CN113187479A - 一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法 - Google Patents
一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113187479A CN113187479A CN202110472613.5A CN202110472613A CN113187479A CN 113187479 A CN113187479 A CN 113187479A CN 202110472613 A CN202110472613 A CN 202110472613A CN 113187479 A CN113187479 A CN 113187479A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon dioxide
- liquid storage
- fracturing pipe
- blasting
- fracturing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 108
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 102
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 69
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 54
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000005422 blasting Methods 0.000 claims abstract description 90
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 71
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims abstract description 35
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 26
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 18
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims description 16
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 16
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 11
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000003066 decision tree Methods 0.000 claims description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 5
- FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 Chemical compound C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N 0.000 claims description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 238000005474 detonation Methods 0.000 claims description 3
- 230000009172 bursting Effects 0.000 claims 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 8
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 6
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 6
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 6
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000013075 data extraction Methods 0.000 description 4
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 4
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000006855 networking Effects 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 2
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21C—MINING OR QUARRYING
- E21C37/00—Other methods or devices for dislodging with or without loading
- E21C37/06—Other methods or devices for dislodging with or without loading by making use of hydraulic or pneumatic pressure in a borehole
- E21C37/14—Other methods or devices for dislodging with or without loading by making use of hydraulic or pneumatic pressure in a borehole by compressed air; by gas blast; by gasifying liquids
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
- F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
- F42B3/04—Blasting cartridges, i.e. case and explosive for producing gas under pressure
- F42B3/045—Hybrid systems with previously pressurised gas using blasting to increase the pressure, e.g. causing the gas to be released from its sealed container
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42D—BLASTING
- F42D3/00—Particular applications of blasting techniques
- F42D3/04—Particular applications of blasting techniques for rock blasting
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
- G01S5/22—Position of source determined by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Abstract
本发明属于采矿或采石技术领域，公开了一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法；包括以下步骤：a：施工准备，准备380V交流电，充足的液态二氧化碳储液罐；b：致裂管的设计和组装，将致裂管的储液管放置在陈列架上，储液管装上定压片和垫片进行密封，并与加热装置的导线连接，之后将致裂管放在充装台上，在储液管中充入二氧化碳；c：钻孔，采用潜孔钻进行施工，钻孔深度4‑4.5m，孔洞底部深度误差小于孔洞深度的5%，孔洞呈梅花型分布；d：致裂管装备、填充，钻好孔洞之后，致裂管采用吊装的方式入孔，然后向孔洞内填充粗砂；解决了***可控性低，***精确度差，***预测性较差，非本质安全起爆的安全风险等问题，进一步提升了***的安全性和稳定性。
Description
技术领域
本发明属于采矿或采石技术领域，具体涉及一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法。
背景技术
随着国家的飞速发展，对开采矿石、改造地形地貌和拆除破旧房屋的需求进一步增加。而现有的***技术以***为主。***威力巨大，作用时间短，属于明火***。但******又存在噪音大、易隐发火灾等缺陷，对储存条件、运输条件、使用条件都有较大要求。二氧化碳***设备是利用液态二氧化碳受热迅速气化，对外界进行冲击的物理***。二氧化碳***不会产生气体粉尘等有害物质，改善工作环境。没有明火，不会产生二次爆诈威胁工作人员安全。二氧化碳***威力可控、噪音较小，在市内施工时不会对周围环境造成较大影响。
但是在现实的操作中，由于***岩层密度不同，对于二氧化碳***需要高精确度的计算，来达到定向***的效果，现有的二氧化碳***技术中，致裂管***之后不易回收，容易被掩埋丢失，同时目前的二氧化碳***缺少安全监测，***可控性低，***精确度差，***预测性较差，***一旦造成误差都是不可逆转的，在楼房***中还有可能对人民的生命财产造成威胁，造成非本质安全起爆的安全风险。
中国专利申请号201910398971.9公开了一种二氧化碳致裂管释爆改进装置及释爆方法，属于***技术领域，包括自身直径大于释爆区直径的安全防护盖，安全防护盖主体钢板的上下两层均包裹有铁丝网；钢板上层的铁丝网上均布挂接有竖直向上且等高的弹簧，弹簧顶上挂接有与安全防护盖等大的铁丝网；钢板下层的铁丝网挂接有通过挂钩挂接在钢板下方且垂直向下倒扣埋布在释爆孔洞内的护管，护管主体设置有外延底座，护管主体内径稍大于二氧化碳致裂器外径；护管内的二氧化碳致裂器末端设置有挂接钢板下层的铁丝网的挂钩。
上述现有的技术方案中，通过改进致裂管的结构，增加了安全防护性，但是对于***技术的预测偏差，***可控性低并没有做出有效改进。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的目的在于提供了一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法，通过设置安全监测***和合理的操作流程，解决了***可控性低，***精确度差，***预测性较差，非本质安全起爆的安全风险等问题，进一步提升了***的安全性和稳定性。
本发明提供如下技术方案：
