基于最小自由能原理的二氧化碳致裂器发热材料危险性研究

二氧化碳致裂器可以突破炸药爆破的部分局限性,从而得到广泛应用,其使用的将液态二氧化碳迅速气化的发热材料,在生产和运输过程中存在一定危险性,很有必要定量研究材料的危险性,为安全生产监管提供参考。以三类二氧化碳致裂器发热材料和黑火药、高氯酸铵为研究对象,基于最小自由能原理,建立热力学平衡态模型,计算、比较其爆轰参数,结果表明:1~#材料产热量大,爆炸威力小,甚至难以维持稳定的爆轰,因而具有较好的安全性;2~#、3~#材料性质相仿,爆炸威力大于黑火药和高氯酸铵。

一次性二氧化碳致裂器筒体刻槽有限元分析

研究一次性二氧化碳致裂器筒体刻槽参数优化问题。针对传统的可重复使用的二氧化碳致裂器存在的故障率高和回收困难等问题,在刻槽型爆破片的研究基础上,利用ANSYSW orkbench非线性有限元法,计算筒体的塑性极限内压,并且对筒体刻槽的形状、深度、宽度、长度等参数进行深人分析,并通过实验验证了仿真结果。结果表明,刻槽深度是决定筒体塑性极限内压的最主要因素,刻槽长度和刻槽宽度对塑性极限内压的影响可以忽略;三种槽形状下的应力集中系数相差不大,切削量是导致极限内压值差异的主要原因。

CO_2致裂器充装阀气密性试验装置研究

CO_2致裂技术是应用液态CO_2瞬间气化产生冲击,达到预裂煤层、岩层的目的,充装阀是CO_2致裂器的重要部件。设计了一套简便并实用的充装阀气密性试验装置,利用该装置对10支充装阀进行了试验,并实际充装液态CO_2进行了验证,结果表明,在试验装置上能够保持很好气密性的充装阀,20 h实际泄漏量均能控制在5%以内,性能稳定。

CO_2致裂器深孔预裂增透数值模拟研究

为了解决高瓦斯工作面瓦斯抽采难题,以司马煤矿1211工作面为工程研究背景,进行CO_2致裂器深孔预裂数值模拟,结果表明两致裂孔间距10m、致裂器与连接杆按照1:3连接时为最佳方案,并在1211工作面运输巷与回风巷完成致裂增透工作,验证了按该方式布置时深孔预裂增透效果较好,对司马煤矿及类似条件下深孔预裂增透技术具有很好的借鉴意义。

干热岩热储建造的二氧化碳爆破致裂器优化设计

干热岩作为一种可再生的清洁能源,如何开采具有重要意义,但温度和深度双重因素导致干热岩型地热资源开采难度大。在开采过程中,储层建造是其中的关键技术。储层建造产生大规模的体积裂隙网络,以保证有大面积的换热通道进行长期的热能提取,二氧化碳爆破致裂技术作为一种新方法为储层建造提供了新思路。本文简述了二氧化碳爆破致裂技术,以及爆破过程中二氧化碳充装量、活化剂用量、定压片厚度之间的内在关系,重点优化了用于干热岩型地热储层建造的二氧化碳致裂器,设计了致裂器内部结构的具体参数,完善了外部结构和整体系统,最终研发了一种可用于干热岩型地热储层建造的新型二氧化碳致裂器,为干热岩型地热储层建造提供有效的技术手段,填补了耐高温高压的井下二氧化碳致裂器领域的空白。

二氧化碳致裂器在岩石中深孔预裂爆破中的应用研究

二氧化碳致裂器具有施工安全、操作简单等明显的优点,由于其能量释放嘴的限制,在岩石爆破中受到一定的局限。归纳分析了当今二氧化碳致裂器释放嘴结构状况,采用大型分析软件模拟分析了释放嘴,提出了喷嘴适合边坡预裂爆破的结构形式是锥形,进口宽度为40 mm,出口宽度为20 mm,长度为18 mm,收缩角约30°释放嘴优化结构形式和合理参数,喷嘴形状应为长条矩形状,沿致裂器两侧竖向线等距排列的布置,并在实际工程中试用效果良好。

