液体松动爆破在睢宁风电项目中的应用.docx

    液体松动爆破在睢宁风电项目中的应用    摘要：经过施工过程中多种措施和方案的比较和现场试验，最终确定二氧化碳液体松动爆破措施契合设计要求，并且效率最高，造价最省二氧化碳液体松动爆破解决了传统炸药爆破的手续繁琐、安全性低、对基础面松动程度控制难等问题而且爆破过程中不产生电弧和电火花，不受高温、高热、高湿、高寒影响，不产生任何有害气体，环保高效关键词：液体爆破气态转变为液态契合设计环保高效正文1．工程概况及场址工程地质条件1.1工程概况睢宁36MW风电场位于睢宁县岚山镇和姚集镇，场区地貌以低矮丘陵为主，山体高程为40～180m，坡度较缓，地表覆盖较浅，多为柏树、杂草和裸露岩石，部分区块有废弃采石场风电场分为南北两个区域，两场区距离17km本风电场拟布置18台单机容量2.0MW的风机，总容量规模36.0MW风机机位均沿山脊走向布置于山包顶部，地面高程70～180m，场址区域植被较少，50%岩体长期裸露在空气中，但受外界环境腐蚀很轻微1.2场址工程地质条件本工程区以灰岩为主，属于可溶岩地区根据地质测绘，山脊顶部岩溶现象以裸露基岩表面的溶蚀裂隙、溶孔为主，山脚下局部地段发育有溶沟、溶槽及溶蚀漏斗等岩溶地质现象。

该风电场属扬子断块区的下扬子断块，区域地貌上属黄海潮间带滩涂地貌单元本区上部第四系沉积物厚度达350m左右，以下为上第三系地层（N）半固结粉砂、砂砾（厚度约480m），下伏基岩为上白垩统浦口组（K2p）粉细砂岩、砾岩勘探深度内均为第四系沉积物，上部②～③层为第四系全新统（Q4）冲海相粉土、粉砂，下部为晚更新世（Q32）陆相、滨海相沉积物共分七个大层，细分为14个亚层及2个夹层从上至下为①-3层冲填土、②-1层粉土（Q4）、②-2层粉土（Q4）、③-1层粉砂夹粉土（Q4）、③-2层粉砂（Q4）、③-夹层粉土（Q4）、④-1层粉质粘土、④-2层粘质粉土、⑤层层状粉土（Q32）、⑥-1层粉砂夹粉土（Q32）、⑥-2层粉砂（Q32）、⑥-夹层粉土、⑦-1层粉质粘土、⑦-2层粉质粘土夹薄层粉土（Q32）、⑦-3层粉砂（Q32）根据现场地质测绘、坑探及区域地质资料分析，本场区内出露的地层主要为震旦系九顶山组（Z2jd）灰岩以及上覆的第四系残坡积层（Qel+dl），岩体切割成大块状，岩质坚硬2．风机基础持力层设计和对基础岩面要求2.1风机基础对持力层设计本风电场场区大部分为基岩裸露或大块石堆积，块石为中风化灰岩，场地土层工程性能良好，可作为风机基础天然地基持力层。

本工程采用筏板式扩展基础②-2层灰岩层地基土承载力特征值fak可取350kPa，层厚适中，埋藏深度较浅，可作为风电机组扩展基础的持力层2.2风机基础设计对基础岩面要求本工程基础为风机使用，故对基础岩面要求较高，不允许松动或不稳定岩体作为基础岩面，需采取精细措施进行控制根据地勘报告，本工程大部分风机位置岩石坚硬完整，宜采取爆破措施开挖至设计高程，但应采取多钻孔少装药的分层爆破措施，以保证风机基础基岩面的完整和稳定另外可采取挖掘机清表后，啄木鸟式履带凿岩机进行上层开挖，清除上部大块石，最后50cm采取风镐渐进式凿岩达到设计高程3．二氧化碳液体爆破应用经过施工过程中多种措施和方案的比较和现场试验，最终确定二氧化碳液体松动爆破措施契合设计要求，并且效率最高，造价最省该项技术自二十世纪五十年代.开始被重视和开发，是专门为高瓦丝矿井的采煤工作面研发的因其安全高效使用方便的特点很快被应用于水泥、钢铁行业随着技术的不断发展完善，目前已经在欧美国家的采矿业、隧道工程、市政工程、水下爆破等领域进行广泛推广和应用我国引用此技术相对滞后且保守为了改变这种现状，目前该技术日臻完善和成熟传统炸药退出民爆市场的时代已经来临，即将开启一个划时代的革命。

