提高炸药的能量利用率是工程爆破中的重要课题,虽然现有的聚能和控制爆破技术能够实现增加局部爆炸破碎作用的目的,但由于其实现工艺繁琐和应用条件的限制,难以在工程爆破中得到广泛应用。本文提出了一种在炮孔内实现爆轰波碰撞聚能的爆破方法,该方法具有操作便捷、炮孔利用率高和不受炮孔内水的影响等优点,可用于硬岩开挖、巷道掘进、岩塞爆破等夹制力大的工程爆破作业,同时,也适于对爆破块度进行控制。论文以基础爆破实验、理论分析、数值计算和工业应用相结合的方法,开展爆轰波碰撞聚能爆破技术的详细研究。论文的研究内容主要包括以下几个方面:(1)提出了一种爆轰波碰撞聚能爆破方法。该方法采用对称布置的高爆速起爆药条起爆炮孔中主装炸药,在主装低爆速炸药中形成爆轰波碰撞,提高炮孔壁面上的局部压力,达到聚能爆破的目的。由于该爆破方法无聚能罩避免了材料的浪费;无聚能穴可方便地用于水孔爆破,同时提高了炮孔中炸药装填量;且爆破工艺简单、费用低廉,适用于夹制力大的工程爆破。(2)以系列基础爆破实验从定性到定量对爆轰波碰撞聚能进行研究,建立了一套爆轰波碰撞聚能实验研究方法。即首先通过定性刻蚀与扩孔显像实验观察到爆轰波碰撞聚能现象;其次应用炸药猛度实验得出爆轰波碰撞聚能的猛度值较雷管起爆降低5.1%和7.27%,炸药作功能力实验得出爆轰聚能较雷管起爆作功能力增加13.06%,铅壔孔深度增加80%的现象;最后设计了一种可模拟岩石爆破破碎状态的裂纹提取实验槽,实验结果表明,在爆轰聚能方向上出现6mm宽的较大裂纹,最大岩石块度面积较雷管起爆增加 68.59%。(3)从理论分析和数值计算的角度,进行爆轰波碰撞聚能机理分析。即首先通过爆轰波碰撞聚能理论分析,得出密度为0.9g/cm3的工业炸药爆轰波入射角达到46.8°时产生马赫反射,爆轰波在正碰撞、斜碰撞和马赫反射时的爆压比值为2.41、2.3～2.48和3.08倍;得到爆轰碰撞压力达到2倍以上,起爆药至少应为炮孔主装药爆速1.15倍的条件,为爆破装药设计奠定了理论基础;其次应用锥形流理论,给出平面和轴对称二维高速线性起爆药条爆轰问题的流场解。应用数值计算方法,直观的反映了爆轰波碰撞聚能和岩石裂纹动态扩展过程。单炮孔数值计算结果表明,马赫反射处的爆压较稳定爆轰增加3.15倍,且在该位置处形成大裂纹;双炮孔结果表明,爆轰聚能孔间最大冲击压力增加84.21%,应变能增加约3倍;炸药猛度实验的物质点法模拟结果表明,爆轰聚能时出现的线性粒子流飞散是猛度值下降的原因。(4)通过孔桩、盾构地下孤石和露天采矿台阶爆破工业应用试验,设计并完善爆轰波碰撞聚能的爆破工艺方法。孔桩爆破结果表明,爆轰聚能爆破可使炸药单耗降低60.48%,爆破进尺提升2.29倍;盾构地下孤石爆破结果表明,爆轰聚能爆破可使盾构机掘进速率提升42.74%,降低爆破作业成本26.74%;露天采矿台阶爆破结果说明,该技术使岩石最大块度降低66.61%,改善爆堆块度均匀性,避免爆破根底的产生。工程试验结果表明,爆轰波碰撞聚能爆破技术可以在工程爆破中取得很好的应用,该方法具有操作便捷、炮孔利用率高和不受水孔的影响等优点,更适用于硬岩或夹制力大的工程爆破作业。