截面应力为0 MPa时对应单位面积炸药量为0.11 kg/m2、0.23 kg/m2、0.27 kg/m2; 上部截面应力为2 MPa时对应单位面积炸药量为0.13 kg/m2、0.18 kg/m2、0.23 kg/m2;上部截面应力为3 MPa时对应单位面积炸药量为0.18 kg/m2、0.23 kg/m2、0.32 kg/m2; 上部截面应力为4 MPa时对应单位面积炸药量为0.13 kg/m2、0.18 kg/m2、0.23 kg/m2，并且运用数值仿真模拟软件对不同截面应力影响爆破效果进行模拟分析。定义纵向中轴线破碎距离来描述立柱爆破后的破碎范围，通过理论推导、现场试验及数值模拟软件分析不同影响因素下的中轴线破碎距离及应变演化规律得出：随着截面应力的增加，越接近中轴线的耦合切向应力越大，与加载方向垂直的耦合切向拉应力相对减小; 当单位面积炸药量约小于0.15 kg/m2时，随立柱截面应力增大，立柱中轴线破碎距离不断减小; 当单位面积炸药量约大于0.15 kg/m2时，随着截面应力的递增，中轴线破碎距离不断增大，立柱的切向拉应变峰值呈上升趋势，径向压应变峰值绝对值逐渐减小; 当截面应力一定时，随着单位面积炸药量的增加，立柱纵向中轴线破碎距离增大，但是增长幅度却随着单位面积炸药量的增加而减小，同时立柱的切向拉应变峰值增大，径向压应变峰值绝对值也呈上升趋势; 随着截面应力的增大，立柱损伤云图中轴线上损伤距离不断增大，且裂纹倾向于加载轴向扩展，进一步验证试验结论的正确性。

利用密闭爆发器实验系统, 对一种新型裂岩器材的装填药剂燃烧性能进行了研究, 以此对后续产品中的药剂组分、比例进行指导性调控。设计了9∶1~4∶6不同梯度组分的混合药剂进行密闭爆发器实验, 对所有药剂的p-t曲线及dp/dt-t曲线分析后确定火药力实验中所用药剂配比为7∶3与5.5∶4.5。使用0.12 g/cm3、0.2 g/cm3两种装填密度对混合药剂进行火药力实验, 参照火药燃速处理方法, 假设混合药剂为单一整体, 密度为1.5 g/cm3, 在此假设基础上得到药剂燃烧的Γ-ψ曲线及相应的火药力、燃速系数等参数, 其中单+添(7∶3)配方的火药力最高, 为564.87 kJ/kg, 双+添(7∶3)配方的火药力比之略低, 但仍高于5.5∶4.5配方的火药力。通过对药剂的Γ-ψ曲线分析解释了双+添(5.5∶4.5)配方在实验中出现明显燃烧未完全现象的原因; 对混合药剂对应火药力、燃速系数的分析发现, 火药对整体药剂的做功能力占主导性因素, 火药占比的上升会显著提高药剂的燃烧效能, 但装填密度的改变对两种火药燃烧效果的影响却不一致。装填密度的上升会导致单基药配方燃烧效能的下降, 而双基药配方会出现燃烧效能的上升。

为研制外观饱满的长储存期包装型乳化炸药产品, 选取公司当前自然储存性能最好的包装型乳化炸药产品配方作为参考, 在此配方基础上, 通过试验不同种类乳化剂及乳化剂复配比例制得相应的乳胶基质, 并采用物理敏化为主、化学敏化为辅的复合敏化工艺, 制得相应的包装型乳化炸药。采用高低温循环试验与水溶值测试结合的方法评判各配方乳化炸药产品的储存稳定性。试验结果表明：高分子乳化剂LZ2832制备的乳化炸药稳定性能优于高分子乳化剂EPE-3002制备的乳化炸药, 复合乳化剂中乳化剂Span80∶乳化剂LZ2832=1∶9含量配比时制备的乳化炸药稳定性能最好, 可经受至少40个高低温循环试验, 预计此配方包装型乳化炸药产品可自然存储24个月以上。炸药敏化采用基质质量1.2%的空心玻璃微球先进行物理敏化, 降温到50~55 ℃时采用基质质量0.2%的促进剂2和基质质量0.3%的敏化剂再进行化学敏化, 炸药敏化后效作用明显, 最终密度控制在1.05~1.10 g/cm3。进行生产线上批量生产试验验证, 验证结果与实验研究结果一致, 成功研制出外观饱满富有弹性的长储存期包装型乳化炸药产品, 其自然储存12个月时, 炸药性能仍保持稳定, 爆速4500 m/s以上, 猛度16 mm以上, 殉爆距离6 cm以上。