一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法；包括以下步骤：
a：施工准备，准备380V交流电，充足的液态二氧化碳储液罐，相应的致裂管、加热棒、垫片；
b：致裂管的设计和组装，将致裂管的储液管放置在陈列架上，储液管装上定压片和垫片进行密封，并与加热装置的导线连接，之后将致裂管放在充装台上，在储液管中充入二氧化碳；
c：钻孔，采用潜孔钻进行施工，钻孔深度4-4.5m，孔洞底部深度误差小于孔洞深度的5%，孔洞呈梅花型分布；
d：致裂管装备、填充，钻好孔洞之后，致裂管采用吊装的方式入孔，然后向孔洞内填充粗砂；
e：致裂管连接防护，采用钢丝绳对所有致裂管进行连接，确保致裂管处于整体状态，每个致裂管端头吊钩与钢丝绳连接，在启爆时防止致裂管飞出，增加安全性，同时防止致裂管掩埋丢失。
优选的，还包括步骤f：致裂管激发与回收，将每个致裂管尾端甩出的导线进行逐一串联连接，将致裂管串联的两根导线分别接在380V***上，进行引爆；***之后将致裂管通过钢丝绳进行收集，收集之后将内部的残渣清理干净，以备下次使用。
优选的，步骤b中，致裂管的设计步骤包括，A1，预设***力，根据层岩的强度设定***力最大为500MPa；A2，根据气体状态方程pV=nRT确定实现的温度范围；p是指理想气体的压强，V为理想气体的体积，n表示气体物质的量，T则表示理想气体的热力学温度；R为理想气体常数。
优选的，致裂管的设计还包括步骤A3，根据温度和压力的数值得出储液管体积V1=V/n，设定储液管体积；A4，根据储液管的体积设计致裂管的体积，推算定压片的厚度，确定二氧化碳的填充量；A5，构建安全监测***。
优选的，致裂管在激发的过程中，通过设置的安全监测***对***震源实行监测，对破岩进行精确定位，保证破岩层厚度和破岩体积，减小破岩误差，增加安全性。
优选的，安全监测***的上位机通过声发射检测装置获得岩石发声信号的特征参数，发声信号通过冲击波压力传感器获取；上位机通过冲击波压力传感器的位置获得岩石发声的位置，位置确定方法采用时差定位方法。
优选的，发声信号的特征参数提取方法包括，S1，根据声发射检测装置的GSM模块发出声音信号指令后，控制单元读取声音主频幅值、能量数据，记录***时间；S2，得到的数据与设定的阈值进行比较，若大于设定阈值，则记录为振铃开始时间，振铃计数加1；S3，能量计数值等于主频幅值大于设定阈值的部分与能量计数相加的总值；将获取的能量计数值与存储的最大值比较，若大于最大值进行替换，记录最大值时间为上升时间；S4，判断声发射是否结束，信号没有超过设定的阈值的到达时间是否大于最大时间，若大于最大时间，判定事件结束，将记录的振铃计数、能量计数、主频幅值和上升时间、到达时间存储并输出。
优选的，根据得到所述振铃计数、能量计数、主频幅值的参数构建决策树模型，计算每个特征参数的信息增益，选取增益最大的参数作为划分节点，增加节点的纯度，信息增益越大，则划分后各个子集内包含的信号在最大程度上属于同一类别。
优选的，在步骤c中，为了增加钻孔的精确度，提升***的预测性，若预***的深度为H，超孔孔深为h，则钻孔的总深度L满足L=H+h；孔间距a满足a=（0.3-0.5）L；每排钻孔的距离b满足b=（1.2-1.5）a；则钻孔上方的堵塞深度h0，h0=L/2；致裂管的壮观长度H1满足h1=H+h1=h0。
另外，在致裂管中填充二氧化碳时，储液管壁受到的内压力会产生应力和应变，储液管内壁受到二氧化碳的静压力，储液管处于平衡状态，则致裂管内壁受到的切向应力σ0满足σ0=（P1R12- P0R02）/( R02- R12)+((P1-P0)R12R02)/((R02-R12)r2)；致裂管内壁受到的径向压力σr=（P1R12- P0R02）/( R02- R12)-((P1-P0)R12R02)/((R02-R12)r2)；致裂管内壁受到的轴向压力σz=（P1R12- P0R02）/( R02- R12)；上式中R0为致裂管的外径，单位mm；R1为致裂管的内径，单位mm；P0为致裂管的外壁压力值，单位牛顿；P1为致裂管的内壁压力值，单位牛顿；为了进一步保证安全***，储液管内的压力必须远小于储液管壁钢材的极限强度，同时又能冲破泄能头的破裂片；切向应力为第一主应力；轴向应力为第二主应力，经向应力为第三主应力；由最大拉应力强度准则可知，储液管内壁受到的切应力大于储液管的极限切应力σ时，储液管会发生破坏，所以，必须满足你σ0-σr<[σ],才能保证储液管不被破坏正常使用，由此可推算储液管的安全厚度，提升安全性。
另外，安全监测***包括无线收发转换器、上位机、多个声发射检测装置，声发射检测***包括冲击波压力传感器探头，数模转换电路、GSM模块、无线收发模块，所述无线收发模块为无线Wifi模块；所述冲击波压力传感器通过数模转换电路与GSM模块连接，无线收发模块与GSM模块连接，所述多个声发射检测装置通过无线收发模块进行链式通信；检测安全可靠，范围广，防止信号干扰和信号丢失，便于后期的数据处理，增加信号检测的准确性，减小***预测误差，提高***精确度；上位机内置时钟授时器，时钟授时器接受GPS信号，提取定位信息，通过NTP协议向下分发标准时间；声发射检测装置完成链式通信组网之后首先进行授时操作，读取NTP协议，获得时间；在声发射装置获得特征参数节点信息之后发送至下一节点，最后传输至上位机进行分析；在分析分过程中，所有经过特征提取之后的发声信号视为总体样本S，特征参数振铃计数、能量计数、主频幅值分别为属性{x1,x2,x3},由于特征参数取值时连续性，对于特还参数振铃计数x1计算增益需将取值从大到小排列，记为{x11,x12,…x1n}；将区间[x1i，x1i+1]的中位点（x1i+x1i+1）/2作为候选划分点t，基于划分点t将参数值划分成子集St-和St+；因为划分后子集数量不同，赋予 St-权重为| Stα|，St+权重为|Stβ|；则信息增益公式满Gain(S,λ)=Ent(S)-|Stα|/| Stβ|EntStα；上式中EntStα是子集St-和St+的信息熵；Ent(S)为总体样本S的信息熵；通过计算各个节点的信息熵增益，选取最大值特征参数x1的信息增益，按照片此方法以此类推，分别计算能量计数、主频幅值的信息增益选取最大值作为节点划分，以后的节点划分递归进行，知道所有子集仅包含同一种类别数据，去除其他杂质数据，增加特征数据提取的准确率，减小特征数据误差，增强对发生数据判断的准确性，进一步提升***过程中的安全性和稳定性。