液化包装后二氧化碳装药松动爆破3.1液体爆破原理液体爆破系统是指二氧化碳气体在一定的高压下可转变为液态，通过高压泵将液态的二氧化碳压缩至圆柱体容器（爆破筒）内，装入安全膜、破裂片、导热棒和密封圈，拧紧合金帽即完成了爆破前的准备工作将爆破筒和起爆器及电源线携至爆破现场，把爆破筒插入钻孔中固定好，连接起爆器电源当微电流通过高导热棒时，产生高温击穿安全膜，瞬间将液态二氧化碳气化，急剧膨胀产生高压冲击波致泄压阀自动打开，利用液态二氧化碳吸热气化时体积急剧膨胀产生高压致使岩体开裂被爆破物品或堆积物受几何级当量冲击波向外迅猛推进，从起爆至结束整个过程只需0.4毫秒，且是低温下运行，与周围环境的液体，气体不相融合，不产生任何有害气体，不产生电弧和电火花，不受高温、高热、高湿、高寒影响并且无噪音，无振动，无污染，爆炸力好控制，比使用工程机械或者炸药爆破节省很大成本液态二氧化碳相变致裂技术是一种理念先进、方法安全、效果显著的爆破技术，属于物理爆破技术，具有爆破过程无火花外露、爆破威力大、无需验炮、操作简便、不属于民爆产品，其运输、储存和使用获豁免审批等优点，被广泛应用于采煤、清堵、建筑物拆除因此，液态二氧化碳相变致裂技术有望取代炸药预裂爆破、水力扩孔、水力压裂来强化提高煤层透气性，快速消除突出危险性或冲击地压。

液态二氧化碳相变致裂属于物理致裂过程，通过化学加热液态二氧化碳，使其压力剧增至20MPa~60MPa，高压液态二氧化碳冲破定压剪切片迅速转化为气态，体积膨胀600多倍，瞬间释放的气体膨胀能使钻孔周边煤体致裂；液态二氧化碳体积膨胀过程会吸收大量的热量，能有效降低致裂范围内的煤体温度，有利于抑制煤层自燃；液态二氧化碳相变致裂采用低压启动（9v），比传统爆破更安全，且不需要验炮，爆破后即可进人，实现连续工作液态二氧化碳相变致裂装备结构3.2液体爆破应用广泛3.2.1优势（1）气体比炸药更有安全性，不属于民爆产品，运输、储存和使用不需要审批2）无需炸药审批的繁琐程序和公安部门的严格监管3）爆破过程中无破坏性震动和短波，扬尘比例降低，对周围环境影响不大4）复杂的作业环境均可使用，煤矿及矿山领域5）二氧化碳气易采购，部分装置可重复使用6）多个爆破筒可同时并联，爆破威力大，爆破后岩石个体大3.2.2缺点（1）效率低：步骤过于繁琐，每天炸不了几次，环节多了出问题的机率就多如灌装、接线、封孔等环节2）临空面要求：利用临空面才有效果，深基坑或凌空不好的作业面不适合3）产量低：无法实现多排爆破，就造成单次爆破的爆破筒数量不宜超过两排，超过一排就容易卡住或炸坏爆破筒。

4）工程量较小时成本高：其使用的活化器是专用的，一次性用品，产量不高时也造成爆破成本高5）要求高：爆破筒装填工艺和现场施工均较复杂，对炮孔质量要求较高6）噪音及安全：爆破震动力虽不大，毕竟声响比较明显，若要在周边有居民楼及建筑物的使用，应尽量先征求当地安监及环保是否允许3.2.3应用范围液体膨胀二氧化碳开采器适用范围:凡属利用传统咋药的行业均可应用，非民爆领域的特殊区域或场所更能体现其卓越特性1）采矿业：露天矿的开采和矿井的掘进、回采、放顶、煤仓均可应用如工作面的消突，消除冲击地压，石门揭煤，巷道底鼓治理，处理煤层断层，疏通煤仓等2）应急救援抢险：道路清障、堰塞湖处理、清除山体滑坡、泄洪，堤坝加固更是矿井救护队的必备工具3）地铁与隧道及市政工程：强硬岩石的爆破和掘进，城市混凝土建筑物的定向爆破，道路壕沟的挖掘等4）水泥、钢铁、电力等行业：预热器、旋窑、炉窑钢渣等设备及设施的清堵城市热电厂垃圾燃烧炉的结块处理山区高压线路塔架底盘加固等5）地质勘探：野外钻探取样，各种石材、矿物开采和切割6）高寒区域：破冰，雪峰爆破，各种粉状块状物的疏松作业等7）水下工程：海底电缆和管道壕沟开挖，海底钻井爆破等。