爆破炸药单耗及岩体爆破碎片块度预测方法均起源于露天矿爆破, 台阶法隧道上下台阶岩体应力状态与露天矿大不相同, 以上预测方法是否适用于台阶法隧道爆破尚未可知。根据天江里隧道台阶法爆破统计数据, 采用几种露天矿常用计算方法预测了上下台阶炸药单耗及碎片分布, 并与实测结果进行了对比, 得出如下结论：Kuznetsov模型和Kansake模型仍然适用于台阶法隧道工程炸药单耗的预测, 且Kuznetsov模型考虑了岩体特性的影响, 比Kansake模型更加实用; 此外, Kuznetsov模型可以预测爆破碎片平均值, 作为爆破碎片分布模型的基础。上台阶爆破单耗高, 岩体爆破后细颗粒含量高、整体块体小; 下台阶爆破单耗低, 岩体爆破后细颗粒含量低、整体块度大。对于块度在平均值以下的小块体爆破碎片, 采用Kuz-Ram模型预测效果较好; 对于块度在平均值以上的大块体爆破碎片, 采用KCO模型预测效果较好, 且KCO模型对最大爆破块体的预测较准确。分析了预测模型的适用条件及范围, 为隧道爆破炸药单耗和块度分布提供了依据。

随着现场混装乳化炸药的广泛应用, 露天爆破施工中存在着堵塞物渗入乳化炸药, 间接改变堵塞长度, 降低爆破效果的情况。为研究露天爆破堵塞物对混装乳化炸药影响, 先后开展了填塞模拟试验、数值模拟试验及现场爆破试验。首先, 采用4种常用孔径的PVC管模拟炮孔, 使用钻孔岩屑模拟炮孔堵塞, 系统研究了填塞过程中炸药药柱顶部岩屑渗入炸药情况; 其次, 借助LS-DYNA软件进行单孔爆破数值模拟, 通过观察测点的应力值变化, 探究了药柱顶部混入堵塞物对爆炸威力产生的影响; 最后, 以金堆城露天台阶爆破为工程背景, 在装药过程中设置物理隔离改善堵塞工艺, 通过对比物理隔离前后的爆破效果分析堵塞物对混装乳化炸药的影响。结果表明: 在乳化炸药填塞过程中, 药柱顶部首先出现炸药上溢现象, 在填装完成后受重力影响岩屑逐渐渗入乳化炸药, 且随着孔径的增大, 相同时间内岩屑的渗入长度不断增大; 数值模拟结果表明, 不同监测点位的应力值均有所下降, 堵塞物的渗入降低了顶部炸药的爆炸威力; 对现场爆破后的顶部岩石进行块度分析发现, 对比常规装药过程, 采取堵塞隔离措施后, 爆区内岩石主要块度分布从20~40 cm降低为0~20 cm, 且超过60 cm的岩石占比由6.13%降低至1.81%。综上, 堵塞物渗入对乳化炸药的威力及爆破效果影响显著, 通过采取物理隔离手段分离堵塞物与炸药可以有效改善爆破效果。

现代爆破工程研究中, 炸药岩石的匹配模型为揭示爆破过程内在机制和预测爆破系统的经济效益提供了科学依据, 已经成为不可替代的重要工具。但由于土岩介质的多样性和复杂性、炸药爆炸过程的不确定性, 炸药岩石的相互作用在爆炸过程中就更为复杂和不确定, 很难从其相互作用过程来研究炸药与岩石的匹配。早期的研究主要是依靠经验公式与现场试验进行推算总结, 往往存在特征值高, 适用环境苛刻的情况, 而机器学习的特点是只考虑开始和结果, 不计较中间过程, 这保证了其在炸药岩石匹配模型研究中的普适性。而XGBoost算法结合多线程、数据压缩、分片的方法, 具有在数据量大的情况下算法效率较高的优点, 适用于数据量较大的现场数据训练学习。鉴于此, 依托贵州某矿开展现场试验, 采用XGBoost算法建立炸药与岩石匹配系统, 通过成功实例对网络进行训练, 并将训练过的神经网络应用于实际工程。结果表明: 采用这种方法所建立的匹配系统选用的炸药与目前使用的工业炸药性能相近, 误差在±10%以内, 具有较高的可信度, 进一步验证了基于XGBoost算法的炸药岩石匹配系统合理性。

