高效無聲破碎劑的應(yīng)用

張 鵬

（山西晉煤集團成莊礦生產(chǎn)技術(shù)科,山西 晉城 048021）

1 靜態(tài)爆破技術(shù)——高效無聲破碎劑的破碎原理

無聲破碎劑主要成分為氧化鈣、特殊硅酸鹽,是一種靜態(tài)爆破材料,能夠在施工過程中很方便、安全的進行爆破工程,配合其他無機粉末物質(zhì),能夠進行式（1）的化學(xué)反應(yīng)。

CaO＋H2→O Ca（OH）2＋6.5×104J（1）

化學(xué)方程式（1）是很常見的放熱反應(yīng),熱量的放出會使藥劑體積逐漸膨脹,最后達到之前體積的3倍～4倍,表面積也相應(yīng)增加到了原來的近100倍,且每1mol的CaO進行反應(yīng)可以放出6.5×104J。根據(jù)這個原理,這些物質(zhì)注入到有限空間的炮孔內(nèi),物體膨脹,孔壁所受到的壓力可以上升到50MPa,介質(zhì)在這種情況下產(chǎn)生徑向壓縮應(yīng)力和切向的拉伸應(yīng)力。但在施工過程中,巖石或者混凝土一般所能承受的壓力遠遠小于這種化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的壓力,巖石的抗拉強度為5MPa～10MPa,混泥土的抗拉強度為20MPa～60MPa。而通常無聲破碎劑的膨脹壓力可達30MPa～50MPa。所以,在炮孔中發(fā)生了那樣的化學(xué)反應(yīng)之后,產(chǎn)生的熱量以及壓力會讓周圍的介質(zhì)產(chǎn)生周向拉應(yīng)力。當拉力逐漸增大的時候,介質(zhì)也會慢慢地出現(xiàn)裂縫,隨著拉力的持續(xù)增大而裂開,最后介質(zhì)就會破壞,達到爆破目的。

對比炸藥破碎機理,靜態(tài)爆破技術(shù)依靠它化學(xué)反應(yīng)的能量來達到目的。在被破壞體內(nèi),用無聲破碎劑進行化學(xué)反應(yīng)和一系列物理變化,讓被破碎體吸收熱量,溫度升高,體積膨脹,產(chǎn)生相應(yīng)的周向拉應(yīng)力,導(dǎo)致介質(zhì)破碎。靜態(tài)爆破技術(shù)能夠高效、方便、安全地達到目的,并且不會造成環(huán)境的污染,相比傳統(tǒng)炸藥技術(shù)節(jié)省了不少資源。

2 破碎劑的主要性能

破碎劑的膨脹力最大可達到122MPa（1 220kg/cm2）。拌合水溫度在10℃～15℃,反應(yīng)時間可在2h～10h調(diào)節(jié),最大膨脹力出現(xiàn)最短時間在2h內(nèi)?？梢钥刂票黄扑轶w破碎完成后的形狀,施工簡單,易操作,不需專業(yè)工種,操作人員培訓(xùn)時間短。其歸類于《水泥制品》中,為非易燃易爆危險品,安全易管理［1］。

3 靜態(tài)爆破技術(shù)的施工工藝

3.1 設(shè)計布眼

在布眼之前要保證至少有一個臨空面,并且鉆出來的孔的方向要進來和臨空保持平行,橫向分布的孔和縱向孔的距離各30cm,在切割巖石和混凝土上面擺列整齊,并在一個平面上,保持成一個平排炮孔?？组g距離要根據(jù)巖石和混凝土自身的屬性來決定。例如,混凝土和巖石的強度很高,則相距就要小一點,防止因能量不夠而不能完全裂開。另外,鉆眼的深度也要視情況而定。布孔設(shè)計參數(shù)見第129頁表1。

3.2 鉆孔

用直徑為38mm～42mm的鉆頭在已確定的施工區(qū)域內(nèi)打眼。打眼深度可根據(jù)巖石硬度及施工地點條件自行選擇,一般控制在1m～2m。

鉆孔布置參數(shù)見第129頁表2：

表1 布孔設(shè)計參數(shù)表

表2 孔距與排距簡易布置表

3.3 裝藥

1）向下和向下傾斜的眼孔,可在藥劑中加入質(zhì)量分數(shù)30%～32%的水,攪拌成糊狀。因藥劑放在空氣中有反應(yīng),所以,要迅速倒入孔內(nèi)并保證藥劑在孔內(nèi)處于密封狀態(tài)。鑒于向下灌裝比較便利,如果條件允許,施工可以從上到下進行分層破碎,便于工人操作。