3.3液体膨胀二氧化碳开采系统在本项目中的优势对于传统开采方法的一场新革命用于煤矿采煤工作面,替代传统炮采方法，实现工作面落煤,爆破威力大、抛煤量多、块大、抛出距离短,减少工人的强力,且不会造成放炮崩人事故的发生另外爆破煤块成块率高,煤粉比率明显降低,基本不扬尘,大大降低了煤尘爆炸隐患煤矿应用此技术可带来产量猛烈增长与利润大幅度提高1）具有本质的安全特性从储存、运输、携带、使用、回收等方面均十分安全主机与爆破器材分离，从灌装至爆破结束时间较短液态二氧化碳灌注仅需1-3分钟，起爆至结束仅需4毫秒实施过程无哑炮，无需验炮安全警戒距离短，无安全隐患爆破筒回收方便，可连续使用2）既可定向爆破又可延时控制，特别是在特殊环境下，如居民区、隧道、地铁、井下等环境，实施过程中无破坏性震动和短波，对周围环境无破坏性影响3）在石材开采中不破坏纹理结构，成材率和效率较高4）无需火工库，管理简便，操作易学，操作人员少，无需专业人员值守5）在矿井下使用其性能更加突出，无论是高瓦丝矿井，冲击地压矿井、水文地质条件较复杂的矿井还是易自燃矿井均可应用6）材料来源丰富，可就地取材提高功效，增加效益，降低成本减少繁杂的报批审核程序和管理限制。

在灌注二氧化碳之前所有皆非爆品7）为获得较大当量的威力，可根据现场情况，把爆破筒并联使用8）在应急抢险救援中，可将全部设施托运任何交通工具上而雷馆炸药属管制物品无此优势可节约大量救援时间9）二氧化碳属于惰性气体非易燃易爆物质爆破过程就是体积膨胀的过程，物理做功而非化学反应10）二氧化碳爆破设备、代替炸.药、改变传统炮采方式、致裂器安全，在工作时不会产生任何明火或火花，是方便安全的液体爆破设备11）环保：定向泄能对周围环境不产生破坏,不产生一氧化碳及氮氧化物等有害气体,能较好的改善工作环境,有益工人身体健康12）便利：通过不同的CO2(二氧化碳)填充量,更换不同型号的定能泄压片和发热活化器可控制膨胀系统的工作压力,从而适应不同的工作环境13）经济：整套系统可反复使用,使用成本低14）安全：组装、填充和运输等过程安全可靠,相对于炸.药爆破可彻底消除哑炮崩人事故15）快速：组装、充装操作简单,爆破准备时间短，可大大提高工作效率与量产3.4二氧化碳开采器技术参数及要求二氧化碳气爆破全套设备包括：二氧化碳爆破管50支、二氧化碳爆破管灌装机、爆破管旋头机、二氧化碳爆破管充装架、低温气罐、爆破片及活性器耗材。

膨胀钢管可重复使用，成套的爆破钢管数量为50根，长度95cm，直径73mm，每根重量22kg；（1）耗材a、为活化器（加热丝）、泄能片（爆破片）一组成套；耗材b、为液态二氧化碳，每根灌装0.9kg液碳；如爆破深度5m就是5根一组，工作面长度20m，孔距间隔2m，计10组，合计爆破用管50根2）钻孔要求：钻孔直径89mm(另公司有挖机改钻机、挖改液压凿岩机、挖掘机改造钻机产品销售)；（3）钻孔距离：硬度在5度以下，孔距为2m（大部分），硬度在5-10度之间，孔距为1.5m；（4）一组爆破方量根据石材硬度及纹路约300至500方，全天上下两组的爆破量约1000方左右3.5实施方案二氧化碳爆破在煤矿中使用主要分为五个工作步骤第一步骤地面操作间的装管第二步爆破工作面的打眼第三步将装好气的致裂管运输到工作面第四步把二氧化碳致裂管放炮眼里面，并且封孔，放炮第五步回收3.5.1地面操作间装管二氧化碳致裂管灌装前的准备工作：①需要给充装机、拆装机供应380V交流电②储液罐有足够的液态二氧化碳③致裂器和相应的耗材（加热棒、爆破片、垫片）④万用表、钳子、扳手、内六角等工具3.5.2钻孔施工按照岩石坚硬程度确定孔距后施工钻孔，设计孔深1m，装药后进行爆破，爆破后抽出爆破器。