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山东正企工矿机电科技北京赛车

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CO₂爆破安全效应测试总结

二氧化碳液-气相变膨胀破岩

效果及安全效应现场测试

  中国水利水电第十六工程局北京赛车永泰项目部

实验组织单位:中国人民国防大学

设备提供:山东正企工矿机电科技北京赛车

 

 

目 录

一、基本情况 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5

二、试验目的........................................................................................ 5

三、试验内容........................................................................................ 5

四、试验设计........................................................................................ 6

1、孔网基本参数................................................................................... 6

2、地面振动测试。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 7

3、冲击效应测试。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 7

4、岩石飞散测试。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 8

5、破岩效果测试。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 9

6、岩块运动状态................................................................................... 9

五、试验组织....................................................................................... 9

1、试验地点........................................................................................ 9

2、破岩装置........................................................................................ 10

3、试验流程........................................................................................ 11

5、人员配置。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 12

7、器材计划。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 13

六、现场试验........................................................................................ 14

1、第一次现场试验................................................................................ 14

2、第二次现场试验。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 17

七、分析及结论..................................................................................... 20

1、试验分析。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 20

2、试验结论......................................................................................... 20

二氧化碳破岩效果及安全效应

现场测试试验方案

一、基本情况

试验地点:福建省永泰抽水蓄能电站中控楼岩石开挖区

组织单位:中国水利水电第十六工程局北京赛车永泰项目部

设计单位:湖南海顺工程建设北京赛车

审核单位:

实施单位:中国水利水电第十六工程局北京赛车永泰项目部

湖南海顺工程建设北京赛车

第一次试验时间:2017 年 4 月 17 日上午

第二次试验时间:2017 年 4 月 20 日下午

二、试验目的

依托中国水利水电第十六工程局北京赛车永泰项目部的永泰抽水蓄能电站工程现场,设计并开展相关试验,现场测试 CO2 破岩效果及安全效应,为 CO2 破岩技术在永泰抽水蓄能电站的全面应用提供有力支持。

三、试验内容

测试 CO2 破岩技术相关的如下内容:

1、破岩效果测试

主要测试破岩后的岩石的松散程度及块度分布。

2、安全效应测试

(1)地面振动速度;

(2)空气冲击参数;

(3)个别岩石飞散距离;

(4)岩块运动状态。

四、试验设计

1、孔网基本参数

沿台阶面钻凿垂直膨胀孔,膨胀孔布设如下图所示。

图 1 钻孔布置示意图

其主要孔网参数有:

(1)孔径

(2)孔深

(3)平均抵抗线

(4)孔距

(5)孔数

(6)膨胀管型号

(7)单孔膨胀管根数

(8)单次作业膨胀管总数

(9)总破碎体积

具体布置及参数,应根据现场实际情况,由技术人员进行调整。

2、地面振动测试

运用布设在钻孔旁边一线的振动测试仪进行测试,具体布置及距离可以根据现场情况进行调整。

(1)振动传感器型号:三向检波器

(2)振动传感器数量: 2 台

(3)传感器布设间距:第一个点<8m、第二个点<15m

图 2 振动记录分析系统

图 3 振动测点布置示意图

3、冲击效应测试

根据理论分析及实践经验,CO2 破岩不存在猛烈的冲击波,基本上均衰减为声波了,故主要利用紧邻钻孔旁边的声波(分贝)测试仪进行声波测试。

图 4 声波测试仪示意图

4、岩石飞散测试

利用布设在钻孔旁边的岩石碎片收集装置测试岩石飞起后的回落数

量,如图 5 所示。

图 5 岩石飞散物回收装置示意图

其基本作业流程为:

(1)清理地面

在钻孔一侧清理出一块干净地带,将其上的碎碴清理干净。

(2)制作回收毯

回收毯可由厚彩条布或帆布材料制成。

(3)敷设回收毯

将制作好的回收毯平铺在清理出的地面上,并将其边角固定。

(4)测试统计数据

在完成膨胀破岩后,将回收毯上的碎块按距离和块度进行分类统计,并同时进行拍照。

(5)整理分析数据

5、破岩效果测试

主要是测定膨胀破岩前后的岩体破裂程度及块度分布。

其基本操作流程为:

