精准爆破护航地下工程安全
爆破，即利用炸药等爆炸物在短时间内迅速释放巨大能量的过程，是地下岩体开挖中不可或缺的重要手段。这一技术长期且广泛地应用于立井开凿、巷道掘进、隧道施工以及矿场开采等地下工程领域。钱学森先生曾指出爆炸的优势在于其巨大的能量释放和极高的功率，并形象地描述了爆炸的威力：爆炸的好处是威力大而尤以功率极大为其特点。一个直径为1米的TNT炸药圆球，爆炸所释放的能量是3.52×10^9焦耳，功率是4.72×10^10千瓦。这种“毕其功于一役”的特性，可以做很多一般难以做到的事。
21世纪以来，随着浅部资源的枯竭与深地空间的持续开发，地下工程中传统的爆破技术面临着越来越多的挑战，已经无法满足国家高质量发展对地下工程爆破安全、高效、精准的需求，需要爆破技术的不断创新，推动生产力从传统的规模化发展向更高层次、更高质量的方向转型。鉴于炸药爆炸过程的瞬态性和岩体的非均质各向异性，地下工程岩体爆破亟须深入研究3个关键科学问题与技术难题：一是炸药能量释放与爆炸裂纹扩展的精准控制原理还不清晰；二是高效利用爆破正能量破碎岩体和治理灾害的方法不够先进；三是有效控制爆破对围岩损伤破坏负作用的技术尚不成熟。攻克上述三个关键科学与技术难题，不仅是对安全、高效、精准的地下工程爆破技术的迫切需求，更是推动生产力实现质变飞跃、加速国家地下工程建设能力全面提升的重要基石。
在科技部重点研发计划“深井高效破岩与洗井排渣关键技术”和多项国家自然科学基金等国家级课题的资助下，我国科研团队持续三十余年开展了地下工程安全精准爆破理论与技术研究。通过构建爆破能量“精准控制”新理论，创新性地提出“以爆抑灾”新方法，开发“减振降损”新技术，实现了控制爆炸能量“要听话”（指哪儿打哪儿）、“多干活”（高效利用爆炸能量）和“少惹祸”（削减爆破负作用）的目标。
“要听话”：岩石爆破“精准控制”新理论
“加强基础研究，是实现高水平科技自立自强的迫切要求，是建设世界科技强国的必由之路。”在这样的理念指导下，我们在地下工程安全精准爆破方面不断进行基础理论探索。首次阐释了爆炸能量释放与爆生裂纹扩展的作用原理，原创了岩石爆破“精准控制”新理论。针对炸药能量释放与爆炸裂纹扩展原理尚不清晰的问题，发明了动光弹性与数字图像相关的综合实验方法。该方法揭示了爆炸过程中应力波与爆生气体如何先后叠加作用于岩石破裂，以及P波（纵波）和S波（横波）与爆炸裂纹之间的相互作用机理。在此基础上，推导出了爆炸主应力场的量化表达式。据此，创建了爆炸能量以最快速度沿最小阻力路径释放的岩石爆破最小作用量理论。针对爆炸能量释放的瞬态性，精准调控爆炸能流传播方向难的问题，发明了“紧箍咒”型双聚能结构，阐明了爆炸应力波与双聚能器的相互作用规律，得到了应力波透反射作用下压力计算公式，实现从源头上精准控制爆炸能量释放和裂纹扩展，裂纹长度较普通爆破提高3倍以上，裂纹定向精度控制在2°以内。这些理论创新成果，不仅为实现控制爆炸能量“要听话”的目标提供了有力支持，还指导了利用爆破手段更有效地抑制灾害并削减爆破产生的振动与损伤。