上位机获得发生检测装置的特征参数并进行分析之后，根据冲击波压力传感器的安装位置获取发生位置，之后通过时差定位方法进行声源定位，时差定位方法为，首先建立笛卡尔直角坐标系，通过将发生源坐标（x,y,z）设为未知量，确定冲击波传感器位置坐标（x0,y0,z0），计算发生源到各个传感器的距离；根据声发检测装置采集的数据得到各个传感器受到信号时间t1,声波在***岩石中的传播速度v，以发生源发射信号的时间t联立得到（(x-x0)2+(y-y0)2+(z-z0)2）1/2=v(t1-t)；根据上述公式计算得出发生源到各个传感器之间的精确距离；从而使***的精确范围进一步缩小，减小***距离的误差，提升***的安全性。
一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法采用一种致裂管，所述致裂管包括储液管，储液管一端预先安置的与其搭配的活化器，活化器为加热装置，储液管并连接有诸如二氧化碳的充能头；储液管的另一端案子垫片与定压片，且连接有泄能头，构成密闭的储液装置；通过充能头向储液管注入液态的二氧化碳，在辅助以导线和引爆器等引爆材料，即可进行***致裂工作。
有益效果：
（1）本发明一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法，通过设置安全监测***和合理的操作流程，解决了***可控性低，***精确度差，***预测性较差，非本质安全起爆的安全风险等问题，进一步提升了***的安全性和稳定性。
（2）本发明一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法，采用链式通信；检测安全可靠，范围广，防止信号干扰和信号丢失，便于后期的数据处理，增加信号检测的准确性，减小***预测误差，提高***精确度。
（3）本发明一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法，通过决策树的方法对信号数据进行特征提取和分析，增加特征数据提取的准确率，准确反映***过程中声发信号数据，减小特征数据误差，增强对发生数据判断的准确性，进一步提升***过程中的安全性和稳定性，同时为以后的***做数据支持。
（4）本发明一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法，通过限定储液管切向应力、径向应力、储液管的极限应力之间的关系,保证储液管不被破坏正常使用，推算储液管的安全厚度，进一步提升致裂管使用的安全性，防止出现炸裂事故。
（5）本发明一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法，通过限定钻孔的总深度、钻孔间距、每排钻孔的距离的关系，进一步增加钻孔的精确度，提升***的预测性。
（6）本发明一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法，通过建立笛卡尔坐标系，对发生源进行声源定位，从而使***的精确范围进一步缩小，减小***距离的误差，提升***的安全性。
（7）本发明一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法，通过设置的安全监测***对***震源实行监测，对破岩进行精确定位，保证破岩层厚度和破岩体积，减小破岩误差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的某些实施例，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是本发明的步骤流程图。
图2是本发明的致裂管结构示意图。
图3是本发明的安全监测装置***框图。
图4是本发明的安全监测***框图。
图5是本发明的钻孔布置平面示意图。
图6为本发明的钻孔布置剖面示意图。
图7为本发明的致裂管串联结构示意图。
图8为本发明的特征提取流程图。
图中：1、储液管；2、充能头；3、泄能头；4、活化器；5、定压片；6、垫片；7、钻孔。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图1所示，一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法；包括以下步骤：
a：施工准备，准备380V交流电，充足的液态二氧化碳储液罐，相应的致裂管、加热棒、垫片6；
b：致裂管的设计和组装，将致裂管的储液管1放置在陈列架上，储液管1装上定压片5和垫片6进行密封，并与加热装置的导线连接，之后将致裂管放在充装台上，在储液管1中充入二氧化碳；
c：钻孔，采用潜孔钻进行施工，钻孔深度4-4.5m，孔洞7底部深度误差小于孔洞7深度的5%，孔洞7呈梅花型分布；
d：致裂管装备、填充，钻好孔洞7之后，致裂管采用吊装的方式入孔，然后向孔洞7内填充粗砂；
