本發(fā)明涉及爆破，具體為一種二氧化碳爆破應(yīng)變能轉(zhuǎn)換系數(shù)與等效炸藥計算公式獲取方法。

背景技術(shù)：

1、水道分為天然河流、渠化河流和人工運河3種，人工運河是用以溝通地區(qū)或水域間水運的人工水道，通常與自然水道或其他運河相連。除航運外，運河還可用于灌溉、分洪、排澇、給水等，在人工運河進行建造的時候，在生產(chǎn)力落后的年代采用人工挖掘，隨著生產(chǎn)力的提升，采用爆破挖掘運河。

2、爆破是利用炸藥在空氣、水、土石介質(zhì)或物體中爆炸所產(chǎn)生的壓縮、松動、破壞、拋擲及殺傷作用，達到預期目的的一門技術(shù)。藥包或裝藥在土石介質(zhì)或結(jié)構(gòu)物中爆炸時，使土石介質(zhì)或結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生壓縮、變形、破壞、松散和拋擲的現(xiàn)象，主要用于土石方工程，以及金屬建筑物和構(gòu)筑物的拆除等。

3、二氧化碳氣體在一定的高壓下可轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，通過高壓泵將液態(tài)的二氧化碳壓縮至圓柱體容器(爆破筒)內(nèi)，裝入安全膜、破裂片、導熱棒和密封圈，擰緊合金帽即完成了爆破前的準備工作。將爆破筒和起爆器及電源線攜至爆破現(xiàn)場，把爆破筒插入鉆孔中固定好，連接起爆器電源。當微電流通過高導熱棒時，產(chǎn)生高溫擊穿安全膜，瞬間將液態(tài)二氧化碳氣化，急劇膨脹產(chǎn)生高壓沖擊波致泄壓閥自動打開，利用液態(tài)二氧化碳吸熱氣化時體積急劇膨脹產(chǎn)生高壓致使巖體開裂。

4、對于二氧化碳爆破應(yīng)變能轉(zhuǎn)換成炸藥爆破是爆破的安全性計算，便于計算爆破的能效，提高安全性，并且便于對二氧化碳爆破和炸藥爆破做對比和經(jīng)濟效應(yīng)計算。

5、在申請公布號為cn111707708a的中國發(fā)明專利中，公開了co2爆破應(yīng)變能轉(zhuǎn)換系數(shù)與等效炸藥計算公式獲取方法，提出了一種co2爆破應(yīng)變能轉(zhuǎn)換系數(shù)與等效炸藥計算公式獲取方法，該方法基于二氧化碳爆破漏斗試驗與炸藥爆破漏斗試驗，比較同一巖性中不同爆源下的巖石應(yīng)變能系數(shù)，得到二氧化碳爆破應(yīng)變能轉(zhuǎn)換系數(shù)α；比較公式計算出的二氧化碳2號巖石乳化炸藥當量wc與試驗獲得的2號巖石乳化炸藥的等效藥量qc，計算獲得二氧化碳爆破2號巖石乳化炸藥當量修正系數(shù)δ，得到二氧化碳爆破2號巖石乳化炸藥等效計算公式；該方法能有效應(yīng)用于二氧化碳相變爆破破巖孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計預試驗中。

6、以上申請中記載的技術(shù)方案中，操作簡單，試驗成本低，可行性好，能夠有效指導二氧化碳爆破破巖孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計，但是結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)和以上申請，并沒有對二氧化碳爆破和等效炸藥爆破之間進行條件限制，以及沒根據(jù)爆破的實際效果進行計算二氧化碳爆破和等效炸藥爆破之間的等效計算處理，并且未對轉(zhuǎn)換系數(shù)做出驗證等問題。

7、為此，本發(fā)明提供了一種二氧化碳爆破應(yīng)變能轉(zhuǎn)換系數(shù)與等效炸藥計算公式獲取方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、(一)解決的技術(shù)問題

2、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種二氧化碳爆破應(yīng)變能轉(zhuǎn)換系數(shù)與等效炸藥計算公式獲取方法，通過對無關(guān)條件進行同樣限制，提高數(shù)據(jù)信息的精準度，并且便于后續(xù)對二氧化碳爆破和炸藥爆破進行相關(guān)的計算處理，以及通過二氧化碳爆破和炸藥爆破產(chǎn)生的爆破漏斗進行相對應(yīng)的計算，即爆破漏斗的體積相同，則爆破的能量相同，便于計算得到二氧化碳爆破的變能轉(zhuǎn)換系數(shù)，以及在進行計算二氧化碳爆破的時候，結(jié)合氣體爆炸膨脹的特點，相應(yīng)的計算，提高數(shù)據(jù)信息的精準，并且實現(xiàn)模擬計算，驗證數(shù)據(jù)信息的準去性，從而解決了背景技術(shù)記載的技術(shù)問題。