2）水平方向和向上方向的鉆孔,不能直接放入藥劑,可用一個工具裝起來。一般是采用高強長纖維紙袋。在紙袋中放入藥劑,準備好整個施工需要的數(shù)量,然后用純凈水完全浸泡,使其完全濕潤。不冒氣泡的時候,就可以取出進行裝藥了。

3）在裝藥時,每組施工人員在操作過程中不能負責(zé)過多的孔,每次的拌藥量不能超過實際能夠完成的工作量。各個小組的每項工作盡量統(tǒng)一步驟,以利于破碎混凝土和巖石。每次在填裝藥劑的時候都要進行一些核對,如巖石的溫度、水的溫度是否符合要求。在填裝過程中,禁止將已經(jīng)發(fā)生反應(yīng)的一些化學(xué)藥品再進行裝填,避免發(fā)生意外。

4）巖石剛開裂后,可向裂縫中加水,支持藥劑持續(xù)反應(yīng),可獲得更好效果。

5）反應(yīng)時間

化學(xué)的反應(yīng)速率與是否加入催化劑、反應(yīng)過程中的溫度及藥劑的濃度有關(guān)。在實際操作中,為了避免反應(yīng)發(fā)生得太快而來不及控制,一般使用如下2種方法：一是控制溫度,抑制化學(xué)反應(yīng)的活性,降低化學(xué)反應(yīng)速率；二是加入抑制劑或反催化劑,降低反應(yīng)速率。特別是在夏季施工時,要特別注意反應(yīng)溫度,外界環(huán)境溫度本來就高,需要嚴格控制拌合水的溫度,將反應(yīng)時間盡量控制在30min～150min。

4 無聲破碎劑在井下巖巷施工中的應(yīng)用情況

成莊礦640回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷起底長度為29m,平均厚度為1.4m,其起底起點位置為煤倉上口皮帶機頭硐室配電點,該巷以南、以北50m范圍內(nèi)有高開、移變等設(shè)備,100m以內(nèi)有南翼膠帶巷工作面的出煤皮帶及煤倉掘進工作面。因現(xiàn)場條件限制,存在如下問題：一是使用火藥可能損壞設(shè)備；二是在進行爆破作業(yè)時需停電撤人,影響2個掘進工作面的施工；三是巖石較硬,在不使用火藥爆破僅只用挖機支挖時,每天支挖工程量僅為0.5m,施工效率低。

在使用無聲破碎劑后,此處起底進度提高至平均每天1m,且未對其他作業(yè)地點及現(xiàn)場設(shè)備造成影響。

同時,針對破碎劑無聲、無沖擊波爆破的優(yōu)點及反應(yīng)時間長的缺點,此次起底作業(yè)采用平行作業(yè)的方式,即利用3d左右時間提前從巷口開始進行漲裂,從第4d開始挖機支挖與破碎漲裂同步進行,施工工期由單獨機械支挖的60d縮短至破碎劑配合機械支挖的33d,提高了施工工效,且降低了對其他作業(yè)地點的影響。

5 靜態(tài)爆破技術(shù)的應(yīng)用前景

靜態(tài)爆破技術(shù)作為爆破技術(shù)的一項重要補充和發(fā)展,適用于煤礦井下機電設(shè)備多、放炮影響較大區(qū)域的爆破,其放炮效果雖然不如傳統(tǒng)的火藥爆破效果,但這一技術(shù)的主要優(yōu)點在于其無聲、無火焰、無沖擊波,對周圍環(huán)境破壞小,能適用于任何作業(yè)地點,尤其是機電硐室附近的巖巷掘進施工,能夠大大減小職工的勞動前度,調(diào)高掘進效率。

參考文獻：

［1］ 游寶坤.靜態(tài)爆破技術(shù)——無聲破碎劑及其應(yīng)用［M］.北京：中國建材工業(yè)出版社,2008.