無聲破碎材料在復雜廠區內巖體開挖中的應用

李 松，周 旭，楊陸海，林 強

（陜西煎茶嶺鎳業有限公司， 陜西漢中市 724308）

無聲破碎材料在復雜廠區內巖體開挖中的應用

李 松，周 旭，楊陸海，林 強

（陜西煎茶嶺鎳業有限公司， 陜西漢中市 724308）

摘 要：煎茶嶺鎳礦在950m平硐外部西側山體修建候車站臺時，因受周邊環境影響，采用工業炸藥爆破開辟站臺位置施工難度大、安全風險高。為了確保地表設施的安全，煎茶嶺鎳礦采用無聲破碎材料進行預裂破碎，將破碎劑與水按一定比例混合成為漿體注入事先鉆鑿好的炮孔內，利用破碎材料對孔壁的膨脹壓力，實現巖體按照預定的輪廓面破碎，最終形成了理想的開挖面，成功解決了復雜工業廠區建筑巖體基礎開挖的難題。

關鍵詞：無聲破碎劑；復雜廠區；巖體開挖

1 工程概況

煎茶嶺鎳業有限公司950m地表候車站臺主要是為去往950平硐內主副井的人員候車而設的。該礦區地表地形復雜，候車站臺選址靠近山體，需對長約34.2m，高度1.8m、厚度3.5m的山體巖石進行爆破開挖，開挖方量超過200m3。因礦區工業設施集中，候車站位置正上方有高壓線通過，附近30m有選場破碎車間、保安值班室、電器維修車間、礦燈房、礦山急救站、加油站等設施，采用工業炸藥進行施爆難度較大。為了避免爆破作業產生的震波、飛石、噪音等危害，研究采用了無聲破碎劑進行巖體破碎。

2 無聲破碎原理

無聲破碎劑是一種粉末狀破碎材料，根據環境溫度不同，有SCA-1（25℃～40℃）、SCA-2（10℃～25℃）、SCA-3（-5℃～10℃）三種型號可供選擇；工程上主要用于巖石或混凝土構筑物的破碎，其遇水發生水化反應可產生約30～100mPa的膨脹壓力，且隨反應時間延長和周圍溫度升高而增大。施工時，通過在巖體或構筑物上鉆鑿藥孔，將破碎劑與水混合拌制成漿體注入鉆孔，在1～2 h內破碎劑水化膨脹的強大壓力作用于孔壁，對孔壁產生徑向壓縮和切向拉伸應力，因巖體或混凝土結構抗拉強度小（巖石抗拉強度一般為4～10mPa，最高強度C80的混凝土結構其抗拉強度為抗壓強度的 1/10～1/20），容易沿鉆孔切向方向破裂成縫，相鄰鉆孔間距適當就可實現縫隙貫通，形成較為平整的開挖面，可控性好，操作簡單，可避免炸藥爆破產生的諸多爆破危害，經濟高效，在復雜環境條件下是工業炸藥的理想替代產品。

3 無聲破碎劑的應用實例

3.1破碎劑因素分析

（1）漿體濃度。無聲破碎劑的膨脹壓力隨著漿體濃度的增大而增大，在破碎硬度較大和完整性較好的巖石時，需要采用高濃度藥劑漿體，但濃度過大、水用量不足會造成藥劑水化反應不完全，藥劑利用率低下。工程上根據不同破碎結構體采用的濃度為30%～80%，甚至更大。

（2）反應時間。無聲破碎劑水化反應膨脹壓力隨反應時間延長而增大，因此，在施工過程中，采取鉆孔注藥與破巖間隔8～12 h，時間越長巖石龜裂的效果越好，這樣既保證巖石龜裂又可以進行下一道施工工序。

（3）環境溫度。無聲破碎劑根據環境溫度高低有不同的具體型號可供選擇。一般保證不噴孔的情況下，根據地表溫度使用相同型號的產品，龜裂效果較好。

（4）鉆孔直徑。破碎劑膨脹壓力是根據孔徑大小來決定巖石龜裂時間，孔徑越大，產生的膨脹壓越大，開裂時間越短。因此在施工使用中在保證藥劑不噴孔的情況下，采用大釬頭打孔灌注破碎藥劑。

（5）自由面。無聲破碎劑反應區附近自由面越多，破碎效果越好。因此，在使用過程中應考慮人工方式預先創造多個自由面，以促進結構體的破碎，同時控制被破碎體破碎后的形狀。

