CN110360904A

CN110360904A - 一种液态二氧化碳液破岩方法

Info

Publication number: CN110360904A
Application number: CN201910637365.8A
Authority: CN
Inventors: 张北龙; 欧玉峰
Original assignee: Guangdong Zhongren Geotechnical Engineering Co Ltd
Current assignee: Guangdong Zhongren Geotechnical Engineering Co Ltd
Priority date: 2019-07-15
Filing date: 2019-07-15
Publication date: 2019-10-22

Abstract

本发明公开了一种液态二氧化碳液破岩方法，包括以下步骤，S1，检测拟破岩石的等级；S2，选择相适应的致裂器；S3，装填致裂器液态的二氧化碳；S4，由与致裂器相配套的发热激发管的激发当前均为电激发法式，确定施工安全管理的各控制标准。本发明的有益效果：安全施工系统及方法可控性强、稳定性好、安全性高、经济实用。能可靠保障液态二氧化碳相变致裂破岩的规范化安全施工。

Description

一种液态二氧化碳液破岩方法

技术领域

本发明涉及破岩方法技术领域，尤其涉及一种液态二氧化碳液破岩方法。

背景技术

本部分中的陈述仅仅提供了与本发明公开的内容有关的背景信息，且可能不构成现有技术。

在工程爆破领域，随着对环境安全要求的提高，炸药爆破在一些安全敏感区域往往受到限制。液态CO₂相变致裂技术凭借其特有的可控性强、安全性高、工艺简单、无污染等技术特点，作为炸药爆破的有益补充，在工程爆破领域已呈全面应用之势。应用这种致裂技术破岩，施工多数使用专用的CO₂相变致裂器破岩的工艺和方法，如专利CN201710616624.X公开了一种二氧化碳致裂器及使用二氧化碳致裂器破岩的方法，以及专利CN107941097A公开了一种液态二氧化碳致裂岩石的工艺方法。但是前述的工艺和方法存在以下不足：

1、实施的方案多数基于经验，对致裂器的选型及其破岩参数的论证不足，导致无法对实施的效果进行充分预判，对实施的安全性不能可靠把握；

2、工艺方法欠精细，施工安全技术与操作标准的量化不足，容易给安全施工带来管理困难；施工安全的防护方法各异，不利于实行程序化、标准化施工。

故现有技术有待改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种安全可控性强的液态二氧化碳液破岩方法。

