致裂器对液态CO2相变破岩的功效影响分析

为了研究致裂器因素对液态CO₂相变破岩功效的影响,利用现场应用及统计分析的方法,结合CO₂相变工作的工况分析,对国内目前几种典型的致裂器,从其部件适配性、致裂管结构及工作原理、应用工艺等方面进行分析研究。结果表明：致裂器的部件适配性、整体的稳定性及安全性直接与破岩的作业效率、宏观效果等方面紧密关联,甚至关系到破岩结果的成败,致裂器是影响液态CO₂相变破岩功效的关键因素。最后基于国内主流致裂管目前存在的不足,提出了致裂管的改进和发展趋势。     

液态CO2相变致裂破岩与炸药破岩综合对比分析

为了降低传统炸药爆破带来的危害,介绍了基于液态二氧化碳相变致裂爆破技术。在液态二氧化碳致裂现场试验和振动监测的基础上,对二氧化碳相变致裂与炸药爆破的破岩机理和引起的爆破振动进行了分析。此外,通过计算比较了两种破岩方式破碎单位体积岩石的气体生成量、气体成分及其对环境的影响。结果表明:液态二氧化碳相变致裂技术能有效提高能量的利用率,且能有效降低爆破震动。破碎单位体积岩石,液态二氧化碳相变致裂技术和传统岩石乳化炸药爆破生成的爆炸气体量分别为0.21 kg和0.202~0.217 kg。液态二氧化碳相变属于物理变化,爆破产物只含无毒的二氧化碳气体,传统岩石乳化炸药爆破属于化学变化,爆炸过程中生成大量CO、NO、NO2、NxOy和硫氧化合物等有毒有害气体。液态二氧化碳相变致裂破岩在环保和减灾方面具有明显的优越性,这为液态二氧化碳相变致裂技术在工程爆破中的推广提供了依据。     

液态CO_2致裂技术在管廊基坑台阶开挖中的应用

为了研究液态CO_2相变致裂下的岩体损伤并获得合理的台阶爆破参数,以随州市绕城南路地下综合管廊为工程背景,在DM95-2.5型致裂器的破岩性能现场试验的基础上,对致裂器破岩能力进行炸药的当量转化。并基于LS-DYNA有限元法对致裂性能进行2D数值模拟验证,最后对液态CO_2相变致裂技术在基坑台阶开挖中的运用进行3D数值模拟研究。结果表明:试验和数值模拟得到的DM95-2.5型致裂器破岩有效半径分别为1.15 m和1.05 m,二者之间具有良好的一致性;单管DM95-2.5型致裂器可等效转化为0.63 kg 2号岩石乳化炸药;当采用孔间距2.0 m,最小抵抗线1.5 m的单排炮孔起爆台阶时,炮孔之间裂纹全部贯通,开挖部分岩体破碎充分且无明显大块产生,爆破效果十分理想。本研究成果可为液态CO_2相变技术在同类台阶开挖工程中的运用提供理论指导和重要的参考价值。     

CO2气爆水击波与地震波效应试验研究

在航道疏浚工程中对高于设计水底标高的水下礁石，多采用水下钻爆清礁工艺。而水下岩层通过钻爆清挖后仍有部分岩石未能完全清除并残留不规则，不稳定的水下浅点。实际施工中经常采用乳化炸药水下钻孔爆破或裸露爆破法清除这类孤石，裸爆相对于钻孔爆破，炸药与岩面的接触面小，炸药使用量大，会出现能量利用率低、炸药单耗高、噪音和水击波大，影响生态环境等问题。为了分析浅点爆破影响因素，进行现场监测研究，对比水下薄层岩石裸露爆破法和钻孔爆破法，在相同作用效果下，CO₂裸爆、钻孔CO₂气爆和钻孔乳化炸药爆破水击波和地震波数据。以防城港18#～22#泊位码头基槽、停泊地开挖、炸礁及清礁工程为例，根据岩层性质、岩层形态、被炸岩石顶部的水深和浅点厚度等制定药包排列和用药量方案。通过对比分析得出相同气瓶条件，CO₂裸爆水击波超压值是钻孔CO₂气爆的1.87～41.9倍。应用水下钻孔乳化炸药爆破是CO₂气爆水击波的7.9～18.7倍，产生的振动数值是后者的3～10倍。本文以解决实际工程问题为基本出发点，在研究水下爆...     

