[发明专利]一种基于液态二氧化碳相变致裂半径等效的炸药模型构造方法

说明书

本发明公开了一种基于液态二氧化碳相变致裂半径等效的炸药模型构造方法，计算拟等效单孔液态二氧化碳相变致裂时释放的爆炸能量；基于爆炸能量相等，将单孔液态二氧化碳相变致裂爆源等效为单孔柱状耦合装药的炸药爆源，并求出所选炸药类型的当量质量；计算煤体经液态二氧化碳相变致裂后的破碎区半径；求解煤体经液态二氧化碳相变致裂后的裂隙区半径，根据上述步骤得到等效炸药模型的装药半径和装药高度。利用该方法构造的炸药模型不仅同被等效的液态二氧化碳相变致裂模型具有同等的爆炸能量，还具有同等的致裂半径范围，且采用等效炸药模型对液态二氧化碳相变致裂机理进行深一步的理论或数值模拟分析时具有更强的可操作性。

技术领域

本发明属于二氧化碳相变致裂技术领域，尤其涉及一种基于液态二氧化碳相变致裂半径等效的炸药模型构造方法。

背景技术

相比传统的炸药化学爆破，液态二氧化碳的相变爆破致裂技术具有安全性高、工艺简单、可控性强和致裂效果好等优点，近些年在煤炭开采领域尤其在提高煤层致裂增透效果和瓦斯抽采效率方面得到较为广泛的应用。高压气体致裂机理还处在探索性研究阶段，目前没有形成统一的理论模型来系统地分析和准确地量化评价含瓦斯煤体的二氧化碳相变致裂能量消耗、损伤演化过程和致裂效果。因炸药爆炸机理相对成熟，很多学者尝试采用炸药爆炸机理解释液态二氧化碳的相变致裂作用过程，其中包括将液态二氧化碳爆破当量为爆炸能量相等或爆生气体体积相等的炸药爆破，研究仅限定量出等效质量或等效体积的炸药，并没有进一步研究分析出具体的炸药模型。液态二氧化碳物理爆破致裂过程有明显异与炸药化学爆破致裂过程的特征，简单地同能量等效或同体积等效只关注了其中一项特征，等效出来的炸药模型无法准确地分析煤层致裂领域最为关注的致裂增透效果。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种基于液态二氧化碳相变致裂半径等效的炸药模型构造方法，利用该方法构造的炸药模型不仅同被等效的液态二氧化碳相变致裂模型具有同等的爆炸能量，还具有同等的致裂半径范围，且采用等效炸药模型对液态二氧化碳相变致裂机理进行深一步的理论或数值模拟分析时具有更强的可操作性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于液态二氧化碳相变致裂半径等效的炸药模型构造方法，包括如下步骤：

S1：根据所选液态二氧化碳致裂器，计算拟等效单孔液态二氧化碳相变致裂时释放的爆炸能量E；

S2：基于爆炸能量相等，将单孔液态二氧化碳相变致裂爆源等效为单孔柱状耦合装药的炸药爆源，并求出所选炸药类型的当量质量M；

S3：求解煤体经液态二氧化碳相变致裂后的破碎区半径r_c；

S4：根据破碎区半径r_c，求解煤体经液态二氧化碳相变致裂后的裂隙区半径r_f；

S5：将步骤S4得到的裂隙区半径r_f代入柱状耦合装药条件下装药半径求解模型中，得到等效炸药模型的装药半径r和装药高度h：

其中：

ρ₀、ρ分别为炸药和煤体的密度，Kg/m³；

C_p为煤体的纵波波速，m/s；

D₀为炸药的爆速，m/s；

σ_td为煤层的动态抗拉强度，MPa；

σ_cd为煤层的动态抗压强度，MPa；

α₁为煤层的冲击波衰减指数，