本发明的技术解决方案是：一种液态二氧化碳液破岩方法，包括以下步骤，

S1，检测拟破岩石的等级；

S2，选择相适应的致裂器；

S3，装填致裂器液态的二氧化碳；

S4，由与致裂器相配套的发热激发管的激发当前均为电激发法式，确定施工安全管理的各控制标准。

还包括S5，根据所选定施工设备的特性、施工方法，细化工程质量控制目标及标准，确立施工过程的质量安全监督管理体系。

S1中利用定位仪、测距仪、探测仪以及岩石力学检测仪，对对象工程的地质、环境安全状况进行勘查，对对象岩石进行力学特性分析，并用检测表法确定对象岩石的等级。

还包括S6，对所编制的施工设计方案进行安全评估，并对方案存在的不足进行完善和修正。

液态二氧化碳相变致裂释放的能量由下式计算得出：

式中：E_g—气体的爆破能量，KJ；

P₁—管内气体的绝对压力，MPa；

P₂—管内标准大气压力，取0.10MPa；

V—管体的容积，m³；

K—气体的绝热指数，取1.295。

液态二氧化碳相变致裂器的近似TNT当量利用下式计算：

式中：Q_TNT—1kgTNT的爆炸能，取4250KJ/kg。

本发明的有益效果：

安全施工系统及方法可控性强、稳定性好、安全性高、经济实用。能可靠保障液态二氧化碳相变致裂破岩的规范化安全施工。

附图说明

图1为精细化安全施工系统及方法实施程序及流程示意图；

图2为一次循环施工作业工艺流程图；

图3为施工过程管理程序及流程示意图。

具体实施方式

实施例：

本发明公开一种液态二氧化碳液破岩方法，其包括以下步骤

S1:勘查工程特性与施工环境安全，检测拟破岩石的等级；

S2:精确选择与工程特性相适应的致裂器及施工设备，确定施工总体方法；

S3:参照工程炸药爆破设计程序，对二氧化碳液-气相变致裂破岩施工进行科学设计，定量化论证和确定相关主要技术参数、起爆网路，以及施工安全管理的控制标准；

S4:精细化确定与所选施工方法相适配的工程质量控制与管理方法、施工安全操作规范及岗位安全职责，规范化确立施工过程的质量安全监督管理体系；

S5:对所编制的施工设计方案进行安全评估，并对方案存在的不足进行完善和修正；

S6:精心组织施工，对人员进行交底和培训，充分做好施工准备。

S7:对施工过程实施程序管理与闭环管理；

S8:持续改进、优化升级精细化安全施工体系及方法，提升内部施工与管理水平。

其中所述S1勘查工程特性与施工安全环境，检测拟破岩石的等级是：利用传统适当的定位仪、测距仪、探测仪以及岩石力学检测仪，对对象工程的地质、环境安全状况进行勘查，对对象岩石进行力学特性分析，并用检测表法确定对象岩石的等级。

其中S2定量化选择与工程特性相适应的致裂器及施工方法是：根据对象工程的施工条件与要求，选定钻孔及配套设备类型，进而确定致裂器的规格型号与配套装备、以及与钻机相匹配的挖装运输等其他配套设备类型，并应用系统法分析确定出合理的总体施工过程管理方法与施工方法。

其中S3参照工程炸药爆破设计程序，对二氧化碳液-气相变致裂破岩施工进行科学设计，定量化论证和确定相关主要技术参数、起爆网路，以及施工安全管理的控制标准是：利用能量当量原理和现代研究成果，计算所选致裂器装填液态的二氧化碳，在发热剂激发下瞬间相变的TNT当量，再据此TNT当量换算出施工所选工业炸药的当量，应用工程炸药爆破设计程序及计算方法，确定致裂破岩的主要技术参数。而起爆网路的设计，根据与所选致裂器相配套的发热激发管的激发当前均为电激发法式，应用电学电路的设计原理，结合工程对有害效应的实际控制需要进行确定。由设计参数计算的结果，确定施工安全管理的各控制标准，

其中S4精细化确定与所选施工方法相适配的工程质量控制与管理方法、施工安全操作规范及岗位安全职责，规范化确立施工过程的质量安全监督管理体系是：根据所选定施工设备的特性、施工方法，细化工程质量控制目标及标准，明确施工安全操作规范及岗位安全职责，按照ISO9001标准体系管理原则，确立施工过程的质量安全监督管理体系。

其中S5对所编制的施工设计方案进行安全评估，并对方案存在的不足进行完善和修正是：所编制好的施工设计方案经严格的安全评估，完善和修正存在的不足，使之更具可靠、可行，更有针对性。

其中S6精心组织施工，对人员进行交底和培训，充分做好施工准备是：按照安全评估通过的施工设计方案，建立施工管理机制，精心组织人、机、材就位，对人员进行施工前的培训和交底，为施工提供各项有力保障。

其中S7对施工过程实施程序管理与闭环管理是：以ISO9001标准体系的理念为基础，建立以“程序管理与闭环管理”为核心的企业内部安全质量规范管理模式，并按照所述S3的标准及所述S4的要求，对钻孔、装药、填塞、警戒、起爆等各施工过程，进行程序管理和闭环管理，使施工的每一过程均能做到标准化，施工作业中的各个环节能做到事前预测、事中控制、事后评价，进而保障对象工程的施工按照施工确立的目标有序推进。

其中S8持续改进、优化升级精细化安全施工体系及方法，提升内部施工与管理水平是：在施工过程中，不断分析研究施工技术、总结施工经验和教训，并根据研究取得的成果，以及总结的经验和教训，补充、完善和修正安全施工体系及方法，优化、升级形成新的安全施工体系及方法，同时依托并推进企业内部安全质量文化建设，对企业团队的每位工作人员进行技能培训与质量安全教育，提高企业员工素质，实现整体提升企业内部管理水平的目的。

实施例1

按照图1所示的程序和步骤：

采用传统适当的定位仪、测距仪、探测仪以及岩石力学检测仪，对对象工程的地质、环境状况进行勘查，对对象岩石进行力学特性分析，并用检测表法确定对象工程岩石的等级。

根据对象工程的规模、进度、施工条件等特性及要求，确定施工方式，选择钻机、空压机、挖机、铲车等施工机械，并确定出致裂器机配套设备的规格型号(优先选用一次性的致裂器)。由选定致裂器的规格型号计算其液态二氧化碳的相变释放能量的TNT当量。