二氧化碳致裂器深孔预裂爆破煤层增透新技术

针对低透气性煤层瓦斯抽采难度大、预抽效率低的问题,研发出二氧化碳致裂器深孔预裂爆破煤层增透新技术,通过理论分析、现场试验和数值模拟研究发现：采用二氧化碳致裂器在煤层中进行深孔预裂爆破,可促进煤层孔隙系统发育,提高煤层的透气性,达到强化抽采瓦斯的目的。贝勒煤矿井下试验结果显示,致裂后钻孔瓦斯流量增大3.8~6.7倍,钻孔瓦斯流量衰减系数由0.691 1 d-1降为0.052 8 d-1,煤层透气性系数提高26倍,预裂影响半径达4.5~5.7 m,在很大程度上改善了矿井瓦斯治理的效果,降低了瓦斯治理的经济成本,确保了煤矿采掘接替和安全生产。

二氧化碳致裂器研制与应用

介绍一种用于煤矿煤层预裂增透强化抽采、强制放顶、落煤及煤仓清堵的设备——二氧化碳致裂器的基本结构、工作原理、特点及现场应用情况。

二氧化碳致裂器相变流场有限元分析

本文主要研究二氧化碳致裂器相变流场问题。在现有致裂器结构的基础上,借鉴前人对液化气体储罐的研究,利用Fluent流体仿真软件,选用标准k-ε湍流模型和VOF多相流模型,通过用户自定义函数来定义相变,建立有限元仿真模型。通过仿真得到致裂器内压力与气相体积分数的时间响应曲线,发现升压速率随时间逐渐升高,相变速率随时间逐渐降低。

CO_2致裂器泄能过程分析

理论分析结合数值计算,对泄能过程中储液管内CO2状态变化情况及压力变化进行了分析,并通过测试试验拟合得到了致裂器泄放压力随剪切片厚度变化的数学关系p=14.992e0.4912d。此外,依据TNT当量法计算了单个致裂器正常使用时泄放能量相当于0.15 kg TNT。

二氧化碳致裂器快速充装系统的研制

为了提高二氧化碳致裂器充装效率,研制出二氧化碳致裂器快速充装系统,合理地设计充装系统结构,通过PLC程序控制器,对充装管路的液态二氧化碳的压力、充装重量、充装泵的环境温度进行自动化控制,提高了充装质量,保障二氧化碳致裂器快速充装系统安全可靠的工作。

二氧化碳致裂器激发药剂爆炸性分类的研究

作为一种非炸药类爆破工具,二氧化碳致裂器在生产、运输和使用过程中的安全性一直是爆破行业和公安管理部门关注的焦点。以二氧化碳致裂器中发热管装的药剂为研究对象,通过隔板试验、克南试验和时间/压力试验等对含高氯酸钾、草酸铵、水杨酸配方的发热管药剂性质开展研究。研究结果表明:按照联合国关于危险货物分级程序,该种常见的二氧化碳致裂器发热管药剂可以定性为爆炸性物质;但该药剂足够钝感,可不划为爆炸品。

二氧化碳致裂器止飞技术研究

基于二氧化碳致裂器爆破瞬间飞管的问题,分析了致裂器内部的压力变化规律、孔内力学变化规律,探讨了致裂器飞管的主要因素,试验结果表明:为了测定爆破瞬间高压、高速气体的压力,通过压力测定系统,精确测定出最直接造成飞管现象的管内压力185 MPa,同时也分析了泄能孔面积和方向对飞管的影响;通过压力的计算和三维流体模拟,提出了3种止飞手段,封孔止飞作为常规辅助手段,计算封孔物长度,机械止飞膨胀摩擦角为30°,泄能口倾角75°,上下排列,两两径向对称,这些止飞手段,很大程度上提高了致裂器爆破的效果,确保致裂器在瓦斯抽采方面的广泛应用。