TiH2对乳化炸药性能的影响研究

为获得高威力且热稳定性良好的乳化炸药,研制了一种含有TiH₂的乳化炸药,并对该乳化炸药的性能进行测定。爆速、爆热和猛度实验研究发现,加入TiH₂会使乳化炸药爆速微降,同时提升其爆热和猛度。当乳化炸药中TiH₂质量分数为2%、4%时,爆热分别增加了4.21%、5.66%;猛度分别增加了15.29%、17.20%。TG-DTG实验研究发现,加入TiH₂不会影响乳胶基质的热分解过程,但会降低其表观活化能。当乳化炸药中TiH2的质量分数为2%、4%时,乳化基质的表观活化能分别降低了21.04%、12.61%。TiH₂能够在不影响乳化基质热分解过程的同时,提高乳化炸药威力。     

直径186 mm CO2致裂器在露天铁矿开采中的应用

为了将CO₂爆破技术推广应用到露天铁矿开采以减少爆破振动和飞石等危害,研制了可重复使用的直径186 mm的大型致裂器,并在河北省某铁矿开采中开展了试验性应用。结果表明试验达到了预期的爆破松动效果,单根致裂器爆破方量126 m³。连续3个多月的施工,共开采了2.5×10⁵ t矿石,使用致裂器900多根次,未对100 m外的养殖场产生影响,表现出有害效应小、做功能力较大、爆破效果好、成本适中等优点,表明该型CO₂致裂器适合于露天铁矿开采。     

CO2聚能剂燃烧与冲压实验研究

为进一步地揭示CO₂相变膨胀的热力学机理,通过CO₂爆燃冲压实验,对起爆温度、CO₂与CO₂聚能剂(一种高能复合材料)质量比对CO₂爆燃冲压过程、CO₂聚能混相流体燃烧速率、燃烧热和峰值压强的影响规律进行了研究。最终得到了不同工况下实验组的压强时程。结果表明：爆燃筒内反应能否发生对CO₂密度和起爆温度有一定的要求;在实验研究范围内,CO₂密度、CO₂与CO₂聚能剂质量比、起始温度与爆燃实验的化学反应速率、压强增长速率呈正相关。     

二氧化碳相变致裂软岩实验研究

为了研究二氧化碳相变产生的高压气体动态破岩的机理,通过建立设有分布式光纤传感器的物理模型结合数值模型的方法,研究了二氧化碳相变致裂煤体的内部效应,得到了二氧化碳相变高压气体动压破岩的机理及岩体裂隙、强度和二氧化碳相变气体压力等参数之间的关系。研究表明:气体准静压破坏煤体主要集中在煤体强度薄弱的区域,且气体压力要高于煤体破坏的最低极限值;原生裂隙会改变二氧化碳相变致裂煤体的空间范围和煤体的破坏程度,原生裂隙与炮孔之间的夹角越小、距离越近,越明显。     

CO2热泵系统气冷器的热力学性能分析

针对CO₂热泵系统螺旋套管式气冷器,基于MATLAB建立了仿真模型,采用单因素分析方法,研究进水温度、CO₂压力和质量流量对气冷器换热量、■耗散、■损失、■效率以及出水温度的影响。经实验验证,在进水温度为24.5～35.0℃、CO₂压力为8.4～10.7 MPa、CO₂质量流量为0.032 6～0.047 6 kg/s工况下,气冷器模型制热量与实验数据相比总体误差在±10%以内。模拟结果表明：相比进水温度和CO₂质量流量,CO₂压力对气冷器性能的影响更为显著,且存在最优压力。在进水温度为20℃、CO₂进口温度为90℃工况下,当CO₂压力为10 MPa时气冷器■效率最高,当CO₂压力为11 MPa时气冷器换热量最大;当进水温度低于20℃时,CO₂压力为10.5 MPa时出水温度最高。     

