CN111561848A - 深孔液态二氧化碳冷爆破方法 - Google Patents

深孔液态二氧化碳冷爆破方法 Download PDF

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董闯
王森锋
刘东尧
吴夫
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Abstract

本发明涉及破岩技术领域，提供了深孔液态二氧化碳冷爆破方法，具体步骤为：(1)钻爆参数设计与计算，参数包括孔径、孔距、孔数、警戒距离以及所用液态二氧化碳质量；(2)确定引线的连接方式和起爆方式；(3)爆破前准备工作，包括钻孔施工，向爆裂管中注入二氧化碳，再将爆裂管装入炮孔中并固定爆裂管，接着进行封孔处理，最后连接爆破母线；(4)布置安全警戒线并进行爆破前安全检查；(5)起爆器通电爆破及爆破后检查。本发明为深孔爆破提供了一种可行方案，爆破成本低，施工简单方便且爆破效果理想。

Description

深孔液态二氧化碳冷爆破方法
技术领域
本发明涉及破岩技术领域，提供了深孔液态二氧化碳冷爆破方法。
背景技术
在建筑、隧道、矿山施工中，爆破破岩得到了普遍的应用，爆破破岩的安全性风险较大，对于操作者的素质要求也较高。爆破破岩中，二氧化碳冷爆破是一种较新较好的技术手段，二氧化碳爆破的原理是将液态的二氧化碳(惰性气体)装入爆破管内，爆破时管内的加热棒通电产生的热能，使液态二氧化碳瞬间气化膨胀，高压气体破坏爆裂片并从泄气孔冲出，作用于爆裂管四周的孔壁上，产生“爆炸”现象，将岩石分裂和破碎。
在名为《封闭爆破孔液态二氧化碳冷爆破方法》和《智能二氧化碳爆破工艺方法》的两篇发明专利中，前者着重介绍了炮孔的封孔工艺和相应装置，后者着重于介绍爆破的工艺流程和说明，而对于深孔爆破方法的研究，现有的文献和专利还较少涉及。
发明内容
本发明提供深孔液态二氧化碳冷爆破方法，旨在为深孔爆破提供一种可行方案。
本发明是这样实现的，深孔液态二氧化碳冷爆破方法，具体步骤为：
(1)钻爆参数设计与计算，参数包括孔径、孔距、孔数、以及所用液态二氧化碳质量；
(2)确定引线的连接方式和起爆方式；
(3)爆破前准备工作，包括钻孔施工，向爆裂管中注入二氧化碳，再将爆裂管装入炮孔中并固定爆裂管，接着进行封孔处理，最后连接爆破母线；
(4)布置安全警戒线并进行爆破前安全检查；
(5)起爆器通电爆破及爆破后检查。
更进一步地，步骤(1)中根据破岩环境和岩石硬度确定孔径和孔距：
深孔破岩技术常用于露天破岩中，孔径设置为75-90mm；
岩石硬度为4-6时，孔距设置为2.5-3m，孔数要求1-3个/10平方米；
岩石硬度为6-8时，孔距设置为1.5-2.5m，孔数要求4-7个/10平方米；
岩石硬度为8-10时，孔距设置为1-1.5m，孔数要求8-10个/10平方米。
更进一步地，深孔爆破时，同一炮孔中的爆裂管之间为串联，不同炮孔中的爆裂管为并联，采用延时起爆方式，爆破顺序由中心炮孔向边缘炮孔依次进行。
更进一步地，步骤(3)中的爆裂管型号为MZL130-54/1500，二氧化碳注入量为1.8kg/根，根据孔深确定放置爆裂管的数量，应满足2-3m/根的要求。
更进一步地，步骤(3)中的固定爆裂管方式包括以下三种：
a.石子填充，选择直径小于炮孔壁与爆裂管间间隙的石子，石子硬度高于岩石硬度，将石子填入间隙中，并向间隙中填入岩石粉末，最后压实。
b.速凝材料填充，用灌注枪向间隙中填充速凝材料，并等待速凝材料冷固。
c.混合材料填充，将石子填充到间隙中并压实，再将速凝材料注入间隙中，实现混合填充。
更进一步地，步骤(3)中的封孔处理通过机械封孔工艺实现，用电动注浆泵向炮孔中注入水泥浆，水泥浆的水灰比为0.6:1，炮孔的孔口用聚氨酯封堵。
更进一步地，步骤(4)中的警戒线应设置在远离爆破位置至少200m处，爆破前安全检查包括检查巷道内瓦斯浓度和二氧化碳浓度，确保瓦斯和二氧化碳浓度均在0.5％以下时方可爆破，撤离警戒线内所有人员，避免出现人身意外。
更进一步地，起爆器型号为巨龙牌FD200XS-B型，属于遥控型起爆器。