3、(二)技術(shù)方案

4、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

5、一種二氧化碳爆破應(yīng)變能轉(zhuǎn)換系數(shù)與等效炸藥計算公式獲取方法，包括，

6、設(shè)定二氧化碳爆破與炸藥爆破的陸地航運運河河床的特性均相同，以及致裂管的材質(zhì)相同，消除陸地航運運河河床的性質(zhì)和致裂管的材質(zhì)對二氧化碳爆破與炸藥爆破的影響；

7、設(shè)定二氧化碳爆破鉆孔的深度為lc，并且設(shè)定二氧化碳爆破的致裂管的容積為vc，即二氧化碳爆破原料的深度和用量，炸藥爆破鉆孔的深度為lz，并且設(shè)定炸藥爆破的致裂管的容積為vz，即炸藥的深度和用量；

8、通過爆破計算公式計算二氧化碳爆破能量ec和炸藥爆破能量ez；

9、陸地航運運河河床爆破為漏斗型，則爆破能量為q，

10、q＝kvl，其中k為爆破系數(shù)，vl為爆破漏斗的體積；

11、則爆破系數(shù)的計算如下：q＝kw3，則

12、將二氧化碳爆破能量ec和炸藥爆破能量ez帶入公式進行計算，得到：

13、二氧化碳爆破能量的爆破系數(shù)：

14、炸藥爆破能量的爆破系數(shù)：

15、將二氧化碳爆破能量的爆破系數(shù)與炸藥爆破能量的爆破系數(shù)進行比例計算，得到二氧化碳爆破應(yīng)變能轉(zhuǎn)換系數(shù)α，則

16、通過二氧化碳爆破應(yīng)變能轉(zhuǎn)換系數(shù)α計算等效炸藥計算公式：

17、炸藥的基本計算公式如下：ez＝(vz×lz)/w3kz，將二氧化碳爆破應(yīng)變能轉(zhuǎn)換系數(shù)α帶入ez＝(vz×lz)/w3kz，則得到ez＝(vz×lz)/w3α/ec；

18、lsdyna土層爆破模擬進行驗算分析。

19、進一步的，陸地航運運河河床的特性包括有泥土成分、巖層深度、泥漿粘度、河床水深、環(huán)境氣壓和地質(zhì)特性，在模擬試驗的時候，保證泥土成分、巖層深度、泥漿粘度、河床水深、環(huán)境氣壓和地質(zhì)特性均相同，并且對于二氧化碳爆破與炸藥爆破的致裂管均采用x65鋼級、323.9毫米管徑管道。

20、進一步的，二氧化碳爆破能量ec1的計算公式如下：

21、

22、其中，ec1為爆炸能量，p為致裂管內(nèi)氣體的絕對壓力，k為二氧化碳的絕熱指數(shù)，取1.295，p0為標準化氣壓，取值為105pa。

23、進一步的，二氧化碳爆破時氣體膨脹對外做功ec2的計算公式如下：

24、ec2＝-p1δv＝-p1(v2-v1)；

25、其中，ec2為氣體膨脹對外做功，p1為致裂管的外界壓力，即為泥土對致裂管的壓力，δv為氣體體積改變量，v1為二氧化碳初始狀態(tài)體積，v2為二氧化碳終止狀態(tài)體積，可取v2＝600v1；

26、則ec＝ec1+ec2，其中ec為爆炸總能量。

27、進一步的，爆破漏斗的體積vl的計算公式如下：

28、其中爆破漏斗的上端半徑為r，抵抗線為w，即為鉆孔深度，w＝lc＝lz；

29、并且為了表示爆破漏斗的開口程度，用爆破作用指數(shù)n來表示，

30、則，則得到爆破能量：q＝kw3。

31、進一步的，在平坦地面的拋擲爆破時，n≠1，即q＝kw3f(n)，且式中f(n)＝0.4+0.6n3是鮑列斯科夫的經(jīng)驗公式；

32、在地面坡度增大時，爆破漏斗的體積隨著地質(zhì)條件的改變而改變，因此在計算爆破方量時必須考慮漏斗體積增量函數(shù)f(δ)，

33、即

34、進一步的，等效炸藥計算后，通過lsdyna土層爆破模擬進行驗算分析：

35、并且土層材料選用johnson-holmquist模型；

36、炸藥材料模型采用mat_high_explosive_burn模型，采用jwl狀態(tài)方程進行爆轟壓力計算，用于計算二氧化碳爆破和等效炸藥爆破后的效果是否相同一致。