e：致裂管连接防护，采用钢丝绳对所有致裂管进行连接，确保致裂管处于整体状态，每个致裂管端头吊钩与钢丝绳连接，在启爆时防止致裂管飞出，增加安全性，同时防止致裂管掩埋丢失。
还包括步骤f：致裂管激发与回收，将每个致裂管尾端甩出的导线进行逐一串联连接，将致裂管串联的两根导线分别接在380V***上，进行引爆；***之后将致裂管通过钢丝绳进行收集，收集之后将内部的残渣清理干净，以备下次使用。
步骤b中，致裂管的设计步骤包括，A1，预设***力，根据层岩的强度设定***力最大为500MPa；A2，根据气体状态方程pV=nRT确定实现的温度范围；p是指理想气体的压强，V为理想气体的体积，n表示气体物质的量，T则表示理想气体的热力学温度；R为理想气体常数。
致裂管的设计还包括步骤A3，根据温度和压力的数值得出储液管1体积V1=V/n，设定储液管1体积；A4，根据储液管1的体积设计致裂管的体积，推算定压片5的厚度，确定二氧化碳的填充量；A5，构建安全监测***。
实施例二：
如图2所示，在实施例一的基础上，一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法采用一种致裂管，所述致裂管包括储液管1，储液管1一端预先安置的与其搭配的活化器4，活化器4为加热装置，储液管1并连接有诸如二氧化碳的充能头2；储液管1的另一端案子垫片6与定压片5，且连接有泄能头3，构成密闭的储液装置；通过充能头2向储液管1注入液态的二氧化碳，在辅助以导线和引爆器等引爆材料，即可进行***致裂工作。
在致裂管中填充二氧化碳时，储液管1壁受到的内压力会产生应力和应变，储液管1内壁受到二氧化碳的静压力，储液管1处于平衡状态，则致裂管内壁受到的切向应力σ0满足σ0=（P1R12- P0R02）/( R02- R12)+((P1-P0)R12R02)/((R02-R12)r2)；致裂管内壁受到的径向压力σr=（P1R12-P0R02）/( R02- R12)-((P1-P0)R12R02)/((R02-R12)r2)；致裂管内壁受到的轴向压力σz=（P1R12- P0R02）/( R02- R12)；上式中R0为致裂管的外径，单位mm；R1为致裂管的内径，单位mm；P0为致裂管的外壁压力值，单位牛顿；P1为致裂管的内壁压力值，单位牛顿；为了进一步保证安全***，储液管1内的压力必须远小于储液管1壁钢材的极限强度，同时又能冲破泄能头3的破裂片；切向应力为第一主应力；轴向应力为第二主应力，经向应力为第三主应力；由最大拉应力强度准则可知，储液管1内壁受到的切应力大于储液管1的极限切应力σ时，储液管1会发生破坏，所以，必须满足你σ0-σr<[σ],才能保证储液管1不被破坏正常使用，由此可推算储液管1的安全厚度，提升安全性。
实施例三：
在实施例一的基础上，如图3、4所示，致裂管在激发的过程中，通过设置的安全监测***对***震源实行监测，对破岩进行精确定位，保证破岩层厚度和破岩体积，减小破岩误差，增加安全性。
安全监测***的上位机通过声发射检测装置获得岩石发声信号的特征参数，发声信号通过冲击波压力传感器获取；上位机通过冲击波压力传感器的位置获得岩石发声的位置，位置确定方法采用时差定位方法。
发声信号的特征参数提取方法包括，S1，根据声发射检测装置的GSM模块发出声音信号指令后，控制单元读取声音主频幅值、能量数据，记录***时间；S2，得到的数据与设定的阈值进行比较，若大于设定阈值，则记录为振铃开始时间，振铃计数加1；S3，能量计数值等于主频幅值大于设定阈值的部分与能量计数相加的总值；将获取的能量计数值与存储的最大值比较，若大于最大值进行替换，记录最大值时间为上升时间；S4，判断声发射是否结束，信号没有超过设定的阈值的到达时间是否大于最大时间，若大于最大时间，判定事件结束，将记录的振铃计数、能量计数、主频幅值和上升时间、到达时间存储并输出。
根据得到所述振铃计数、能量计数、主频幅值的参数构建决策树模型，计算每个特征参数的信息增益，选取增益最大的参数作为划分节点，增加节点的纯度，信息增益越大，则划分后各个子集内包含的信号在最大程度上属于同一类别。
实施例四：
如图5-7所示，在实施例一的基础上，在步骤c中，为了增加钻孔的精确度，提升***的预测性，若预***的深度为H，超孔孔深为h，则钻孔孔洞7的总深度L满足L=H+h；孔间距a满足a=（0.3-0.5）L；每排钻孔的距离b满足b=（1.2-1.5）a；则钻孔上方的堵塞深度h0，h0=L/2；致裂管的壮观长度H1满足h1=H+h1=h0。
实施例五：
如图3、8所示，在实施例一的基础上，安全监测***包括无线收发转换器、上位机、多个声发射检测装置，声发射检测***包括冲击波压力传感器探头，数模转换电路、GSM模块、无线收发模块，所述无线收发模块为无线Wifi模块；所述冲击波压力传感器通过数模转换电路与GSM模块连接，无线收发模块与GSM模块连接，所述多个声发射检测装置通过无线收发模块进行链式通信；检测安全可靠，范围广，防止信号干扰和信号丢失，便于后期的数据处理，增加信号检测的准确性，减小***预测误差，提高***精确度；上位机内置时钟授时器，时钟授时器接受GPS信号，提取定位信息，通过NTP协议向下分发标准时间；声发射检测装置完成链式通信组网之后首先进行授时操作，读取NTP协议，获得时间；在声发射装置获得特征参数节点信息之后发送至下一节点，最后传输至上位机进行分析；在分析分过程中，所有经过特征提取之后的发声信号视为总体样本S，特征参数振铃计数、能量计数、主频幅值分别为属性{x1,x2,x3},由于特征参数取值时连续性，对于特还参数振铃计数x1计算增益需将取值从大到小排列，记为{x11,x12,…x1n}；将区间[x1i，x1i+1]的中位点（x1i+x1i +1）/2作为候选划分点t，基于划分点t将参数值划分成子集St-和St+；因为划分后子集数量不同，赋予 St-权重为|Stα|，St+权重为| Stβ|；则信息增益公式满足Gain(S,λ)=Ent(S)-|Stα|/| Stβ|EntStα；上式中Ent Stα是子集St-和St+的信息熵；Ent(S)为总体样本S的信息熵；通过计算各个节点的信息熵增益，选取最大值特征参数x1的信息增益，按照片此方法以此类推，分别计算能量计数、主频幅值的信息增益选取最大值作为节点划分，以后的节点划分递归进行，知道所有子集仅包含同一种类别数据，去除其他杂质数据，增加特征数据提取的准确率，减小特征数据误差，增强对发生数据判断的准确性，进一步提升***过程中的安全性和稳定性。