本发明的有益效果是：1、爆破效果好，根据爆破环境和岩石种类的不同确定了合适的孔径和孔距，且根据孔深放置了多个爆裂管，填入了足量的二氧化碳，采用爆裂管引线并联和串联相结合的方式以及延时起爆方式，因此能够提升爆破效果；2、爆破前设置警戒线，进行安全检查，提高了爆破安全性；3、爆破成本低，其成本主要集中在钻孔、封孔和爆破耗材上。
附图说明
图1是本发明提供的深孔液态二氧化碳冷爆破方法的流程图；
图2是本发明提供的深孔液态二氧化碳冷爆破方法的布孔示意图；
图中：1、爆裂管；2、炮孔；3、岩石；4、聚氨酯；5、水泥浆。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
如图1-2所示，本实施例提供的深孔液态二氧化碳冷爆破方法，具体步骤为：
(1)钻爆参数设计与计算，参数包括孔径、孔距、孔数、以及所用液态二氧化碳质量，其中孔径是指所钻出的炮孔2的外径，孔距是指彼此最近的两个炮孔2中心之间的距离，孔数是指炮孔2数目总和。
(2)确定引线的连接方式和起爆方式，常用的引线连接方式有串联、并联和串并联三种，起爆方式可分成电力起爆法和火花起爆法、导爆索起爆法和导爆管起爆法。
(3)爆破前准备工作：
a.钻孔施工，钻孔位置与岩石3边缘留出一定距离，以便深孔钻机正常工作，用深孔钻机钻出深度在5m以上的炮孔2，钻孔一般可分为垂直钻孔和倾斜钻孔，倾斜钻孔在爆破较软岩石3时能取得较高的效率，但不适用于爆破坚硬的岩石3，且倾斜钻孔对于技术操作的要求更高，因此在有利条件下可以选择倾斜钻孔，但要求炮孔2的倾斜度应小于17°，钻深孔时，要及时清理出炮孔2中的残留的岩石3及其他杂物，钻孔完毕，确保炮孔2内已被清理干净；
b.使用二氧化碳充装设备向爆裂管1中注入二氧化碳，充装设备包含储气罐、充装机、充装架和拆装机；再将爆裂管1装入炮孔2中并固定爆裂管1，常用的爆裂管1固定材料有如下三种：石子、速凝材料和石子与速凝材料混合物；
c.封孔处理，可用专用的封孔装置进行封孔，或选择较方便的人工封孔或机械封孔；
d.连接爆破母线，爆破母线采用铜芯或铁芯绝缘线，避免使用铝芯线和裸线，母线与连接线、连接线与脚线、脚线与脚线之间的接头应相互扭紧并悬空，爆破前，将母线扭结成短路，母线绝缘破损时，要及时包扎，以防漏电、短路或接触放电，发生意外事故。
(4)布置安全警戒线并进行爆破前安全检查，对于深孔爆破，安全警戒线应设置在边缘爆炸点200m开外的位置。
(5)起爆器通电爆破及爆破后检查，检查有无危石，边坡和爆堆是否稳定，检查有无盲炮，检查通风情况是否正常。
实施例二
如图1-2所示，深孔液态二氧化碳冷爆破方法中各步骤的要点为：
步骤(1)中根据破岩环境和岩石3硬度确定孔径和孔距：
深孔破岩技术常用于露天破岩中，所述孔径设置为75-90mm；
岩石3硬度为4-6时，称为软岩，包括粉砂岩、风化的砂岩、薄层石灰岩等，此时孔距设置为2.5-3m，孔数要求1-3个/10平方米；
岩石3硬度为6-8时，称为中硬岩，包括普通石灰岩、中砂岩、细砂岩等，此时孔距设置为1.5-2.5m，孔数要求4-7个/10平方米；
岩石3硬度为8-10时，称为硬岩，包括砾岩、局部风化的花岗岩、局部风化的变质岩等，此时孔距设置为1-1.5m，孔数要求8-10个/10平方米。
深孔爆破时，同一炮孔2中的爆裂管1之间为串联，不同炮孔2中的爆裂管1为并联，采用延时的电力起爆法，由起爆器控制爆裂管1通电来引爆，爆破顺序由中心炮孔2向边缘炮孔2依次进行，延时间隔为1-2秒，由此可使前次爆破产生充分形成的临空面，从而保证后续炮孔2爆破的效率和效果。
步骤(3)中的爆裂管1型号为MZL130-54/1500，二氧化碳注入量为1.8kg/根，根据炮孔2深度确定放置爆裂管1的数量，应满足2-3m/根的要求。
步骤(3)中的固定爆裂管1方式包括以下三种：
a.石子填充，选择直径小于炮孔2壁与爆裂管1间间隙的石子，石子硬度高于岩石3硬度，将石子填入间隙中，并向间隙中填入岩石3粉末，最后压实。
b.速凝材料填充，用灌注枪向间隙中填充速凝材料，并等待速凝材料冷固。
c.混合材料填充，将石子填充到间隙中并压实，再将速凝材料注入间隙中，实现混合填充。
步骤(3)中的封孔处理通过机械封孔工艺实现，首先根据炮孔2数量准备足够的水泥浆5，水泥浆5的水灰比为0.6:1，再在炮孔2内下入一根4分注浆管和一根4分返浆管，然后用聚氨酯4将炮孔2的孔口封堵，封堵深度为1-2m，最后用电动注浆泵向炮孔2中注入水泥浆5，当返浆管返浆后则停止注浆。