液态CO2相变爆炸激发药剂的爆炸性与安全性

为研究新研制的CO₂相变爆炸激发药剂的爆炸性与安全性,采用克南试验方法进行了激发药剂的爆炸性能测试,并分别用8号工业雷管和150～500 g膨化硝铵炸药,对直径50 mm和90 mm的2 kg塑膜包装激发药剂药卷进行引爆试验。试验结果表明,由高氯酸钾、水杨酸和草酸铵按照一定比例组成的激发药剂具有爆炸性,但其爆轰感度很低,不仅没有雷管起爆感度,而且无法用膨化硝铵炸药将其引爆,与粒状铵油炸药相比,爆轰感度低、安全性好。     

岩石型乳化炸药的TNT当量

通过２．４ｋｇ、１５ｋｇ、４２ｋｇ量级的ＴＮＴ和岩石型乳化炸药空中爆炸实验，利用曲线拟合法，得出了与实验结果吻合较好的ＴＮＴ，岩石型乳化炸药中爆炸的压力表达式，并求出了压力在１０ｋＰａ￣１０００ｋＰａ时，该乳化炸药的ＴＮＴ当量与对比距离的关系，在这个压力范围内，岩石型乳化炸药的ＴＮＴ当量的平均值是０．７０８。     

典型工业炸药耐热性实验研究

针对工业炸药实际应用于露天深孔煤矿火区高温爆破的现状,在实验室规模下模拟高温炮孔加热技术,用这种实验技术来分析两种典型添加物质对铵油炸药热分解特性的影响,以及对比铵油炸药、乳化炸药和水胶炸药耐高温性能。研究结果表明:相对于其他两种工业炸药,铵油炸药的耐热性能更好,更适用于火区高温爆破;在铵油炸药中添加5 %(质量分数）NH₄Cl,分解反应峰温度降低了24.8 ℃,并且缩短了样品到达恒定的烘箱温度的时间,NH₄Cl 的加入显著降低了铵油炸药的耐热性;在铵油炸药中添加5%(质量分数）Na2SO₄,延长了样品到达恒定的烘箱温度的时间,提高了铵油炸药的耐温性能。结果为耐热工业炸药配方设计提供了依据。     

大孔径深孔含水爆破混装乳化炸药性能研究

大孔径深孔含水爆破中,混装乳化炸药受到来自炸药本身重压、回填渣的压力以及炮孔中水的侵蚀,炸药爆炸性能发生改变。为了分析压力及水对混装乳化炸药的影响规律,提出了一种新型乳化炸药抗压性试验方法,模拟了深孔爆破环境气泡敏化的混装乳化炸药的爆速随孔压变化规律:0.1、0.2 MPa下24 h内爆速较高,随着压力增加及加压时间的延长,爆速下降直至拒爆;同时,通过测试乳胶基质中硝酸铵的溶失值以及乳胶基质的溶胀厚度,分析了乳化剂、油相材料对其抗水稳定性的影响。结果表明:添加质量分数1%的基础油,Span80、高分子型乳化剂EPE-1添加质量比达到1:1后,溶失值及溶胀厚度较小;再增加EPE-1的含量,抗水性、稳定性基本不发生变化。提出了提高混装乳化炸药抗水稳定性的方法。     

高温炮孔中乳化炸药升温规律分析?