上位机获得发生检测装置的特征参数并进行分析之后，根据冲击波压力传感器的安装位置获取发生位置，之后通过时差定位方法进行声源定位，时差定位方法为，首先建立笛卡尔直角坐标系，通过将发生源坐标（x,y,z）设为未知量，确定冲击波传感器位置坐标（x0,y0,z0），计算发生源到各个传感器的距离；根据声发检测装置采集的数据得到各个传感器受到信号时间t1,声波在***岩石中的传播速度v，以发生源发射信号的时间t联立得到（(x-x0)2+(y-y0)2+(z-z0)2）1/2=v(t1-t)；根据上述公式计算得出发生源到各个传感器之间的精确距离；从而使***的精确范围进一步缩小，减小***距离的误差，提升***的安全性。
通过上述技术方案得到的装置是一次性液态二氧化碳致裂管定向破岩方法，通过设置安全监测***和合理的操作流程，解决了***可控性低，***精确度差，***预测性较差，非本质安全起爆的安全风险等问题，进一步提升了***的安全性和稳定性；采用链式通信；检测安全可靠，范围广，防止信号干扰和信号丢失，便于后期的数据处理，增加信号检测的准确性，减小***预测误差，提高***精确度；通过决策树的方法对信号数据进行特征提取和分析，增加特征数据提取的准确率，准确反映***过程中声发信号数据，减小特征数据误差，增强对发生数据判断的准确性，进一步提升***过程中的安全性和稳定性，同时为以后的***做数据支持；通过限定储液管1切向应力、径向应力、储液管1的极限应力之间的关系,保证储液管1不被破坏正常使用，推算储液管1的安全厚度，进一步提升致裂管使用的安全性，防止出现炸裂事故；通过限定钻孔的总深度、钻孔间距、每排钻孔的距离的关系，进一步增加钻孔的精确度，提升***的预测性；通过建立笛卡尔坐标系，对发生源进行声源定位，从而使***的精确范围进一步缩小，减小***距离的误差，提升***的安全性；通过设置的安全监测***对***震源实行监测，对破岩进行精确定位，保证破岩层厚度和破岩体积，减小破岩误差。
本发明中未详细阐述的其它技术方案均为本领域的现有技术，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法；其特征在于，包括以下步骤：
a：施工准备，准备380V交流电，充足的液态二氧化碳储液罐，相应的致裂管、加热棒、垫片；
b：致裂管的设计和组装，将致裂管的储液管放置在陈列架上，储液管装上定压片和垫片进行密封，并与加热装置的导线连接，之后将致裂管放在充装台上，在储液管中充入二氧化碳；
c：钻孔，采用潜孔钻进行施工，钻孔深度4-4.5m，孔洞底部深度误差小于孔洞深度的5%，孔洞呈梅花型分布；
d：致裂管装备、填充，钻好孔洞之后，致裂管采用吊装的方式入孔，然后向孔洞内填充粗砂；
e：致裂管连接防护，采用钢丝绳对所有致裂管进行连接，确保致裂管处于整体状态，每个致裂管端头吊钩与钢丝绳连接，在启爆时防止致裂管飞出，增加安全性，同时防止致裂管掩埋丢失。
2.根据权利要求1所述一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法，其特征在于，还包括步骤f：致裂管激发与回收，将每个致裂管尾端甩出的导线进行逐一串联连接，将致裂管串联的两根导线分别接在380V***上，进行引爆；***之后将致裂管通过钢丝绳进行收集，收集之后将内部的残渣清理干净，以备下次使用。
3.根据权利要求1所述一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法，其特征在于，步骤b中，致裂管的设计步骤包括，A1，预设***力，根据层岩的强度设定***力最大为500MPa；A2，根据气体状态方程pV=nRT确定实现的温度范围；p是指理想气体的压强，V为理想气体的体积，n表示气体物质的量，T则表示理想气体的热力学温度；R为理想气体常数。
4.根据权利要求3所述一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法，其特征在于，致裂管的设计还包括步骤A3，根据温度和压力的数值得出储液管体积V1=V/n，设定储液管体积；A4，根据储液管的体积设计致裂管的体积，推算定压片的厚度，确定二氧化碳的填充量；A5，构建安全监测***。
5.根据权利要求2所述一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法，其特征在于，致裂管在激发的过程中，通过设置的安全监测***对***震源实行监测，对破岩进行精确定位，保证破岩层厚度和破岩体积，减小破岩误差，增加安全性。
6.根据权利要求5所述一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法，其特征在于，安全监测***的上位机通过声发射检测装置获得岩石发声信号的特征参数，发声信号通过冲击波压力传感器获取；上位机通过冲击波压力传感器的位置获得岩石发声的位置，位置确定方法采用时差定位方法。
