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新型破岩工程技术在矿山建设中的应用

陈克军，杨正彬，况章建，蔡勇

（攀枝花市锦联工贸有限公司）

摘 要：攀枝花市建设社会主义新矿山以矿区地面建筑、设施设备及管理工作的“硬化、绿化、净化、美化、规范化、标准化”为重点，全面推进矿区道路等煤矿基本生产生活设施及矿区周边环境的标准化建设。考虑当前外围安全形式，对孙家湾井矿区道路边坡采用新型破岩技术进行施工，从而达到美化、规范化、标准化的要求。

主 题 词:新型破岩；工程技术；矿山建设；应用

1 实施背景

姚家坪煤矿孙家湾井建设社会主义新矿山实施中，矿部外面矿区混凝土公路高边坡侧有两段约30米、宽2米、高2米、土石方量约120m3的突出山包，造成公路窄、弯道多、通行视野差，影响企业形象和行车行人安全，需要将此路段的山包岩石进行破碎清除；当时修路采用凿岩机械设备进行破岩，效果不好而放弃；如采用通常炸药爆破，一是公路周围有许多民房建筑会受到影响，二是全市煤矿已停产，炸药已全部收回，申请炸药程序繁琐且短时间办不下来；从高效、安全角度考虑，对孙家湾井矿区道路边坡采用新型破岩技术进行施工，从而达到美化、规范化、标准化的要求。

2 破岩技术的发展历史

破岩技术的发展的四个里程碑。

第一个里程碑是我国古代四大发明之一的黑火药，它是爆破技术的先驱，是人类社会将化学能转化为机械能的首次实践；

第二个里程碑是十九世纪六七十年代，瑞典人诺贝尔先后发明了硝化甘油炸药和雷管，以及随后出现各种工业炸药，这使得爆破技术有了长足的进步，取得了惊人的成绩；

第三个里程碑是近一二十年来各种控制爆破的出现，它是通过一定的技术措施，严格控制爆炸能量和爆破规模，达到质量上、数量上、时间上和方向上的控制爆破，它大大改变了爆破技术的面貌，使得人们能够把爆破技术运用到城市人口稠密地区，运用到改建和扩建工程中来。控制爆破是日本人最先提出来的，但是，无论从控制爆破的综合技术和规模上，我国都处于国际领先水平。

第四个里程碑是无声破岩技术的应用。近十年来，无声破碎剂在中国现化化、城镇化工业化的进程中城市土建的混凝土和岩石破碎工作中的得到了广泛的应用，取得了丰硕成果。此次孙家湾井矿区道路边坡采用“高效无声破碎剂”新型破岩技术进行施工。

3 无声破碎剂的作用原理

它是将一种含有钼、镁、钙、钛等元素的无机盐粉末状静态破碎剂，用适量水调成流动状浆体，直接灌入钻孔中，经水化反应，使晶体变形，随时间的增长产生巨大膨胀压力（径向压应力和环向拉应力），缓慢地、静静地施加给孔壁，经过一段时间后达到最大值，将混凝土或岩石胀裂、破碎。

因为一般被解体的岩石或混凝土均属脆性材料，脆性材料的抗压强度大，抗拉强度小，其抗拉强度远小于抗压强度。岩石的抗拉强度为4－10Mpa，混凝土的抗拉强度约1.5－3.0Mpa，约相当于其抗压强度的1/10－1/20。而通常静态破碎剂的膨胀压力可达30－50Mpa。所以，合理的破碎设计（装药量、孔径、孔深和孔间距的确定）是能够使孔眼周围的介质受到充分破坏的。只要约束继续存在，破碎剂就有持续产生或残留一定程度的膨胀压力的性质，因而能继续增大或产生新的裂缝。

经测定，在温度为20℃、水与破碎剂之比为0.3：1时，其体积将自由膨胀四倍。静态破碎法(静态爆破技术)，是近年来发展起来的一种破碎（或切割）岩石的新方法，亦称静力迫裂和静力破碎技术。

4 采用这种破岩技术的必要性

炸药和雷管爆炸时，在极短的时间里释放出极高的能量，产生极大的压力，因而引起“乱石横飞，硝烟弥漫”。后来，人们研制高能燃烧剂，它主要以金属氧化剂和金属还原剂组成，这种高能燃烧剂的反应热大于炸药，而燃烧速度却是炸药的百分之一，是一种低速“炸药”，在爆破物体时，仅产生少量的声响、震动、炮烟和飞石，燃烧剂组分（以铝和镁为主要成分）均为无机物，不会产生有毒气体，也不需要雷管起爆。这是控制爆破技术的一大进步。

然而，不管炸药还是高能燃烧剂，在爆破时都会产生声响、震动、炮烟和飞石，对环境产生有害影响。特别是在有人、有建筑物、设备和交通要道附近，用炸药爆破岩石是非常困难的。因此人们渴望研制出一种安全、可靠的静态“爆破剂”。

