14.5岩石爆破与切割（1）

  理论分析表明，切割岩石所需的最低能量，要求射流打击压强为岩石单轴抗压强度的30倍。若岩石单轴抗压强度为200MPa，射流打击压强须达到 6000MPa 才能有效地切割。由于常规高压、超高压系统不可能连续产生如此高的压力，早期的研究集中在对水炮的研究上。

  水炮利用炸药爆炸或压缩气体来推动活塞使水加压。由于其喷嘴从入口到出口流道面积逐渐减小，水在流过喷嘴时具有明显的加速运动，因此在喷嘴出口处，射流速度可达3.5km/s，相应打击压强可达7000MPa，+切割岩石毫无问题。但喷嘴价格高、寿命短，在压力1000MPa时可用数千次压力循环，压力为1500MPa 时仅可用数百次压力循环，使用水炮挖掘岩石，成本不可接受。据喷挖掘直径6m的隧道，前进30cm需要水炮打击3000次，仅⑦嘴费用就达790万美元/km。有鉴于此，水炮没有得到广泛的应用。

  目前，射流技术开挖岩石有二种方法：其一，利用射流在岩石表面切割出细分潮，然后用机械工具清除其余岩石，细缝的存在减少了机械工具的作用力。此时射流耗功约为机械工具消耗的4-10倍。由于机械耗功较少，称为机械辅助射流切割。另一种方法，水射流只用于冲刷切割过程中机械工具产生的岩石碎屑，减少压裂区岩石破碎物对机械工具诱发岩石内应力的缓冲作用，增强了机械工具的切削作用。同时，射流引入岩石的裂缝，水楔的作用辅助了裂纹的扩展，称为射流辅助机械切割。