为了获得高温炮孔中防护前后的乳化炸药内部温度变化规律,采用热电偶测温技术对乳化炸药内部不同位置的温度变化曲线进行测量。结果表明:防护下乳化炸药最高温度不超过水浴温度,其内部不同位置的温度变化曲线可通过指数函数进行较好的描述,最外层的温度变化曲线与水的温度变化曲线变化规律基本一致,而内部温度相对较低,说明乳化炸药的外层受到环境温度影响较大,而油包水结构与硝酸铵溶液吸热作用导致内部升温速率相对较慢,因此有利于防护后的乳化炸药在高温火区中得到应用。     

PVDF薄膜传感器用于测试块状岩石表面爆炸应力的研究

采用PVDF（聚偏二氟乙烯）薄膜传感器对岩石表面爆炸应力进行测量,并分析炮孔内不同填塞介质对爆炸应力波在岩石介质中传播的影响。在直径为28 mm、孔深为25 cm的炮孔内填塞不同的介质（空气、水或沙子）,采用不同的装药结构分别进行爆破试验,通过PVDF薄膜传感器得到了不同工况下岩石表面应力波时程曲线。分析炮孔内不同填塞介质对爆炸应力波透射的影响发现,水作为炮孔填塞介质时,爆炸应力波透射能力强,炸药爆炸产生的能量用于岩石破碎的比例高。水作为炮孔填塞介质时,为达到岩石开裂效果,装药结构设计为1发8^#雷管加2 g传爆药（聚黑-14）;当沙子作为炮孔填塞介质时,为达到岩石的开裂效果,装药结构设计为1发8^#雷管、2 g传爆药（聚黑-14）和20 g炸药（聚黑-2）;前者炸药用量仅为后者的15.3%。炸药使用量减少,也降低了爆破次生危害的影响程度。用PVDF薄膜传感器在岩石表面直接测量爆炸应力的方法是可行的。     

岩石深孔梯段爆破侧向破裂范围计算分析探讨

根据爆炸气体等熵膨胀理论和应力波传播理论,推导了孔壁压力计算公式,以及由应力波传播和爆炸气体引起应力状态的计算公式.同时根据现场实际资料,进行了混装乳化炸药在岩石深孔梯段爆破中的侧向破裂范围的实际计算,计算结果对实际工程有一定的参考应用价值.     

纳米Fe2O3对温压炸药中铝粉爆炸特性的影响

为提高温压炸药配方的威力,根据铝热反应的基本原理,在温压炸药固相组分中添加纳米Fe₂O₃,探究通过诱导铝热反应的方式来提高炸药威力的新途径。利用20 L柱形爆炸容器在10 kJ点火能量下研究了不同质量比的微米或纳米铝粉与纳米Fe₂O₃组成的混合体系的爆炸特性。研究发现,随着纳米Fe₂O₃含量的增大,Al/Fe₂O₃混合体系的最大爆炸压力和升压速率呈现先增大、后减小的趋势。当纳米Fe₂O₃质量分数为5.4%时,混合体系的最大爆炸压力最大。随后,在此配比下开展了混合体系粉尘浓度对爆炸特性的影响规律研究。结果表明,随着粉尘浓度的增加,最大爆炸压力先增加、后降低,在质量浓度为400 g/m³时达到峰值。结合理论分析认为,纳米Fe₂O₃的加入能够改善温压炸药固相体系的反应活性,且对铝粉的爆炸剧烈程度有促进和抑制的双面作用。     

高威力三级煤矿许用水胶炸药巷道掘进爆破

针对原有三级煤矿许用水胶炸药在巷道掘进中炮孔利用率低,循环进尺少,爆破效率低的问题,采用了研制成功的的高威力三级煤矿许用水胶炸药进行掘进爆破。同时,对煤矿许用水胶炸药的爆炸性能进行了对比和分析,对高威力三级煤矿许用水胶炸药的巷道掘进爆破技术经济进行了统计分析。结果表明,高威力三级煤矿许用水胶炸药的爆炸性能接近二级煤矿炸药水平,其可燃气安全度仍然高于二级煤矿炸药,达到三级煤矿炸药水平;高威力三级煤矿许用水胶炸药巷道掘进爆破炮孔利用率提高了12%¹5%,月平均进尺增加1415%,月平均进尺增加14¹8m,掘进循环次数减少,节约了大量掘进爆破直接费用,同时可缩短巷道开拓工期,提高煤炭开采效率和间接经济效益。