3.2施工技術設計應用

根據巖石面積和巖石結構采取上下分層式或者是行排距間隔分段式對施工作業場地巖石進行無聲破碎，以最優的方式對大塊巖石進行分解。根據施工開挖后裸露巖石的完整性情況設計鉆孔位置、規格大小、間排距離、炮孔裝藥次數等，煎茶嶺鎳業公司950m地表候車站臺工程需開挖的巖體為長條帶狀，總長度距離為34.2m，平均寬度3.5m，平均高度為1.8m左右，而且巖石炮孔深度在破碎劑膨脹壓力范圍內，可以采用行排距間隔式分段無聲破碎。

根據巖石破碎的長度劃分為兩段進行布孔裝藥，炮孔布置如圖1所示。

圖1　炮孔布置

（1）采用YT28氣腿式鑿巖機配Φ42mm的鉆頭鉆鑿炮孔，炮孔垂直90°布置，炮孔間距400mm，排間距0.5m，深度1.8m。

（2）采用高壓風管將炮孔的內部雜物和水吹刷干凈，把藥劑和水倒入桶內使用便攜式攪拌機進行高速攪拌均勻，然后將攪拌均勻的藥劑灌入鉆孔內，無須采用其他物料堵塞。

（3）為了能使破碎劑發揮最大膨脹壓力，提高巖石破碎效果，按照炮孔布置，先裝前兩排炮孔，根據每個炮孔的深度核定裝藥量系數，如1.8m深度炮孔的裝藥系數為0.88。

（4）將破碎好的巖石用挖掘機清理干凈，然后繼續進行下一個循環裝藥工序，每次裝藥的炮孔數量控制在兩排炮孔內，這樣有利于增加破碎藥劑效力和提高巖石破碎效果。

3.3巖石破碎效果分析

破碎劑與水混合形成的漿體灌入巖體內隨著時間的增加，巖石慢慢的靜裂，膨脹壓力逐步增大。

（1）漿體灌入炮孔內1 h后，破碎劑膨脹壓力開始緩慢增大，這時巖石只發生微小變化。

（2）如圖2所示，漿體灌入炮孔內6～8 h后，破碎劑膨脹壓力將巖石裂開了一個很大溝槽，可以明顯的看到巖石從一個完整的巖體上剝離。一般早上灌入破碎藥劑為最佳時期，中午氣溫較高，破碎劑膨脹壓力隨時間的增長和溫度的升高，巖石龜裂效果越好。

（3）如圖3所示，使用破碎劑破碎巖體時巖面比較完整，不僅增加了巖石破碎后的美觀度，而且巖石龜裂后塊度較小，便于后續用挖掘機清理巖渣。

圖2　微裂隙逐漸增大圖

圖3　破碎后最終邊坡圖

4 結 論

（1）無聲破碎劑使用方法簡單，可控制性好、效率高、安全性能高，在使用過程中無振動、無噪音、無飛石、無粉塵、無毒無害氣體，在不具備工業炸藥爆破的環境下，是建筑基礎巖體開挖的理想破碎材料。

（2）在高溫氣候條件下，破碎劑膨脹壓力性能更高，能充分發揮破碎劑在地表復雜環境中應用的效果，使巖石完全龜裂，破碎后可以采用機械化直接挖掘，提高了施工效率。

（3）采用破碎劑成功解決了復雜工業廠區內無法使用工業炸藥爆破開挖的難題，避免周圍其他設備及建筑物受到擾動，使破碎巖石面切割的比較平整光滑，安全性能較高。

參考文獻：

［1]朱 輝.無聲破碎劑在石方爆破施工中的應用［J］.山西建筑，2002，28（6）：55-56.

［2]呂密軍.高效無聲破碎劑在擴幫和基礎開挖中的應用［J］.煤炭與化工，2014，37（8）：107-109.

［3]李 卓，許立昌，岳自飛.淺談靜態破碎技術在公路工程復雜環境中的應用［J］.四川水利發電，2015，34（4）：18-21.

［4]程月紅，張厚斌.支撐下硬質巖非爆破開挖施工技術［J］.施工技術，2015，44（13）：80-83.

［5]姜 楠，徐全軍，龍 源，等.大孔徑靜態破碎膨脹壓力特性及布孔參數分析［J］.爆炸與沖擊，2015，35（7）：467-472.

收稿日期：（2016-01-22）

作者簡介：李 松（1983-），男，河南淮陽人，采礦工程師，現主要從事礦山采礦、充填等技術工作，Email：dearylh@163. com。