Высококачественный заменитель взрывчатого вещества, система взрывных работ на основе кислорода и система взрывных работ на основе углекислого газа
В проектах, где запрещено использование гражданских взрывчатых веществ, взрыв жидкого кислорода, экспандер (статическая дробилка) и взрыв горных пород с использованием углекислого газа (СО₂) обычно используются как альтернативные технологии. Ниже приводится подробное объяснение принципов, рабочих процедур, технических показателей и контроля безопасности в сочетании с реальными инженерными сценариями применения и техническими спецификациями.
1. Технология взрывной обработки горных пород жидким кислородом
1. Принцип и применимые сценарии: Взрыв горных пород жидким кислородом основан на характеристиках быстрого окисления и выделения тепла после смешивания жидкого кислорода (-183℃) с горючими веществами (такими как угольный порошок, древесная щепа, хлопковая пряжа). Когда смесь воспламеняется детонатором или электрическим запальным устройством, жидкий кислород мгновенно испаряется и расширяется (объем увеличивается примерно в 860 раз), создавая ударную волну высокого давления, которая дробит горную массу.
Применимые сценарии: дробление твердых пород, горнодобывающая промышленность (особенно подходит для шахт с высоким содержанием газа, поскольку жидкий кислород сам по себе негорюч и имеет более высокую безопасность).
2. Процесс эксплуатации
1. Проект бурения: диаметр скважины: 40–60 мм, глубина скважины: 80–90% от мощности породы.
Расстояние между лунками и между рядами: регулируется в зависимости от твердости породы, обычно расстояние между лунками составляет 0,8–1,2 м, между рядами — 0,6–1,0 м.
2. Подготовка взрывоопасных мешков: поместите горючие вещества (например, угольный порошок) в антистатические тканевые мешки, замочите их в жидком кислороде в соответствии с массовым соотношением жидкого кислорода и горючих веществ 1:2–1:3, а заполнение должно быть завершено в течение 5–10 минут* (жидкий кислород легко улетучивается и может привести к поломке).
3. Загрузка взрывчатого вещества и детонация: после того, как взрывчатый мешок вставлен в скважину, он герметизируется на устье скважины желтым шламом, а время задержки после поджигания детонатора контролируется на уровне 20–30 мс.
4. Технические индикаторы
Баланс кислорода: необходимо обеспечить полную реакцию горючих веществ и жидкого кислорода, чтобы избежать накопления остаточного кислорода (значение баланса кислорода должно быть близко к 0). Скорость детонации: около 200–300 м/с, что ниже, чем у взрывчатых веществ (например, скорость детонации тротила 6900 м/с), и энергию необходимо компенсировать за счет густо распределенных отверстий. Порог безопасности: концентрация кислорода в рабочей зоне должна быть ниже 23% (нормальная атмосфера составляет 21%), чтобы предотвратить возгорание, вызванное богатой кислородом средой.
5. Риски безопасности
Утечка летучих веществ: Утечка жидкого кислорода может привести к превышению локальной концентрации кислорода над стандартом, поэтому необходимо настроить монитор концентрации кислорода в режиме реального времени. Чувствительность к статическому электричеству: Все инструменты должны быть обработаны антистатическим средством, а операторы должны носить антистатическую одежду. 2. Технология вспенивающего агента (агента статического дробления)
1. Принципиальные и применимые сценарии Расширитель в основном состоит из оксида кальция (СаО), который реагирует с водой, образуя гидроксид кальция и выделяя тепло (формула реакции: СаО + H₂O → Ca(ОЙ)₂ + 65 кДж/моль), расширяется в 3–4 раза в объеме, создает давление расширения 30–50 МПа и медленно растрескивает скальный массив. Применимые сценарии: снос городских зданий, проекты по защите культурных реликвий и статическое дробление бетонных конструкций. 2. Процесс эксплуатации
1. Параметры сверления: диаметр отверстия: 38–42 мм, глубина отверстия составляет 80% от толщины детали.
