【技术实现步骤摘要】
本申请涉及能源开采领域，尤其涉及一种深部高承压水下炸药包起爆方法及裂隙区计算方法。
技术介绍
1、深部低渗砂岩铀矿开采过程中需要将岩体均匀致裂，以使得地浸液与岩石接触面增多从而提升地浸开采效率。爆破是提升致裂均匀性的有效方法，但地下工程中爆破会面临较高的地下水压问题，常规炸药耐压效果不佳，高压水下使用中也存在爆炸力受限或装药困难问题。因此，有必要解决深井高承压水下炸药包单元封装、投放与起爆难题，以服务于深部低渗砂岩铀矿资源的开发。
2、普通的乳化炸药承压能力无法满足50m及以上水深，在高承压水下的炸药防水封装问题方面，现有的研究主要采用整体封装成型后整体下井，但是整体封装难以满足扩孔或非规则形状爆破区域的完整填充药品，导致所有的装药均为非耦合装药，易导致爆炸力不足、致裂效果差等问题。同时，过大的封装体积也难以满足通过钻杆内部下药等问题，极大影响了工程的施工应用范围。
3、综上，该领域的现有技术难点主要体现在：①高水压下的药品如何封装以解决水下压力环境对乳化炸药的压密稀释问题，且能保证药品浮力不能过大以能够下沉至目标储层；②如何实现井内扩孔区的耦合装药以解决开孔小但爆破区域大的装药填药问题；③狭窄管道内封装药品如何下井，以解决整体封装尺寸过大无法进入通过钻杆的狭小空间进入目标扩孔区域的难题。
技术实现思路
1、本申请提供一种深部高承压水下炸药包起爆方法及裂隙区计算方法，其其在考虑高承压水环境的基础上，能够通过较小孔道进入待爆破地层，从而提升岩石的致裂均匀度和铀
2、本申请的技术方案是：
3、一种深部高承压水下炸药包起爆方法，包括以下步骤：
4、s1，采用第一钻头进行钻孔，在临近岩层的不透水底板时停止钻进；随后由下至上进行钻孔扩孔，直至扩孔区域临近岩层的不透水顶板时停止扩孔；
5、s2，采用第二钻头进行低压喷水来清洗钻孔，并提出钻杆；
6、s3，将装有药球的软管伸入至扩孔段，在临近所述钻孔的底部时向所述软管内部通入高压气体；
7、s4，当所述药球开始连续从所述软管冲出后，将所述软管上提，直至所述软管的端部与所述扩孔段的上部齐平后，关闭所述软管端部的阀门，以免所述软管内剩余的所述药球漏出；随后提出所述软管；
8、s5，将起爆结构封装于带有封隔器的连接杆内，通过所述连接杆而将所述起爆结构下放于由多个所述药球所构成的集束炸药单元中；
9、s6，采用所述封隔器对所述岩层的集束炸药单元进行封堵；
10、s7，对所述集束炸药单元进行起爆。
11、作为本申请的一种技术方案，在步骤s1中，采用直径为89mm的所述第一钻头进行钻孔，在距离所述不透水底板1.5～2.5m时停止钻进；随后采用水力切割方式由下至上进行钻孔扩孔，直至扩孔区域距离所述不透水顶板1.5～2.5m时停止扩孔。
12、作为本申请的一种技术方案，在步骤s3中，在距离所述钻孔底部20～30cm时开始向所述软管内部通入压力为p的高压气体，其中p满足：
13、p≥p0+δp；
14、式中：p为高压气体的通入压力；p0为井底水压；δp为增量气压，取0.1～0.2mpa。
15、作为本申请的一种技术方案，在步骤s4中，当所述药球开始连续从所述软管中冲出后，将所述软管以3～5cm/s的速度匀速上提。
16、作为本申请的一种技术方案，在步骤s5中，将所述起爆结构与带有所述封隔器的所述连接杆密封连接，并将所述起爆结构中的雷管的导线与所述封隔器的控制导线由所述连接杆内部联通至地面，将所述起爆结构通过所述连接杆缓慢置入所述集束炸药单元中。
17、作为本申请的一种技术方案，所述药球包括外壳、密封盖、多个配重球以及乳化炸药；所述外壳为塑料材质的球形状结构；所述密封盖盖设于所述外壳的开口上；多个所述配重球均安装于所述外壳的内腔中；所述乳化炸药设置于所述外壳的内腔中。
18、作为本申请的一种技术方案，所述乳化炸药的质量为my，其中my满足：
19、my＞ρqvq-mp-nmw；
20、式中：my为所述乳化炸药的质量；ρq为水的密度；vq为所述药球沉没于水中所排开水的体积；mp为所述外壳的质量；n为所述配重球的数量；mw为所述配重球的重量。
21、作为本申请的一种技术方案，所述起爆结构包括导爆索和雷管；所述导爆索封装在所述连接杆内腔的底部处；所述雷管的两端分别连接于所述导爆索和地表起爆器。
22、作为本申请的一种技术方案，所述扩孔区域的直径为200mm，且底部与所述不透水底板的距离为1.5～2.5m、顶部与所述不透水顶板的距离为1.5～2.5m；所述封隔器布置在所述扩孔区域的顶部。
