本研究针对层状砂岩铀矿渗透率低的开采需求,采用数值模拟与实验研究相结合的方法,开展了新型爆破致裂技术开发与机理分析。基于多孔阵列泄气结构优化原理,研制了可循环利用的柱状爆破式致裂器及自触发封堵装置。开展了常规致裂器、新型致裂器与弹头型致裂器的多工况数值模拟分析,揭示了含节理岩层以及非均质层状砂岩等不同地质条件下爆破的裂纹扩展规律。取得的主要结论如下: (1)将新型致裂器用水耦合的方法在密封条件下进行爆破试验,监测新型致裂器在密封条件下爆破试验压力数据,得出新型致裂器和密封外筒相变爆破下的峰值压力,验证了柱状爆破的可行性。针对爆破密封问题设计出一种自触发式封堵器,模拟了不同装药间距爆破条件下,封堵器对爆破压力的承载能力。随着装药间距的增加,封堵器底部受到的峰值压力不断减小,呈线性关系下降。 (2)开展了有无充填节理下岩层的爆破模拟,分析其在常规致裂器、新型致裂器和弹头致裂器三种工况下裂纹扩展效果。研究表明,节理长度、节理宽度和节理与爆破点间距的增加会抑制裂纹扩展;新型致裂器和弹头型致裂器均能提升对裂纹扩展效果,弹头型致裂器还能起到控制裂纹扩展方向的效果。 (3)开展了非均质砂岩铀矿层的爆破模拟,分析赋矿层厚度、密度、岩层倾角、耦合方式和致裂器类型等因素对裂纹扩展的影响。研究表明,赋矿层砂岩厚度增加会抑制裂纹扩展效果。当隔层的密度小于赋矿层砂岩时,岩层密度的提升会抑制裂纹扩展效果。随着砂岩的倾角变化,铀储层产生水平方向和斜向交错裂纹。水不耦合装药爆破不仅能起到弹性缓冲和保护炮孔作用,还可增加爆炸应力波的应力。新型致裂器较常规致裂器爆破对岩层冲击力更大,添加弹头后可通过爆破初应力推动弹头形成初始裂缝,引导进一步裂纹扩展。