(1)膨胀破岩前的岩体完整性测定

利用直尺和卡尺分别测量原岩节理裂隙长度、宽度及其数量,并将其描绘在图纸上。

(2)膨胀破岩后的块度分布情况

(3)膨胀破岩后的岩体散离原位情况

6、岩块运动状态

在膨胀破岩点的侧面进行拍摄。

五、试验组织

1、试验地点

通过现场实地勘察,考虑 CO破岩技术特点和试验效果,选择中控楼开挖作业区的靠近 35KV 电线杆附近。

图 6 CO2 破岩试验地点图

2、破岩装置

CO2 破岩装置人包括部件较多,如图 7 所示;由于本次试验是将已经灌装好 CO2 的膨胀管直接运送到现场进行的,故带到现场的 CO2 破岩装置为 CO2 膨胀管,其放大示意图如图 8 所示。

图 7 CO2 破岩试验装置图

图 8 CO2 膨胀管剖面示意图

3、试验流程

试验流程严格按照 CO2 液-气相变膨胀破岩施工要求进行,总体上分为试验准备、试验、试验交验三个阶段,具体可分为 15 个分步骤,如图9 所示。

图 9 试验流程示意图

对于本次 CO2 破岩试验,由于只将膨胀管运送到现场,故涉及的主要流程没有试验准备阶段,而只有试验实施和试验交验二个阶段的 12 个主要流程。需要说明了是造孔由现场负责,其主要环节包括布孔、钻孔、验孔等。

5、人员配置

CO2 液-气相变膨胀破岩作业应根据工程量、工程进度及开设的作业面配备作业人员。组织试验可配备如下人员。

序号

类别

数量

职责

备注

1

组装员

2

膨胀管组装

已在深圳完成

2

灌注员

1

灌注作业

3

施工员

3

置管作业

项目部协助

4

检测员

1

线路敷设、检测、激发

项目部协助

5

记录员

1

数据记录

6

检修员

1

设备维护、保养

 

7

专家

1

 

兼任

8

警戒员

2

 

项目部负责

合计

 

12

不含钻孔、平台清理人员

7、器材计划

 试验器材除 CO2 灌装成套专业设备(灌装作业在深圳完成,故设备未运抵现场)外,还需要如下器材。

表 2试验器材计划表

序号

试验器材及机具

单位

数量

用途

备注

1

机动车/皮卡

1

交通保障用

 

2

振动测试仪

2

振动测试用

 

3

噪音测试仪

1

声波测试用

 

4

摄影/相仪

2

高速/摄影用

 

5

CO2 专用激发器

1

激发线路用

 

6

彩条布

平方

60

破片飞散测试用

 

7

皮尺

1

 

 

8

游标卡尺

1

 

 

9

钢卷尺

2

 

 

10

石膏粉

       

11

现场分区牌

 

若干    

12

钻孔设备

1

 

现场准备
 

其他材料

 

若干    

六、现场试验

于 2017 年 4 月 17 日上午和 2017 年 4 月 20 日下午分别进行了二次CO2 破岩效果及安全效应试验,现场试验情况如下。

1、第一次现场试验

于 2017 年 4 月 17 日(星期一)上午进行了第一次 CO2 破岩效果及安全效应试验,试验基本情况如下。

(1)孔网参数

现场没有现成的台阶面,只能找一处相对较好的地段,试验位置及钻孔布置如图 10 所示。

图10 第一次试验位置及钻孔布置图

表3 第一次试验孔网参数表

台 阶 高/m

3。8

台阶坡角/°

45

 

 

 

 

 

深/m

2。7/3。8/3。8/3。8/2。7

钻孔角度/°

90

 

 

 

 

 

径/mm

115

囗部抵抗线/m

2。5

 

 

 

 

 

 

距/m

1。5

数/个

5

 

 

 

 

 

 

 

 

装填参数

 

 

 

 

 

 

 

单孔膨胀管数/根

2/3/3/3/2

总膨胀管数量/根

13

 

 

 

 

单孔电阻/Ω

4/6/6/6/4

干线电阻/Ω

2

 

 

 

 

线路总电阻/Ω

25

连接杆外露/cm

30

 

 

 

 

 

 

(2)破岩效果

整体破岩效果不明显,仅在 4、5 号孔处产生岩石破碎现象,具体为:

1)台阶面前方:未出现岩块坍塌现象,也未出现台阶面开现象;

