李 松，周 旭，楊陸海，林 強

（陜西煎茶嶺鎳業(yè)有限公司， 陜西漢中市 724308）

無聲破碎材料在復(fù)雜廠區(qū)內(nèi)巖體開挖中的應(yīng)用

李 松，周 旭，楊陸海，林 強

（陜西煎茶嶺鎳業(yè)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(cè)山體修建候車站臺時，因受周邊環(huán)境影響，采用工業(yè)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(shè)施的安全，煎茶嶺鎳礦采用無聲破碎材料進行預(yù)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(nèi)，利用破碎材料對孔壁的膨脹壓力，實現(xiàn)巖體按照預(yù)定的輪廓面破碎，最終形成了理想的開挖面，成功解決了復(fù)雜工業(yè)廠區(qū)建筑巖體基礎(chǔ)開挖的難題。

關(guān)鍵詞：無聲破碎劑；復(fù)雜廠區(qū)；巖體開挖

1 工程概況

煎茶嶺鎳業(yè)有限公司950m地表候車站臺主要是為去往950平硐內(nèi)主副井的人員候車而設(shè)的。該礦區(qū)地表地形復(fù)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(qū)工業(yè)設(shè)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(shè)施，采用工業(yè)炸藥進行施爆難度較大。為了避免爆破作業(yè)產(chǎn)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(jù)環(huán)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(gòu)筑物的破碎，其遇水發(fā)生水化反應(yīng)可產(chǎn)生約30～100mPa的膨脹壓力，且隨反應(yīng)時間延長和周圍溫度升高而增大。施工時，通過在巖體或構(gòu)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(nèi)破碎劑水化膨脹的強大壓力作用于孔壁，對孔壁產(chǎn)生徑向壓縮和切向拉伸應(yīng)力，因巖體或混凝土結(jié)構(gòu)抗拉強度?。◣r石抗拉強度一般為4～10mPa，最高強度C80的混凝土結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(chǎn)生的諸多爆破危害，經(jīng)濟高效，在復(fù)雜環(huán)境條件下是工業(yè)炸藥的理想替代產(chǎn)品。

3 無聲破碎劑的應(yīng)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(yīng)不完全，藥劑利用率低下。工程上根據(jù)不同破碎結(jié)構(gòu)體采用的濃度為30%～80%，甚至更大。

（2）反應(yīng)時間。無聲破碎劑水化反應(yīng)膨脹壓力隨反應(yīng)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(huán)境溫度。無聲破碎劑根據(jù)環(huán)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(jù)地表溫度使用相同型號的產(chǎn)品，龜裂效果較好。

（4）鉆孔直徑。破碎劑膨脹壓力是根據(jù)孔徑大小來決定巖石龜裂時間，孔徑越大，產(chǎn)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(yīng)區(qū)附近自由面越多，破碎效果越好。因此，在使用過程中應(yīng)考慮人工方式預(yù)先創(chuàng)造多個自由面，以促進結(jié)構(gòu)體的破碎，同時控制被破碎體破碎后的形狀。

3.2施工技術(shù)設(shè)計應(yīng)用

根據(jù)巖石面積和巖石結(jié)構(gòu)采取上下分層式或者是行排距間隔分段式對施工作業(yè)場地巖石進行無聲破碎，以最優(yōu)的方式對大塊巖石進行分解。根據(jù)施工開挖后裸露巖石的完整性情況設(shè)計鉆孔位置、規(guī)格大小、間排距離、炮孔裝藥次數(shù)等，煎茶嶺鎳業(yè)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?guī)r石炮孔深度在破碎劑膨脹壓力范圍內(nèi)，可以采用行排距間隔式分段無聲破碎。

根據(jù)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(nèi)部雜物和水吹刷干凈，把藥劑和水倒入桶內(nèi)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(nèi)，無須采用其他物料堵塞。

（3）為了能使破碎劑發(fā)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(jù)每個炮孔的深度核定裝藥量系數(shù)，如1.8m深度炮孔的裝藥系數(shù)為0.88。

（4）將破碎好的巖石用挖掘機清理干凈，然后繼續(xù)進行下一個循環(huán)裝藥工序，每次裝藥的炮孔數(shù)量控制在兩排炮孔內(nèi)，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(nèi)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(nèi)1 h后，破碎劑膨脹壓力開始緩慢增大，這時巖石只發(fā)生微小變化。

（2）如圖2所示，漿體灌入炮孔內(nèi)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?guī)r石龜裂后塊度較小，便于后續(xù)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(jié) 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(yè)炸藥爆破的環(huán)境下，是建筑基礎(chǔ)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(fā)揮破碎劑在地表復(fù)雜環(huán)境中應(yīng)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(fù)雜工業(yè)廠區(qū)內(nèi)無法使用工業(yè)炸藥爆破開挖的難題，避免周圍其他設(shè)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。

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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(xiàn)主要從事礦山采礦、充填等技術(shù)工作，Email：dearylh@163. com。