步骤(4)中的警戒线应设置在远离爆破位置至少200m处，爆破前安全检查包括检查岩石3内瓦斯浓度和二氧化碳浓度，确保瓦斯和二氧化碳浓度均在0.5％以下时方可爆破，撤离警戒线内所有人员，避免出现人身意外。
起爆器型号为巨龙牌FD200XS-B型，属于遥控型起爆器，爆破前发出起爆信号，避免在恶劣天气下(如雷雨天、夜晚和雾天)时进行爆破作业，爆破时间应定在周末或国家法定休息日期间。
爆破后至少等待15分钟方可进入爆破现象进行检查，进入前关闭起爆器，将母线从电源上取下并扭成短路状态，确认无拒爆和盲炮，加强爆破现场通风，待有害气体浓度低于安全值后可发出警戒解除信号；爆破效果应满足如下要求：硬岩无剥落；中硬岩基本无剥落；软弱围岩无大的剥落或坍塌。
本发明的优点包括1、爆破效果好，根据爆破环境和岩石3种类的不同确定了合适的孔径和孔距，且根据炮孔2深度放置了多个爆裂管1，填入了足量的二氧化碳，采用爆裂管1引线并联和串联相结合的方式以及延时起爆方式，因此能够提升爆破效果；2、爆破前设置警戒线，进行安全检查，提高了爆破安全性；3、爆破成本低，其成本主要集中在钻孔、封孔和爆破耗材上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.深孔液态二氧化碳冷爆破方法，其特征在于，具体步骤为：
(1)钻爆参数设计与计算，参数包括孔径、孔距、孔数、以及所用液态二氧化碳质量；
(2)确定引线的连接方式和起爆方式；
(3)爆破前准备工作，包括钻孔施工，向爆裂管中注入二氧化碳，再将爆裂管装入炮孔中并固定爆裂管，接着进行封孔处理，最后连接爆破母线；
(4)布置安全警戒线并进行爆破前安全检查；
(5)起爆器通电爆破及爆破后检查。
2.如权利要求1所述的深孔液态二氧化碳冷爆破方法，其特征在于，所述步骤(1)中根据破岩环境和岩石硬度确定所述孔径和所述孔距：
深孔破岩技术常用于露天破岩中，所述孔径设置为75-90mm；
所述岩石硬度为4-6时，所述孔距设置为2.5-3m，所述孔数要求1-3个/10平方米；
所述岩石硬度为6-8时，所述孔距设置为1.5-2.5m，所述孔数要求4-7个/10平方米；
所述岩石硬度为8-10时，所述孔距设置为1-1.5m，所述孔数要求8-10个/10平方米。
3.如权利要求1所述的深孔液态二氧化碳冷爆破方法，其特征在于，深孔爆破时，同一所述炮孔中的所述爆裂管之间为串联，不同所述炮孔中的所述爆裂管为并联，采用延时起爆方式，爆破顺序由中心所述炮孔向边缘所述炮孔依次进行。
4.如权利要求1所述的深孔液态二氧化碳冷爆破方法，其特征在于，所述步骤(3)中的所述爆裂管型号为MZL130-54/1500，所述二氧化碳注入量为1.8kg/根，根据孔深确定放置所述爆裂管的数量，应满足2-3m/根的要求。
5.如权利要求1或2所述的深孔液态二氧化碳冷爆破方法，其特征在于，所述步骤(3)中的所述固定爆裂管方式包括以下三种：
a.石子填充，选择直径小于所述炮孔壁与所述爆裂管间间隙的石子，所述石子硬度高于所述岩石硬度，将所述石子填入所述间隙中，并向所述间隙中填入所述岩石粉末，最后压实。
b.速凝材料填充，用灌注枪向所述间隙中填充所述速凝材料，并等待所述速凝材料冷固。
c.混合材料填充，将所述石子填充到所述间隙中并压实，再将所述速凝材料注入所述间隙中，实现混合填充。
6.如权利要求1所述的深孔液态二氧化碳冷爆破方法，其特征在于，所述步骤(3)中的所述封孔处理通过机械封孔工艺实现，用电动祝浆泵向所述炮孔中注入水泥浆，所述水泥浆的水灰比为0.6:1，所述炮孔的孔口用聚氨酯封堵。
7.如权利要求1所述的深孔液态二氧化碳冷爆破方法，其特征在于，所述步骤(4)中的所述警戒线应设置在远离爆破位置至少200m处，所述爆破前安全检查包括检查巷道内瓦斯浓度和二氧化碳浓度，确保所述瓦斯和所述二氧化碳浓度均在0.5％以下时方可爆破，撤离所述警戒线内所有人员，避免出现人身意外。
8.如权利要求1所述的深孔液态二氧化碳冷爆破方法，其特征在于，所述起爆器型号为巨龙牌FD200XS-B型，属于遥控型起爆器。
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