1981年，原中国建筑材料科学研究院在膨胀水泥的研究基础上，研制成功无声破碎剂（HighSoundlessCrackingAgent，简称HSCA），1983年该成果通过部级技术鉴定。SCA是一种由无机化合物和有机化合物组成的膨胀粉末，它与水拌成浆体，灌入混凝土或岩石的钻孔中，产生ll（mliiILO30MP。经过6-24h便可在无震动、无噪声、无飞石和无毒气的情况下，把混凝土和岩石破碎。专家们一致认为：“SCA对爆破技术是一项重要的补充和发展，填补了我国一项空白，有广阔的实用意义。”无声破碎剂（SCA）自1983年投入工业生产已有近30年历史，总销量超过20万t以上，主要应用于石材荒料开采和岩石破碎。

而我矿需要破碎的岩石在矿区公路的高坡边，是在有人、有建筑物、设备和交通要道附近，用炸药爆破岩石是非常困难，只能选择用高效无声破碎剂来破岩。
5 工程实施

5.1 被破碎岩石的特性：是一种很硬的岩石，适合用高效无声破碎剂来破岩（见图1）。

边坡岩石柱状图（图一）

5.2 工程施工设计

我们收集和整理了利用新型高效无声破碎剂在破岩工程中大量运用的资料和我矿过去曾经在应用情况，我矿选择的破岩工程工艺参数见下表一：

表一破岩工程工艺参数表

钻孔间距	钻孔深度	钻孔方向 沿岩石走向	钻孔方向 沿岩石水平面走向
300mm	1200mm	9°	54°

5.3 施工设备和施工人数

表二施工设备和施工组织表

钻孔机械	钻杆长度	钻孔直径	施工人数
7655风动凿岩机×2	1500mm	40mm	2×2

5.4 破岩工程设计参数示意图二

5.5 钻孔示意图三

5.6 高效无声破碎剂（即HSCA）的选型

高效无声破碎剂（即HSCA）是一种具有高膨胀性能的粉状无机材料，经回转窑煅烧，以氧化钙为主体，加入适量外加剂共同粉磨制成。执行JC506无声破碎剂行业标准。

此次高效无声破碎剂选用的是，石家庄市功能建材有限公司生产的兆华牌“高效无声破碎剂”，型号：HSCA-，执行标准：JC506-92。

表四高效无声破碎剂参数表

型号	试验温度（℃）	膨胀压（MPa）
		8小时	24小时	48小时
HSCA－Ⅱ	25±1	≥20	≥45	≥60

5.7 高效无声破碎剂（即HSCA）的使用量：6－10kg/m3。

6 工程施工方法

6.1 安全警示

施工操作人员必须作好安全防护，佩带胶皮手套及防护眼镜，灌孔后直至开裂前不得靠近、直视孔口，以防喷孔造成伤害。

6.2 破碎剂搅拌

倾斜孔用HSCA的水灰比为0.25～0.30，先把约1.5升的洁挣水注入搅拌容器中，再缓慢加入一袋HSCA（按HSCA重量的30％加水），搅拌均匀，使其具有良好的流动性。用人工搅拌成均匀的浆体，不得有结块。

6.3 破碎剂充填

填孔之前必须将孔清理干净，不得有水和杂物。对于垂直孔可以直接把HSCA浆体倾倒进去，灌孔必须密实，不必封堵孔口。一次搅拌数量不宜过多。搅拌后的HSCA浆体要立即灌孔，不得延误，否则，流动性及破碎效果都将受到影响。

6.4 养护

攀枝花地区温度较高，降雨减少，一般不必专门养护；如遇雨天要加盖油毡或塑料布，以防雨水浸入。

7 施工安全措施

7.1 HSCA施工时必须佩带乳胶手套，及佩带防护眼镜。

7.2 灌入HSCA时，绝对不要近距离直视孔口，以防万一发生喷浆伤害眼晴，如溅到皮肤或眼睛上要立即用水冲洗或请医生处理。
7.3 攀枝花地区温度较高，为防止HSCA喷出，最好在早上或傍晚灌孔。

7.4 施工时要严格控制加水量。按3：7的比例混合，否则将影响破岩效果。

7.5 保管过程中，严防受潮，如发现破袋，应停止使用。在不开袋、不受潮的情况下，保存期为一年。

8 破岩效果图四

9 破岩效果剖面图五

10 工程总结

两种破岩方式对比见下表五

表五

对比项目/破岩方式	炸药爆破	无声破岩
破岩原理	物理反应	化学反应
破岩材料	硝化甘油炸药和雷管	高效无声破碎剂
工期	10天	15天
对周围建筑物影响	有破坏性影响	无影响
施工安全方面	不安全	安全
施工工艺	复杂	容易
施工效果	破面凸凹不平	破面平整
备注	全市煤矿已停产，炸药已全部收回，申请炸药程序繁琐且短时间办不下来	市场随时可以购买到

 

图六新型高效无声破碎剂钻孔、破岩剖面实际

图七新型高效无声破碎剂破岩效果实际

图八破岩工程施工环境

本工程岩石破碎土石方量约125m3，施工工期约15天，工程投资约5万元，安全、质量、工期、投资完成预期目标，工程实施效果较好，获得了较好的经济、社会效益。

公司将在以后的矿山工程建设中，不断优化新型破岩工程技术的工程设计参数，强化施工组织，完善安全技术措施，确保工程实施的安全、优质、高效，力争取得更好的经济和社会效益。

(注：冶金之家原创文章请勿转载！)