Расстояние между отверстиями: в 8–10 раз больше диаметра отверстия (например, диаметр отверстия 40 мм, расстояние между отверстиями 320–400 мм).
2. Приготовление раствора: соотношение воды и цемента 0,28–0,33 (например, для разрыхлителя типа HSCA-Ⅲ требуется 30–33% воды), размешать до получения однородной пасты.
3. Заполнение отверстий и реакция: пульпа заливается на 90% глубины отверстия, а устье отверстия заклеивается мокрой тканью, чтобы предотвратить испарение воды. Время реакции: 2–4 часа летом, 6–8 часов зимой (время реакции увеличивается на 50% на каждые 10°C снижения температуры).
3. Технические индикаторы
Давление расширения: 30–50 МПа (соответствует прочности цемента на сжатие 30–50 МПа). Повышение температуры реакции: температура пульпы может достигать 80–100 °C, что необходимо контролировать, чтобы избежать ожогов. Защита окружающей среды: значение рН составляет 12–13, а отходы пульпы необходимо сбрасывать после нейтрализации.
4. Оптимизация эффективности
Помощь в подготовке отверстий к образованию трещин: просверлите направляющие отверстия между соседними отверстиями, чтобы задать направление расширения трещины. Контроль температуры: используйте теплую воду 40℃ для замешивания раствора зимой, чтобы сократить время реакции.
III. Технология взрывных работ с использованием СО₂
1. Принципиальные и применимые сценарии Жидкий СО₂ хранится в стальной трубе высокого давления (труба трещины), а газификация запускается электрическим нагревом (объем жидкость→газ расширяется в 600 раз). Когда давление повышается до 300–400 МПа, он прорывает разрывной диск постоянного давления, и газ высокого давления высвобождается через головку высвобождения энергии, воздействуя на скальный массив.
Применимые сценарии: предотвращение выбросов в подземных угольных шахтах, взрывные работы на гладкой поверхности тоннелей и точное дробление опасной горной массы.
2. Процесс эксплуатации
1. Сборка трубы для гидроразрыва: Заполните жидким СО₂ 80% объема трубы (для предотвращения взрыва избыточного давления), давление заполнения должно составлять 7–10 МПа.
2. Бурение и разметка: диаметр скважины 90–110 мм, глубина скважины 2–5 м, зазор между наружным диаметром трубы ГРП и диаметром скважины ≤5 мм (фиксируется резиновыми прокладками).
3. Управление детонацией: включите нагреватель, СО₂ газифицируется и нагнетается до установленного давления разрыва (например, 300 МПа) в течение 18–25 секунд.
4. Технические индикаторы
Выход энергии: Одна трубка СО₂ (1,5 кг) выделяет около 1,5–2 МДж энергии, что эквивалентно 0,3–0,4 кг тротила. Пиковое давление: Выделение энергии может мгновенно достигать 200–300 МПа, а продолжительность составляет 2–5 мс. Избыточность безопасности: Погрешность разрывной мембраны постоянного давления составляет ±5%, для каждой партии требуются отбор проб и испытания.
5. Требования безопасности
Конструкция, исключающая обратный удар: труба для гидроразрыва должна пройти испытание на удар по стандарту ГБ/T 29910-2013. Безопасное расстояние: оператор должен находиться на расстоянии более 15 м от трубы для гидроразрыва, чтобы предотвратить разбрызгивание и травмы.
IV.Основные моменты инженерного применения
1. Мониторинг окружающей среды: взрыв жидкого кислорода требует мониторинга концентрации кислорода в режиме реального времени, а взрыв СО₂ требует определения концентрации СО₂ в зоне проведения операции (порог ≤5000 частей на миллион).
2. Индивидуальная конструкция: для слоистого скального массива расстояние между отверстиями необходимо уменьшить на 20–30 %; в бетонных конструкциях необходимо избегать стальных стержней при бурении отверстий.
3. План действий в чрезвычайных ситуациях: запустите систему замещения азота при утечке жидкого кислорода и активируйте гидравлический предохранительный клапан, если застряла труба разрыва СО₂.