液态二氧化碳相变致裂的TNT当量按如下程序进行计算。

液态二氧化碳相变致裂释放的能量由下式计算得出：

式中：E_g—气体的爆破能量，KJ；

P₁—管内气体的绝对压力，MPa；

P₂—管内标准大气压力，取0.10MPa；

V—管体的容积，m³；

K—气体的绝热指数，取1.295。

液态二氧化碳相变致裂器的近似TNT当量利用下式计算：

式中：Q_TNT—1kgTNT的爆炸能，取4250KJ/kg。

通过计算，得出该型号的液态二氧化碳相变致裂器的TNT当量值。按此计算得出的TNT当量值，应用查表法查出施工拟用的相应工业炸药当量值。

根据得出的工业炸药当量值，参照传统炸药爆破设计理论及施工方案设计程序，对对象工程致裂破岩的孔网等主要技术参数进行设计，并结合已知的科研成果对致裂破岩产生的振动、飞石等有害效应安全校核。

爆破振动安全校核按如下经验公式计算：

式中：R—质点到爆源的距离，m；

V—质点振动速度，cm/s；

Q—爆破药量，液态二氧化碳相变致裂器的相应工业炸药当量值，kg；

K、α—与爆破定到质点间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，

由现场测定，或查表选取。

爆破飞石安全校核，按如下弹道经验公式计算：

最大飞散距离的计算：

式中：R_Max—飞石最大飞散距离，m；

W—最小抵抗线，m。

考虑受地形高差影响，飞石向下滚落后的蹦跳距离(ΔX)由下式：ΔX＝R_Max[2Cos²α(tgα+tgβ)-1]确定(α为最小抵抗线与水平线的夹角，β为山坡坡面角)。

飞散最大高度的计算：

式中：H_Max—飞石最大飞散高度，m；

R_Max—飞石最大飞散距离，m；

α—飞石抛射角，度；

W—最小抵抗线，m；

Q—爆破药量，液态二氧化碳相变致裂器的相应工业炸药当量值，kg。

空气冲击波安全距离校核按下式计算：

式中：R—最小安全距离，m；

K—系数，爆破指数n＝1.0～1.5且不允许建筑物有任何破坏时K＝1～2，n＝0.75～1.0时K＝0.5～1.0，n<0.75不考虑冲击破的影响。

爆破噪声的控制：按距离爆源20m以外的噪声限制在90dB以下进行控制。

经设计计算确定的参数与安全阈值，即为对象工程施工过程的质量安全管理量化的控制标准。

孔内致裂器二氧化碳相变起爆激发网路，按照振动安全阈值和一次性爆破规模进行选择。当一次性爆破规模的量所产生的振动，小于振动安全阈值时，选用齐爆网路，当一次性爆破规模的量所产生的振动，大于振动安全阈值时，选用微差起爆网路。微差起爆顺序前后间的微差间隔时间宜控制在20ms—40ms内。

根据选定的施工方法、起爆网路、施工设备及量化的控制标准，确定施工管理组织机构、岗位安全操作规程及岗位职责、施工工艺流程、安全防护体系，进而确定施工组织方案。

编制好的施工设计与组织方案应进行安全评估。方案经安全评估认为可行、可靠后，方可执行。否则须进一步修正和完善施工设计与组织方案。

施工前，严格按照经安全评估通过的施工设计与组织方案，规范建立组织管理机制和质量安全监督管理体系，并做好相应的培训与技术交底工作。施工时，遵循施工工艺流程，并按岗位安全操作规程规范操作，执行质量安全管理量化的控制标准，应用程序管理与闭环管理对施工进行过程管理。

