[发明专利]一种估算二氧化碳爆破孔壁冲击压力时程的方法

说明书

本发明公开了一种估算二氧化碳爆破孔壁冲击压力时程的方法，包含如下步骤，即：首先，在室内试验条件下，利用水泥砂浆试件研究爆破孔壁冲击压力峰值P、升压时间t₀、径向主裂纹数量实验值N以及材料物理力学性质之间的关系式；然后，再将这个关系式外推到岩石上，根据对拟开挖岩石的试爆试验得到的径向主裂纹数量实验值N，通过对上述关系式反算即可得出拟开挖岩石的爆破孔壁冲击压力峰值P及升压时间t₀。本发明不仅克服了采用原位试验及大体积混凝土模型试验测量钻孔壁冲击压力及升压时间的困难；而且还具有试验成本低、危险系数小、成功率高等优点。

技术领域

本发明涉及二氧化碳爆破技术领域，具体的说是涉及一种估算二氧化碳爆破孔壁冲击压力时程的方法。

背景技术

二氧化碳爆破筒是一种将液态二氧化碳快速加热使其迅速气化膨胀，以此来致裂岩石的方法。由于二氧化碳无毒无污染，爆破时震动小等优点，二氧化碳爆破技术广泛应用于矿山、隧道、地铁等岩石开挖工程中。

然而，二氧化碳爆破致裂机理的研究不够深入，工程中爆破参数的设计大都依赖经验，缺少理论支持。其中的一个最基本的问题是二氧化碳爆破的荷载(包括峰值压力和升压时间)难以确定。中国发明专利“一种二氧化碳爆破冲击波压力测试装置及其测试方法”(申请号201610932296.X)公开了一种测试二氧化碳爆破筒冲击压力的装置和方法，其将二氧化碳爆破筒装入套筒并固定，沿着套筒安装压力传感器测量套筒内的气压。但是套筒在岩石中起爆时，孔壁的冲击压力与岩石的性质有关，并不等于钻孔中的气压。为了获得孔壁压力，常规的办法是制作大体积混凝土做模型试验测量孔壁压力，但是常常需要在远离市区的地方进行，而且危险性高、成功率较低、试验成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种估算二氧化碳爆破孔壁冲击压力时程的方法，用以克服背景技术中的不足。

本发明的设计思路是：首先，在试验室条件下，利用水泥砂浆试件，研究出水泥砂浆试件的孔壁冲击峰值压力P、孔壁冲击压力的升压时间t₀和径向主裂纹数量N之间的关系，即先利用水泥砂浆的物理力学参数结合计算径向主裂纹数量的G-C理论模型，计算出水泥砂浆试件的径向主裂纹数量理论值，然后再建立水泥砂浆试件的径向主裂纹数量理论值N_GC和实验值N之间的统计学关系式，从而间接建立径向主裂纹数量实验值N和孔壁冲击压力峰值P、孔壁冲击压力的升压时间t₀以及材料物理力学性质之间的关系；接着，再将研究出的统计学关系式外推到岩石上，根据对拟开挖岩石试爆试验得到的径向主裂纹数量实验值，通过反算即可得到拟开挖的岩石的爆孔壁冲击压力峰值P及孔壁冲击压力的升压时间t₀，从而得出拟开挖的岩石的二氧化碳爆破孔壁冲击压力时程曲线。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种估算二氧化碳爆破孔壁冲击压力时程的方法，包含如下步骤：

S1、采用几组不同的水泥砂浆配合比，制作一批带钻孔的水泥砂浆爆破试件，并在每个水泥砂浆爆破试件的钻孔壁上埋置冲击压力传感器；

S2、测量出步骤S1中制作好的每个水泥砂浆爆破试件的密度ρ、抗拉强度σ_t、纵波波速c及I型断裂韧度K_IC；

S3、采用小型二氧化碳气爆装置致裂步骤S1中制作好的水泥砂浆爆破试件，并在致裂实验过程中记录下各水泥砂浆爆破试件所产生的径向主裂纹数量实验值N、孔壁冲击压力峰值P及孔壁冲击压力的升压时间t₀；