7.根据权利要求6所述一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法，其特征在于，发声信号的特征参数提取方法包括，S1，根据声发射检测装置的GSM模块发出声音信号指令后，控制单元读取声音主频幅值、能量数据，记录***时间；S2，得到的数据与设定的阈值进行比较，若大于设定阈值，则记录为振铃开始时间，振铃计数加1；S3，能量计数值等于主频幅值大于设定阈值的部分与能量计数相加的总值；将获取的能量计数值与存储的最大值比较，若大于最大值进行替换，记录最大值时间为上升时间；S4，判断声发射是否结束，信号没有超过设定的阈值的到达时间是否大于最大时间，若大于最大时间，判定事件结束，将记录的振铃计数、能量计数、主频幅值和上升时间、到达时间存储并输出。
8.根据权利要求7所述一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法，其特征在于，根据得到所述振铃计数、能量计数、主频幅值的参数构建决策树模型，计算每个特征参数的信息增益，选取增益最大的参数作为划分节点，增加节点的纯度，信息增益越大，则划分后各个子集内包含的信号在最大程度上属于同一类别。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110472613.5A CN113187479B (zh) | 2021-04-29 | 2021-04-29 | 一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110472613.5A CN113187479B (zh) | 2021-04-29 | 2021-04-29 | 一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113187479A true CN113187479A (zh) | 2021-07-30 |
| CN113187479B CN113187479B (zh) | 2022-03-18 |
Family
ID=76980350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110472613.5A Active CN113187479B (zh) | 2021-04-29 | 2021-04-29 | 一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113187479B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113187479B (zh) * | 2021-04-29 | 2022-03-18 | 中国化学工程重型机械化有限公司 | 一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法 |
| CN115077316A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-09-20 | 河南省公路工程局集团有限公司 | 一种路基石方二氧化碳静态***施工方法 |
| CN115979085A (zh) * | 2023-03-07 | 2023-04-18 | 北京科技大学 | 一种适用于露天高台阶的液态二氧化碳***方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2010200612A1 (en) * | 2009-03-06 | 2010-09-23 | Ael Mining Services Limited | Mining method |
| CN106288972A (zh) * | 2016-10-18 | 2017-01-04 | 陕西金土地矿业有限公司 | 煤层封孔二氧化碳致裂器 |
| CN107461195A (zh) * | 2017-09-29 | 2017-12-12 | 段新峰 | ***用气体致裂管以及使用气体致裂管的***方法 |
| CN108195941A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-22 | 郑州智谷工业技术有限公司 | 一种岩石压裂声发射在线监测*** |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113187479B (zh) * | 2021-04-29 | 2022-03-18 | 中国化学工程重型机械化有限公司 | 一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法 |
-
2021
- 2021-04-29 CN CN202110472613.5A patent/CN113187479B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2010200612A1 (en) * | 2009-03-06 | 2010-09-23 | Ael Mining Services Limited | Mining method |
| CN106288972A (zh) * | 2016-10-18 | 2017-01-04 | 陕西金土地矿业有限公司 | 煤层封孔二氧化碳致裂器 |
| CN107461195A (zh) * | 2017-09-29 | 2017-12-12 | 段新峰 | ***用气体致裂管以及使用气体致裂管的***方法 |