一次循环作业的施工方式是：按照如图2所示的工艺流程，采用设计选定的空压机和钻机，根据施工设计方案进行钻孔；即钻孔前清理净作业面的土渣，整理好自由面，钻机就位正确、稳妥，钻孔时规范操作设备，严格按设计的参数进行，并保证钻孔质量符合设计要求，钻孔后利用纤维袋等柔性材料堵好孔，防止杂物进入孔内；装管爆破前，对拟爆孔的钻孔尺寸、孔内状况等进行爆前核验，发现与设计不符或质量不合格的孔，应进行处理或重钻，孔验收合格方可装管；装管前施工万用表检查致裂器的导通性，导通异常的致裂器应处理，导通正常的致裂器方可用于装孔；装孔时严格按照设计的技术参数和操作安全规程进行，如设计选用的致裂器为重复使用型，按照2根致裂器配1根提拉杆的标准装布于钻孔内，如设计选用的致裂器为一次性使用型，按照设计孔深在保证孔口堵塞长度的基础上，将致裂器首尾相连以串联的方式装布于钻孔内；致裂器装孔后，采用湿度适宜的黏土与钻孔碎屑为原料，将其按适当比例配制成堵孔材料，并用分层边灌入边捣实的操作方法，将拟爆孔封堵严密；堵孔完成后，按设计的爆破飞石防护法，落实防护措施，阻止和控制飞石细屑的飞散，按设计的起爆网路和电工线路联结操作规范进行起爆网路联网，并检查支路的电阻平衡；爆破主体作业完成后，严格按设计安全警戒方案进行清场与爆破安全警戒，具备起爆安全条件时，方可按命令起爆；起爆后安全等待时间过了，专业爆破人员参照《爆破安全规程》(GB6722-2014)的相应规定进入现场进行爆后安全检查，检查存在安全隐患时，应应急处理或上报处理；确认作业面具备安全条件后，方可进行二次破碎、挖运岩渣等工序的作业；岩渣挖运完成，工作面清整至具备下一轮钻孔作业条件时，完成本次循环作业。

施工过程管理：按照如图3所示的管理模式与程序，依据设计方案确定的组织管理机制、质量安全监督管理体系、岗位安全操作规程和质量安全标准，对施工的全过程采用“交底—执行—检查、反馈—沟通协调—分析改进—提高”的实施流程，来进行全面监督和管理，确保上一道工序为下一道工提供良好的施工条件和优质的服务，进而保障施工整体良性推进，实现工程目的。同时，在工程实践中注重“理论—实践—总结—提升”的认知过程，实现企业内部施工与管理总体水平的提升。

精细化的安全防护技术措施：采用先进的微差起爆技术，实现逐孔、逐排起爆，使爆破振动值小于振动安全阈值，同时，视需要施之以开挖“阻震、隔震”防护沟，对保护对象进行保护；用“阻飞器”或用铁链将装入孔内呈单体的提拉杆，铰接连成整体状的“串体”，并将“串体”定点牢固锚定在爆破现场适当位置，防止爆破“飞管”；采用覆盖“炮被”或“铁丝网+密目网”等方式，防止爆破飞石的危害。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种液态二氧化碳液破岩方法，其特征在于:包括以下步骤，

S1，检测拟破岩石的等级；

S2，选择相适应的致裂器；

S3，装填致裂器液态的二氧化碳；

2.根据权利要求1所述的液态二氧化碳液破岩方法，其特征在于:还包括S5，根据所选定施工设备的特性、施工方法，细化工程质量控制目标及标准，确立施工过程的质量安全监督管理体系。

3.根据权利要求2所述的液态二氧化碳液破岩方法，其特征在于:S1中利用定位仪、测距仪、探测仪以及岩石力学检测仪，对对象工程的地质、环境安全状况进行勘查，对对象岩石进行力学特性分析，并用检测表法确定对象岩石的等级。

4.根据权利要求2所述的液态二氧化碳液破岩方法，其特征在于:还包括S6，对所编制的施工设计方案进行安全评估，并对方案存在的不足进行完善和修正。

5.根据权利要求2所述的液态二氧化碳液破岩方法，其特征在于:液态二氧化碳相变致裂释放的能量由下式计算得出：

式中：E_g—气体的爆破能量，KJ；

P₁—管内气体的绝对压力，MPa；

P₂—管内标准大气压力，取0.10MPa；

V—管体的容积，m³；

K—气体的绝热指数，取1.295。

6.根据权利要求2所述的液态二氧化碳液破岩方法，其特征在于:液态二氧化碳相变致裂器的近似TNT当量利用下式计算：

式中：Q_TNT—1kgTNT的爆炸能，取4250KJ/kg。