2)台阶面上方:1、2、3 号孔处未出现裂纹,4、5 号孔出现大量裂纹且出现孔囗岩石破裂现象,如图 11 所示;

3)台阶面后方:1、2、3 号孔处未出现裂纹,4、5 号孔出现大量裂纹且出现孔囗岩石破裂现象。

图 11 第一次试验破岩效果图(4、5#孔囗破岩)

(3)地面振动效应

运用布设在钻孔旁边一线 5m 和 14m 处分别布设振动测试仪进行测试, 测得的地面最大振动速度分别为 0.22 cm/s 和 0.10cm/s。

(4)冲击效应

利用靠近 1#钻孔 12m 处的声波(分贝)测试仪进行测试,测得的现场声波值为 65dB。

(5)个别岩石飞散

利用布设在钻孔后方约 1m 的岩石碎片收集装置测试,基本上未收集到大的块石,只有少量的回落土,如图 12 所示。

图 12 第一次试验飞散物回收装置图

2、第二次现场试验

于 2017 年 4 月 20 日(星期四)上午进行了第二次 CO2 破岩效果及安全效应试验,试验基本情况如下。

(1)孔网参数

现场没有现成的台阶面,只能找一处相对较好的地段,试验位置及钻孔布置如图 13 所示。

图 13 第二次试验位置及钻孔布置图

表 4 第二次试验孔网参数表

台 阶 高/m

3.8

台阶坡角/°

65

深/m

3。8/2。7/2。7/3。8/1。6/3。8/3。8

钻孔角度/°

90

径/mm

90

囗部抵抗线/m

1.5

距/m

1。8

数/个

7

 

 

装填参数

 

 

 

单孔膨胀管数/根

3/2/2/3/1/3/3

总膨胀管数量/根

17

单孔电阻/Ω

6/4/4/2/6/6/

干线电阻/Ω

2

线路总电阻/Ω

35

连接杆外露/cm

30

(2)破岩效果

整体破岩效果较好,台阶前方岩石散离原位,钻孔连线处出现宽度达 30~50cm 的裂缝,如图 14 所示。

图 14 第二次试验破岩效果图

(3)地面振动效应

运用布设在钻孔旁边一线 6m 和 15m 处分别布设振动测试仪进行测试, 测得的地面最大振动速度分别为 0.21cm/s 和 0.12cm/s,其实测波形图如图 12 所示。

(4)冲击效应

利用靠近 1#钻孔 12m 处的声波(分贝)测试仪进行测试,测得的现场声波值为 65dB。

(5)个别岩石飞散

利用布设在钻孔后方约 1m 的岩石碎片收集装置测试,基本上未收集到大的块石,只有少量的回落土。

七、分析及结论

在福建永泰抽水蓄能电站中控楼岩石开挖区的二次 CO2 破岩试验,对二次试验进行分析,可以得出 CO2 破岩效果显著,可以作为炸药破岩的有益补充。

1、试验分析

第一次试验未能达到预期的破岩效果,主要原因有三个:

(1)钻孔孔径过大,原设计为 90mm,而现场钻孔的孔径为 115mm;

(2)台阶面角度太缓,前排抵抗线过大,囗部抵抗线达 2.5m,底部抵抗线达 4~5m,而原设计为约 2.0m;

(3)使用了过期失效的激活器,导致膨胀管激活可靠性降低,出现部位膨胀管未能有效激发做功。第二次试验严格按照设计进行组织与施工,将钻孔孔径改为 90mm,台阶面角度适度加大并减少抵抗线,使用合格的激活器。。

2、试验结论

通过在福建永泰抽水蓄能电站中控楼岩石开挖区的二次 CO2 破岩试验,可以得出如下结论:

(1)二氧化碳为无色、无味、无毒且不助燃气体,来源广泛,成本低廉,安全可靠,非国家严格管制的爆炸物品,无需特殊的审批审核;

(2)CO2 相变膨胀破岩过程整体属于物理过程,全过程中温度低、无火花、无毒害气体等,属于环境友好型物质;

(3)只要科学设计且合理施工,应用过程中能够确保微振动、无飞石、无冲击波破坏、微噪音等的危害效应;

(4)CO2 破岩效率高,速度快,可循环作业,不受时间限制,不需要进行特殊的大范围警戒,能够做为炸药爆炸破岩的有益补充。






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