23、一种采用如上所述的深部高承压水下炸药包起爆方法进行起爆后的裂隙区计算方法，该方法包括以下步骤：
24、s1，采用深部高承压水下炸药包起爆方法进行起爆后所产生的冲击荷载的计算公式如下：
25、
26、式中：pd为起爆后产生的冲击荷载；ρ0为炸药的等效装药密度；d为炸药爆速；γ为爆轰产物的膨胀绝热指数；ρm为炸药的等效装药密度；cp为岩石的声速；其中，炸药的等效装药密度ρ0采用以下公式进行计算：
27、
28、式中：ρ0为炸药的等效装药密度；r为炮孔半径；r为药球半径；π为圆周率；ρz为炸药的密度；
29、s2，所述裂隙区的半径rt采用如下公式计算：
30、
31、式中：rb为炮孔半径；pd为起爆后产生的冲击荷载；a＝[(1+λ)2+(1+λ2)-2μ(1-μ)(1-λ2)0.5，λ＝μ/(1-μ)；σcd为岩石动态抗压强度；ɑ＝2+μ/(1-μ)；σtd为岩石动态抗拉强度；β＝2-μ/(1-μ)；μ为岩石动态泊松比。
32、本申请的有益效果：
33、(1)本申请提供了一种深部高承压水下炸药包起爆方法，该方法能够克服高水压作用下竖井中炸药的防水耐压密封难题，其采用浮力重力等效的方法保证药品能够下沉至目标储层；同时，其采用分散式的装药结构，能够解决整体装药无法应用于小开孔大内存的装药环境的问题；
34、(2)本申请提供了一种采用深部高承压水下炸药包起爆方法进行起爆后的裂隙区计算方法，该方法的提出能够最大限度的降低深地高孔压岩土地层井孔爆破的实施难度，还能够提高裂隙区半径的计算精度，其对于铀矿资源地浸开采所需的大致裂区域和高致裂均匀度条件的实现具有重要的工程价值。
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1.一种深部高承压水下炸药包起爆方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的深部高承压水下炸药包起爆方法，其特征在于，在步骤S1中，采用直径为89mm的所述第一钻头进行钻孔，在距离所述不透水底板1.5～2.5m时停止钻进；随后采用水力切割方式由下至上进行钻孔扩孔，直至扩孔区域距离所述不透水顶板1.5～2.5m时停止扩孔。
3.根据权利要求1所述的深部高承压水下炸药包起爆方法，其特征在于，在步骤S3中，在距离所述钻孔底部20～30cm时开始向所述软管内部通入压力为P的高压气体，其中P满足：
4.根据权利要求1所述的深部高承压水下炸药包起爆方法，其特征在于，在步骤S4中，当所述药球开始连续从所述软管中冲出后，将所述软管以3～5cm/s的速度匀速上提。
5.根据权利要求1所述的深部高承压水下炸药包起爆方法，其特征在于，在步骤S5中，将所述起爆结构与带有所述封隔器的所述连接杆密封连接，并将所述起爆结构中的雷管的导线与所述封隔器的控制导线由所述连接杆内部联通至地面，将所述起爆结构通过所述连接杆缓慢置入所述集束炸药单元中。
...【技术特征摘要】
1.一种深部高承压水下炸药包起爆方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的深部高承压水下炸药包起爆方法，其特征在于，在步骤s1中，采用直径为89mm的所述第一钻头进行钻孔，在距离所述不透水底板1.5～2.5m时停止钻进；随后采用水力切割方式由下至上进行钻孔扩孔，直至扩孔区域距离所述不透水顶板1.5～2.5m时停止扩孔。
3.根据权利要求1所述的深部高承压水下炸药包起爆方法，其特征在于，在步骤s3中，在距离所述钻孔底部20～30cm时开始向所述软管内部通入压力为p的高压气体，其中p满足：
4.根据权利要求1所述的深部高承压水下炸药包起爆方法，其特征在于，在步骤s4中，当所述药球开始连续从所述软管中冲出后，将所述软管以3～5cm/s的速度匀速上提。
5.根据权利要求1所述的深部高承压水下炸药包起爆方法，其特征在于，在步骤s5中，将所述起爆结构与带有所述封隔器的所述连接杆密封连接，并将所述起爆结构中的雷管的导线与所述封隔器的控制导线由所述连接杆内部联通至地面，将所述起爆结构通过所述连接杆缓慢置入所述集束炸药单元...
【专利技术属性】
技术研发人员：万勇，吴亮，王玉华，何星星，席本强，邹炎，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：
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