| CN108195941A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-22 | 郑州智谷工业技术有限公司 | 一种岩石压裂声发射在线监测*** |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张福宝: "硬岩隧道液态二氧化碳致裂***施工技术探讨", 《隧道工程》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113187479B (zh) * | 2021-04-29 | 2022-03-18 | 中国化学工程重型机械化有限公司 | 一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法 |
| CN115077316A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-09-20 | 河南省公路工程局集团有限公司 | 一种路基石方二氧化碳静态***施工方法 |
| CN115979085A (zh) * | 2023-03-07 | 2023-04-18 | 北京科技大学 | 一种适用于露天高台阶的液态二氧化碳***方法 |
| CN115979085B (zh) * | 2023-03-07 | 2024-03-19 | 北京科技大学 | 一种适用于露天高台阶的液态二氧化碳***方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113187479B (zh) | 2022-03-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113187479B (zh) | 一种液态二氧化碳致裂管精准定向破岩方法 | |
| CN105179018B (zh) | 一种煤矿冲击地压检测方法 | |
| CN102829899B (zh) | 一种适用于深埋圆形隧洞的围岩应力快速测算方法 | |
| CN201213027Y (zh) | 地震临震报警装置 | |
| CN111077576A (zh) | 地面压裂的监测方法 | |
| CN106288995A (zh) | 一种逐孔起爆***处理废弃采空区方法 | |
| CN111708079B (zh) | 基于tsp的隧道有害气体综合超前预报方法 | |
| CN111852566A (zh) | 煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律的微震监测方法 | |
| CN212133471U (zh) | 用于既有车站内***进洞的减震结构 | |
| CN102226393B (zh) | 井下防喷***的压力监测与声波发生装置及其控制方法 | |
| CN108871129A (zh) | 一种隧道分部开挖法中隔壁支护结构***安全的监测方法 | |
| WO2019156796A1 (en) | Energetic charge for propellant fracturing | |
| CN112364489B (zh) | 一种控制基岩损伤和振动效应的二氧化碳***施工方法 | |
| US11982596B2 (en) | Method and system for blast-induced vibration monitoring of tunnels in high asymmetric in-situ stresses | |
| CN114577386B (zh) | 炮孔内电子***所受真实冲击波荷载测试方法和测试*** | |
| Zhuang et al. | Microseismic monitoring of energy changes in deep tunnels during the TBM tunneling of the Jinping II hydropower station | |
| CN113216981A (zh) | 一种深埋巷道冲击地压解危方法 | |
| CN112443304A (zh) | 地浸开采用***增渗法 | |
| CN110427688A (zh) | 一种基于实测振动的地应力大小预测方法 | |
| Gao et al. | Experimental Investigation on Influencing Factors of Rock Fragmentation Induced by Carbon Dioxide Phase Transition Fracturing | |
| CN217156820U (zh) | 一种tsp超前地质预报地震波连续激发*** | |
| CN116182940B (zh) | 一种支撑梁***拆除支护结构动力响应特性的获取方法 | |
| Cuderman et al. | High energy gas fracture experiments in liquid-filled boreholes: potential geothermal application | |
| CN216900956U (zh) | 一种浅层地震勘探中的新型夯击震源 | |
| Onederra et al. | Mass blast computer design, analysis and monitoring—a case study |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |