【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于脉冲功率领域，更具体地，涉及一种基于高能液电爆轰的激波碎岩方法。
技术介绍
1、高能液电爆轰技术是一种在国防安全、可控核聚变、纳米材料制造、等离子体源等方面应用广泛的技术，其基于脉冲功率技术的电磁装备，通过液体介质击穿形成电弧，将电能转化为热能、光辐射以及冲击波等能量。在安全工程邻域，炸药等爆炸品等使用愈发受限制，高系统储能下的电磁装备产生的电弧能形成与炸药相比拟的冲击波，且具有安全可控、节能环保等优势。
2、高能液电爆轰技术中，电弧产生方式主要有液电击穿点火、金属丝点火以及金属丝-化合物点火等方式。其中，液电击穿方式易于重复频率应用，但击穿电压高、能量损耗大、能量转化效率低。采用金属丝作为负载，能够有效降低工作电压，提高系统能量转化效率。在金属丝与化合物组合中，金属丝为初级点火材料，化合物为主要点火材料，利用电弧通道形成过程中产生的光热辐射点燃化合物，让系统电能与化合物化学能共同维持电弧燃烧，能够进一步提高系统能量转化效率与电弧的作用效果。高能液电爆轰技术产生的冲击波强度与冲量取决于复合脉冲电源输出的脉冲功率幅值与脉宽。
3、对于传统的炸药激波碎岩技术，炸药存在管控严格和难以存储、运输的问题，并且炸药产生的激波的强度难以控制，可能会造成岩石破碎区的形成，产生飞片，或者产生大量粉末，危及现场人员安全。
4、因此，需要开发一种基于高能液电爆轰的激波碎岩方法，能克服现有传统的炸药激波碎岩技术存在的缺陷。
技术实现思路
1、针对现有技术的
2、为实现以上专利技术目的，本专利技术提供一种基于高能液电爆轰的激波碎岩方法，其包括如下步骤：
3、s1：对待破碎的岩石进行评估以获得破碎岩石所需要的总能量，根据岩石破碎过程，将总能量划分为第一、第二、第三级能量，
4、s2：形成与第一级能量大小对应的第一级激波，使第一级激波在岩石中形成微裂纹；
5、s3：形成与第二级能量大小对应的第二级激波，使第二级激波在岩石中扩展微裂纹，形成主裂纹且无破碎区；
6、s4：形成与第三级能量大小对应的第三级激波，使第三级激波在岩石中扩展主裂纹并累计形成贯穿裂纹，实现岩石碎裂。
7、以上专利技术构思中，第一级能量释放产生的激波使岩石出现微裂缝；后级能量释放，产生的第二级、第三级激波，使得岩石中的微裂缝不断扩展，直至岩石破碎。在实际工程实践中，如果发现实现高能液电爆轰的脉冲电源的总能量不足，则结束本次作业，记录作业过程，并将当前作业的参数用于为后续优化做参考。在实际的工程操作过程中，根据能量级别的规划，将对应的能量大小依级输入到脉冲电源的金属丝负载中，从而产生能量可控的激波。激波作用到液—固介质交界面上并透射到岩石中，当激波荷载大于岩石抗拉强度时，入射岩石的激波形成的应力控制岩体开裂和裂纹累积扩展。每一级激波荷载作用完成之后，观察评估岩石的状态，从而对加载的激波大小进行优化，能提高系统可控性。
8、进一步的，步骤s2中包括多个子步骤：
9、s21：通过脉冲电源的负载形成与第一级能量大小对应的第一级激波，采用液体介质将第一级激波加载至待破碎岩石，
10、s22：对经受第一级激波作用后的待破碎岩石进行状态监测，在待破碎岩石中形成有微裂纹后执行步骤s3，否则跳转至步骤s21。
11、进一步的，步骤s3中包括多个子步骤：
12、s31：通过脉冲电源的负载形成与第二级能量大小对应的第二级激波，采用液体介质将第二级激波加载至内部具有微裂纹的岩石，
13、s32：对经受第二级激波作用后的岩石进行状态监测，其中，微裂纹扩展成主裂纹且无破碎区后执行步骤s4，否则跳转至步骤s31。
14、进一步的，步骤s4中包括多个子步骤：
15、s41：通过脉冲电源的负载形成与第三级能量大小对应的第三级激波，采用液体介质将第三级激波加载至内部具有主裂纹且无破碎区的岩石，
16、s42：对经受第三级激波作用后的岩石进行状态监测，其中，主裂纹扩展并累计形成贯穿裂纹，完成激波碎岩过程，否则跳转至步骤s41。
17、进一步的，通过调整脉冲电源的充电电压和负载参数以调整各级激波大小，形成与各级能量大小对应的各级激波。充电电压是指放电电容上的电压，负载参数包括金属丝尺寸和金属粉末的填充质量。
18、进一步的，通过三维计算机断层扫描方式对岩石进行状态监测。
19、以上专利技术构思中，三维计算机断层扫描方式英文名称为three-dimensioncomputed-tomography，简称ct。通过三维计算机断层扫描方式对岩石进行扫描，对岩石状态进行监测和评估，判断所述能级激波作用是否达到所述要求，即，第一级激波荷载加载完成后，岩石内部是否出现微裂缝；第二级激波荷载作用完成后，岩石中微裂缝是否扩展成为主裂纹，且不会出现破碎区；第三级激波荷载加载完成后，岩石中是否出现贯穿性裂纹，岩体破裂。如果所述每一级激波荷载加载完成后岩石的状态达标，则控制负载产生下一级激波，否则，将调节本级激波能量，重新加载。如果总能量不足，则停止作业。
20、进一步的，步骤s1中，对待破碎的岩石进行评估的方法如下：将岩石简化为颗粒集合模型，其中两颗粒之间由粘结键连接，粘结键所能承受最大拉伸应力为σnmax，粘结键所能承受最大剪切应力τmax为：
21、
22、
23、式中，l为粘结键长度的一半，b为粘结建的横截面积，i为惯性矩，fn为粘结键承受的法向力，fs为粘结键承受的剪切力，m为粘结键承受的弯矩，
24、第一级激波在粘接键产生的应力大于等于粘结键所能承受最大拉伸应力σnmax，或第一级激波在粘接键产生的最大剪切应力大于等于粘结键所能承受最大剪切应力τmax时，颗粒之间的粘结键发生断裂。
25、进一步的，步骤s2中，第一级激波使颗粒之间的粘结键发生断裂后，微裂纹形成，步骤s3中，第二级激波荷载的峰值大小为1.7σnmax～1.8σnmax倍之间，使岩石内部微裂纹扩展形成主裂纹。
26、进一步的，步骤s2至s4中，第一、第二和第三级激波的荷载峰值均不大于1.8σnmax。
27、进一步的，步骤s2至s4中，第一、第二和第三级激波的荷载峰值pm和负载放电能量eb之间的关系式为：
28、
29、式中，r为激波与加载对象之间的距离。
30、以上专利技术构思中，采用液电爆轰破岩方法，概括该方法可知，其专利技术包括总能量预估、多级能量规划、激波加载调制和碎岩过程监测与反馈。总能量预估根据所要破碎岩石的理化特性、所处环境、气候条件等因素，预估待破碎岩石的总储能。多级能量规划将本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于高能液电爆轰的激波碎岩方法，其特征在于，其包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于高能液电爆轰的激波碎岩方法，其特征在于，步骤S2中包括如下子步骤：
3.如权利要求1所述的一种基于高能液电爆轰的激波碎岩方法，其特征在于，步骤S3中包括多个子步骤：
4.如权利要求1所述的一种基于高能液电爆轰的激波碎岩方法，其特征在于，步骤S4中包括多个子步骤：
5.如权利要求2-4任一所述的一种基于高能液电爆轰的激波碎岩方法，其特征在于，步骤S2至S4中，通过调整脉冲电源的充电电压和负载参数以调整各级激波大小，形成与各级能量大小对应的各级激波。
6.如权利要求2-4任一所述的一种基于高能液电爆轰的激波碎岩方法，其特征在于，通过三维计算机断层扫描方式对岩石进行状态监测。
7.如权利要求5或6所述的一种基于高能液电爆轰的激波碎岩方法，其特征在于，步骤S1中，对待破碎的岩石进行评估的方法如下：将岩石简化为颗粒集合模型，其中两颗粒之间由粘结键连接，粘结键所能承受最大拉伸应力为σnmax，粘结键所能承受最大剪切应力τm
8.如权利要求7所述的一种基于高能液电爆轰的激波碎岩方法，其特征在于，步骤S2中，第一级激波使颗粒之间的粘结键发生断裂后，微裂纹形成，
9.如权利要求8所述的一种基于高能液电爆轰的激波碎岩方法，其特征在于，步骤S2至S4中，第一、第二和第三级激波的荷载峰值均不大于1.8σnmax。
10.如权利要求9所述的一种基于高能液电爆轰的激波碎岩方法，其特征在于，步骤S2至S4中，第一、第二和第三级激波的荷载峰值Pm和负载放电能量EB之间的关系式为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于高能液电爆轰的激波碎岩方法，其特征在于，其包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于高能液电爆轰的激波碎岩方法，其特征在于，步骤s2中包括如下子步骤：
3.如权利要求1所述的一种基于高能液电爆轰的激波碎岩方法，其特征在于，步骤s3中包括多个子步骤：
4.如权利要求1所述的一种基于高能液电爆轰的激波碎岩方法，其特征在于，步骤s4中包括多个子步骤：
5.如权利要求2-4任一所述的一种基于高能液电爆轰的激波碎岩方法，其特征在于，步骤s2至s4中，通过调整脉冲电源的充电电压和负载参数以调整各级激波大小，形成与各级能量大小对应的各级激波。
6.如权利要求2-4任一所述的一种基于高能液电爆轰的激波碎岩方法，其特征在于，通过三维计算机断层扫描方式对岩石进行状态监测。
【专利技术属性】
技术研发人员：李柳霞，曾臣乾，刘毅，黄仕杰，赵勇，林福昌，张钦，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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