为了提高粉状乳化炸药耐高温能力, 将吸水后的吸水树脂添加到粉状乳化炸药中, 然后通过热电偶测得上述混合炸药在高温炮孔中的温升曲线, 通过爆速仪与网线测得上述混合炸药在炮孔中的爆速。结果表明：由于水具有较大的比热容, 吸水后的树脂在高温炮孔中可吸收热量与释放水蒸气, 从而使混合炸药温升速度大幅降低; 另外, 由于吸水后的树脂与粉状乳化炸药混合后会泌水, 使混合炸药内部受热比较均匀且能维持在100℃以下; 随着吸水树脂含量逐渐增加, 混合炸药耐热性能显著提高。由于混合炸药的密度高于粉状乳化炸药, 即使吸水树脂在爆轰反应过程中会吸收热量以及阻碍爆轰波传播, 但含10%吸水树脂的混合炸药的爆速与湿的粉状乳化炸药(3980 m·s-1)相当, 并相对于粉状乳化炸药(3733 m·s-1)提高了6%~11%。随着吸水树脂含量逐渐增加, 混合炸药的爆速大幅下降甚至出现拒爆, 而且吸水树脂粒径对爆速影响也较为显著。综合考虑, 在粉状乳化炸药中加入粒径为10 mm且含量为10%的吸水树脂为较优方案, 其既能提高混合炸药在高温炮孔中的安全性, 又不影响混合炸药的爆炸威力, 对露天自燃煤矿高温爆破具有重要意义。

针对现场混装乳化炸药在高寒高海拔地区的使用情况和应用问题,特别是混装乳化基质使用储存期短、表面易结壳, 储存安全风险大, 以及混装乳化炸药现场敏化质量差, 无效大气泡过多, 炸药呈“豆腐渣”状态, 为解决上述问题, 从混装乳化基质水相配方设计、油相配方设计、现场敏化等方面进行工艺改进和优化, 减少了采区重大危险源数量, 提高了基质本质安全度, 改善了基质储存稳定性和炸药敏化效果, 同时不会对当前混装乳化炸药生产工艺、炸药性能和爆破效果产生不良影响, 有效解决了混装乳化炸药在高寒高海拔环境下生产应用方面的技术难题。研究结果表明：乳化基质水含量从14%提高至17%, 乳化基质自然储存期可由25 d提高到40 d, 测得炸药孔外爆速3900~4000 m/s, 与试验调整前爆速3700~4200 m/s水平相当, 结合现场试验, 爆破效果满足需求; 通过调节水相配方中外加添加剂柠檬酸的含量、引入发泡促进剂E、控制最终炸药密度为1.15~1.20 g/cm3, 炸药现场敏化质量显著提升; 通过替换使用聚异丁烯丁二酸酐衍生物类EPE-3021型高分子乳化剂, 乳化基质自然储存期显著提升, 基质储存期由45 d提高到70 d后。

炸药与岩石的合理匹配可以有效提高炸药的能量利用率, 改善爆破效果。为研究炸药与岩石匹配关系对爆破效果的影响, 在新疆某露天煤矿采集了不同平台的岩石试样, 通过开展岩石静态力学试验, 获得了不同岩石单轴抗压强度、弹性模量、泊松比和抗拉强度。通过开展SHPB岩石动态冲击试验, 获得了不同冲击荷载对岩体应力应变及岩体破坏特征的影响规律。基于混装乳化炸药不同组分配比的调整, 通过混装乳化炸药爆速测试和密度测试, 获得了5种不同性能的混装乳化炸药配方。基于炸药与岩石能量匹配理论, 建立了基于BP神经网络的炸药与岩石能量匹配模型, 通过测试样本对训练好的PSO-BP神经网络进行测试, 三组预测的平均误差分别为5.09%、7.26%和4.79%。最后, 将炸药与岩石能量匹配模型在新疆某露天矿1252西平台、1228东平台和1180西平台进行了工程应用。结果表明：相比传统的炸药配方和爆破参数, 通过混装炸药能量与岩石性质匹配关系选择的炸药不仅能够降低炸药单耗, 同时大块率、后裂距离等爆破效果指标也得到了有效改善。