岩石爆破中的成型控制是岩石爆破理论和技术研究的前沿和重大课题,具有重要的科学意义和应用价值。传统结构的聚能药包定向断裂爆破技术在各种复杂而极端的岩体结构条件下,表现出射流质量小和速度低的不足。近几年兴起的超聚能装药结构,通过添加辅助药型罩以改变药型罩压合方式,可大幅提高射流速度和有效质量。因此,可将超聚能与现有线性聚能爆破技术结合,提高射流侵彻性能,在改善聚能爆破成型效果的同时,降低装药量,加快施工进度,且结构相对简单,可行性较高。目前国内学者对超聚能装药结构的研究方法较为单一,对超聚能射流形成过程的认识也比较模糊。需要对线性超聚能射流形成机理及其侵彻性能影响因素开展更深入全面的多角度分析,从而完善线性超聚能射流形成理论,为线性超聚能爆破技术的应用提供理论指导和实验数据支撑。本文采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的手段对线性超聚能射流的形成机理和侵彻性能进行深入研究。主要研究工作和结论如下:(1)对线性超聚能射流的形成过程进行理论分析,将其简化为一次抛射和两次压合过程,建立基于定常条件的超聚能射流速度和质量计算模型。并通过总结定常和准定常射流侵彻理论初步分析射流侵彻性能的影响因素。(2)对线性超聚能装药结构各影响因素进行全面分析,通过数值模拟研究药型罩材料对射流侵彻性能的影响,结合常规线性聚能装药设计理论以及实验数据得到主要结构参数的初步设计值,并通过正交模拟试验确定其最终优化方案。(3)为了提高射流侵彻性能,基于优化结构对线性超聚能射流及其影响因素开展数值模拟研究。与常规射流的对比研究表明超聚能射流头部压力和速度的变化特征对应了理论分析模型中超聚能射流形成的三个阶段。采用控制变量法,揭示了药型罩主要结构参数对线性超聚能射流性能的影响作用机制。不耦合系数取2,主、辅药型罩之间采用粘接法连接时有利于提高射流侵彻性能。(4)对不同主药型罩锥角、辅助药型罩突出长度和辅助药型罩宽度的线性超聚能射流和常规射流进行了四组橡胶靶板侵彻实验。实验结果表明:基于优化结构的线性超聚能射流侵彻深度最大,相比常规射流提高近1倍;实验结果与数值模拟结果基本一致,验证了优化结构的有效性,表明通过数值模拟正交试验对线性超聚能装药结构进行优化设计具有较高的可行性和准确度。