37、進一步的，jwl狀態(tài)方程進行爆轟壓力計算公式如下：

38、

39、其中，p為爆轟壓力，e為爆破能量，分別計算時，e＝ec＝ez，vh為爆轟產(chǎn)物的相對體積，以及a、r1、b、r2、f為所選炸藥的性質(zhì)常數(shù)；

40、通過計算得到vh，并且計算二氧化碳爆破產(chǎn)生的爆轟產(chǎn)物的相對體積與等效炸藥爆破產(chǎn)生的爆轟產(chǎn)物的相對體積之比。

41、進一步的，通過多次的lsdyna土層爆破模擬，獲取大量的二氧化碳爆破產(chǎn)生的爆轟產(chǎn)物的相對體積與等效炸藥爆破產(chǎn)生的爆轟產(chǎn)物的相對體積的數(shù)據(jù)信息，并且每一組的數(shù)據(jù)信息進行計算二氧化碳爆破產(chǎn)生的爆轟產(chǎn)物的相對體積與等效炸藥爆破產(chǎn)生的爆轟產(chǎn)物的相對體積之比；

42、再通過線性回歸算法計算二氧化碳爆破產(chǎn)生的爆轟產(chǎn)物的相對體積與等效炸藥爆破產(chǎn)生的爆轟產(chǎn)物的相對體積之比的擬合度，若二氧化碳爆破產(chǎn)生的爆轟產(chǎn)物的相對體積與等效炸藥爆破產(chǎn)生的爆轟產(chǎn)物的相對體積之比的數(shù)值貼近回歸線，并且區(qū)間為[0.5，1.5]，并且比例占到90％-97％，則二氧化碳爆破應(yīng)變能轉(zhuǎn)換系數(shù)α的精準度高。

43、進一步的，線性回歸算法中x為各項數(shù)據(jù)的輸入值，y為各項數(shù)據(jù)的輸出值，且x為二氧化碳爆破產(chǎn)生的爆轟產(chǎn)物的相對體積，y為等效炸藥爆破產(chǎn)生的爆轟產(chǎn)物的相對體積，則y和x之間的依存關(guān)系表示為：

44、yi＝α+βxi+εi；

45、其中α、β是常數(shù)，εi隨機擾動項是無法直接觀測的隨機變量，i表示第i個數(shù)據(jù)信息的項數(shù)；α、β統(tǒng)稱為總體回歸方程的參數(shù)，α是總體回歸方程的常數(shù)項，總體回歸直線在y軸上的截距；β是總體回歸系數(shù)，也是總體回歸直線的斜率，且β＝1，即回歸直線的斜率的斜率為1。

46、(三)有益效果

47、本發(fā)明提供了一種二氧化碳爆破應(yīng)變能轉(zhuǎn)換系數(shù)與等效炸藥計算公式獲取方法，具備以下有益效果：

48、本發(fā)明通過對無關(guān)條件進行同樣限制，提高數(shù)據(jù)信息的精準度，并且便于后續(xù)對二氧化碳爆破和炸藥爆破進行相關(guān)的計算處理，以及通過二氧化碳爆破和炸藥爆破產(chǎn)生的爆破漏斗進行相對應(yīng)的計算，即爆破漏斗的體積相同，則爆破的能量相同，便于計算得到二氧化碳爆破的變能轉(zhuǎn)換系數(shù)，以及在進行計算二氧化碳爆破的時候，結(jié)合氣體爆炸膨脹的特點，相應(yīng)的計算，提高數(shù)據(jù)信息的精準，并且實現(xiàn)模擬計算，驗證數(shù)據(jù)信息的準去性；

49、具有能夠精準的實現(xiàn)對二氧化碳爆破進行計算處理，并且結(jié)合爆破產(chǎn)生的效果對二氧化碳爆破進行變能轉(zhuǎn)換系數(shù)計算，方便對等效炸藥進行計算，即二氧化碳爆破的能量和等效炸藥的能量相等，產(chǎn)生的爆炸效果相同，通過變能轉(zhuǎn)換系數(shù)實現(xiàn)對等效炸藥進行計算處理，可以對二氧化碳爆破進行計劃書寫，有助于陸地航運運河河床挖掘的記錄，并且便于計算二氧化碳爆破和炸藥爆破的經(jīng)濟對比。