CN119618007A - 一种深部高承压水下炸药包起爆方法及裂隙区计算方法 - Google Patents

Abstract

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，包括：进行钻孔，在临近岩层的不透水底板时停止；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；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；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，关闭并提出所述软管；通过连接杆将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，并起爆；计算起爆后的裂隙区的半径。该起爆方法能克服高水压作用下竖井中炸药防水耐压密封难题，使得炸药能够下沉至目标储层；同时，该计算方法能提高裂隙区半径的计算精度。

Description

一种深部高承压水下炸药包起爆方法及裂隙区计算方法

技术领域

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。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

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矿的地浸开采效率，还能够提高起爆后裂隙区的半径计算的精度。

本申请的技术方案是：

一种深部高承压水下炸药包起爆方法，包括以下步骤：

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；

S2，采用第二钻头进行低压喷水来清洗钻孔，并提出钻杆；

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；

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；

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；

S6，采用所述封隔器对所述岩层的集束炸药单元进行封堵；

S7，对所述集束炸药单元进行起爆。

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。

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：

P≥P₀+ΔP；

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。

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。

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。

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。

作为本申请的一种技术方案，所述乳化炸药的质量为m_y，其中m_y满足：

m_y＞ρ_qV_q-m_p-nm_w；

式中：m_y为所述乳化炸药的质量；ρ_q为水的密度；V_q为所述药球沉没于水中所排开水的体积；m_p为所述外壳的质量；n为所述配重球的数量；m_w为所述配重球的重量。

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。

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。

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：

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：

式中：P_d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；ρ_m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：

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；ρ_Z为炸药的密度；

S2，所述裂隙区的半径R_T采用如下公式计算：

式中：r_b为炮孔半径；P_d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)；σ_cd为岩石动态抗压强度；ɑ＝2+μ/(1-μ)；σ_td为岩石动态抗拉强度；β＝2-μ/(1-μ)；μ为岩石动态泊松比。

本申请的有益效果：

(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；

(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。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请第一实施例提供的药球示意图；

图2为本申请第一实施例提供的集束炸药单元示意图。

图标：1-药球；2-外壳；3-密封盖；4-配重球；5-乳化炸药；6-导爆索；7-雷管；8-连接杆；9-封隔器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和展示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

第一实施例：

请参照图1，配合参照图2，本申请实施例中提供了一种深部高承压水下炸药包起爆方法，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矿的地浸开采效率；其主要包括以下步骤：

S1，采用直径为89mm的第一钻头进行钻孔，在距离不透水底板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，直至扩孔区域距离不透水顶板1.5～2.5m时停止扩孔；

S2，采用第二钻头进行低压喷水来清洗钻孔，并提出钻杆；具体地，第二钻头可以采用水力切割钻头；

S3，将装有药球1的软管伸入至扩孔段，在距离钻孔底部20～30cm时开始向软管内部通入压力为P的高压气体，其中P满足：

P≥P₀+ΔP；

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；

S4，当药球1开始连续从软管中冲出后，将软管以3～5cm/s的速度匀速上提，直至软管的端部与扩孔段的上部齐平后，关闭软管端部的阀门，以免软管内剩余的药球1漏出；随后提出软管；

S5，将起爆结构与带有封隔器9的连接杆8密封连接，并将起爆结构中的雷管7的导线与封隔器9的控制导线由连接杆8内部联通至地面，将起爆结构通过连接杆8缓慢下放于集束炸药单元中；

S6，采用封隔器9对岩层的集束炸药单元进行封堵；对地面井口部位进行防护，现场进行警戒，撤离人员与重要设备；

S7，打开现有的自动监测设备，将雷管7的导线连接并联网检查，确认无误后对集束炸药单元进行起爆。

需要说明的是，在本实施例中，药球1包括外壳2、密封盖3、多个配重球4以及乳化炸药5；其中，外壳2为塑料材质的球形状结构；密封盖3盖设于外壳2的开口上；同时，多个配重球4均安装于外壳2的内腔中；乳化炸药5设置于外壳2的内腔中。此外，其乳化炸药5的质量为m_y，其中m_y满足：

m_y＞ρ_qV_q-m_p-nm_w；

式中：m_y为乳化炸药5的质量；ρ_q为水的密度；V_q为药球1沉没于水中所排开水的体积；m_p为所述外壳2的质量；n为配重球4的数量；m_w为配重球4的重量。

需要说明的是，在本实施例中，起爆结构包括导爆索6和雷管7；导爆索6封装在连接杆8内腔的底部处；雷管7的底部连接于导爆索6、顶部则连接于地表起爆器。

需要说明的是，在本实施例中，扩孔区域的直径为200mm，且底部与不透水底板的距离为1.5～2.5m、顶部与不透水顶板的距离为1.5～2.5m；封隔器9布置在扩孔区域的顶部。

综上可知，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；

第二实施例：

本申请实施例中提供了一种采用第一实施例中所说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：

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：

式中：P_d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；ρ_m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：

式中：ρ₀为炸药的等效装药密度；R为炮孔半径；r为药球1半径；π为圆周率；ρ_Z为炸药的密度；

S2，裂隙区的半径R_T采用如下公式计算：

式中：r_b为炮孔半径；P_d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)；σ_cd为岩石动态抗压强度；ɑ＝2+μ/(1-μ)；σ_td为岩石动态抗拉强度；β＝2-μ/(1-μ)；μ为岩石动态泊松比。

综上可知，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。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

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：

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；

S2，采用第二钻头进行低压喷水来清洗钻孔，并提出钻杆；

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；

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；

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；

S6，采用所述封隔器对所述岩层的集束炸药单元进行封堵；

S7，对所述集束炸药单元进行起爆。

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：

P≥P₀+ΔP；

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。

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。

6.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，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。

7.根据权利要求6所述的深部高承压水下炸药包起爆方法，其特征在于，所述乳化炸药的质量为m_y，其中m_y满足：

m_y＞ρ_qV_q-m_p-nm_w；

式中：m_y为所述乳化炸药的质量；ρ_q为水的密度；V_q为所述药球沉没于水中所排开水的体积；m_p为所述外壳的质量；n为所述配重球的数量；m_w为所述配重球的重量。

8.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，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。

9.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，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。

10.一种采用如权利要求1至9中任一项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，其特征在于，该方法包括以下步骤：

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：

式中：P_d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；ρ_m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：

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；ρ_Z为炸药的密度；

S2，所述裂隙区的半径R_T采用如下公式计算：

式中：r_b为炮孔半径；P_d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)；σ_cd为岩石动态抗压强度；ɑ＝2+μ/(1-μ)；σ_td为岩石动态抗拉强度；β＝2-μ/(1-μ)；μ为岩石动态泊松比。