二氧化碳致裂器可靠性安全性的影响因素分析

利用在耐压的储液管中充进液体CO2,利用加热棒体在外界能量作用下激发产生的热量对其加热,液态CO2吸热气化发生相态变化,使得体积瞬间急剧膨胀变成高压气体,来对煤层、岩石等进行破碎、增透和开裂。本实验通过对国内现阶段生产的二氧化碳致裂器在国家标准要求的条件下进行可靠性及可燃气安全度试验,并对实验结果进行理论分析和探讨,为该新式设备在煤矿实际推广、使用选择提供安全的依据。

二氧化碳致裂器泄能关键参数研究

为致裂器爆破能达到最佳的效果,开展了准静态强度测试、动态爆破致裂试验,分析了二氧化碳致裂器泄放压力与定压剪切片厚度、发热材料用量和液态二氧化碳充装量之间的关系,并得出了泄放压力模型;通过压力的计算分析和三维流体模拟,分析出泄能口的最优布置方式。试验结果表明:定压剪切片厚度为3 mm时,准静态抗剪强度为130 MPa,合理的发热材料用量为113 g,泄放压力峰值约为185 MPa;厚度为4 mm时,准静态抗剪强度为220 MPa,合理的发热材料用量为163 g,泄放压力峰值约为263 MPa;在保证整体刚度和使用寿命前提下,尽量减小泄能通道长度,增大孔直径,断面面积与定压剪切片破断面积相同,腔内壁光滑,泄能口倾角75°为宜。

CO_2致裂器药卷最小起爆长度试验

对CO_2致裂器药卷最小起爆长度进行测试,利用控制变量法分段逐步进行爆破试验,并对爆破效果进行理论分析,讨论工程应用当中药卷的最佳长度。得到不同型号致裂器的安全起爆药卷长度与增大起爆威力的方法,方法对煤层瓦斯抽采致裂及岩石致裂具有指导作用。

致裂器对液态CO_(2)相变破岩的功效影响分析

为了研究致裂器因素对液态CO_(2)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CO_(2)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CO_(2)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。

基于正交试验的CO2致裂器泄能头的参数优化

为了对CO2致裂器泄能头的参数设计提供优化方案,采用ANSYS-CFX对CO2致裂器的泄能头内部的流场进行数值模拟与仿真,分析了CO2致裂器的单孔泄能头在不同入口气体压力、扩张段长度、收缩断面直径下所受最大压力,建立了由25组数值模型构成的正交试验表。通过正交试验分析可得:在入口气体压力为290 MPa、扩张段长度为40 cm、收缩断面直径为0.073 m时,CO2致裂器泄能头所承受的压力最大,达到317.2 MPa。研究结果可为提高CO2致裂器使用的安全性提供理论支撑。

CO_2致裂器在安能煤矿中的试验研究

CO_2致裂器利用物态变化产生能量,本质安全,在煤矿致裂增透中应用广泛。利用CO_2致裂器在安能煤矿10903工作面进行煤层顺层致裂增透,为了得出CO_2致裂器在煤层致裂中应用效果,进行致裂孔增透前后相关参数的对比试验,结果表明,进行强化增透的煤层,内部瓦斯含量最大减幅达到65%,瓦斯纯量增幅达到了原来的4倍,效果显著,为今后CO_2致裂器在煤层致裂增透治理中起到参考作用。

CO_2致裂器在煤层致裂中的应用研究

在安能煤矿10918工作面进行煤层顺层CO_2致裂增透,提高煤层透气性的试验中,为了得出CO_2致裂器在煤层致裂中应用效果,进行致裂孔增透前后相关参数的对比试验,结果表明,进行强化增透的煤层,内部瓦斯含量最大减幅达到59%,瓦斯纯量增幅达到了原来的3.6倍,效果显著。