无声破碎材料在复杂厂区内岩体开挖中的应用

李 松，周 旭，杨陆海，林 强

（陕西煎茶岭镍业有限公司， 陕西汉中市 724308）

无声破碎材料在复杂厂区内岩体开挖中的应用

李 松，周 旭，杨陆海，林 强

（陕西煎茶岭镍业有限公司， 陕西汉中市 724308）

摘 要：煎茶岭镍矿在950m平硐外部西侧山体修建候车站台时，因受周边环境影响，采用工业炸药爆破开辟站台位置施工难度大、安全风险高。为了确保地表设施的安全，煎茶岭镍矿采用无声破碎材料进行预裂破碎，将破碎剂与水按一定比例混合成为浆体注入事先钻凿好的炮孔内，利用破碎材料对孔壁的膨胀压力，实现岩体按照预定的轮廓面破碎，最终形成了理想的开挖面，成功解决了复杂工业厂区建筑岩体基础开挖的难题。

关键词：无声破碎剂；复杂厂区；岩体开挖

1 工程概况

煎茶岭镍业有限公司950m地表候车站台主要是为去往950平硐内主副井的人员候车而设的。该矿区地表地形复杂，候车站台选址靠近山体，需对长约34.2m，高度1.8m、厚度3.5m的山体岩石进行爆破开挖，开挖方量超过200m3。因矿区工业设施集中，候车站位置正上方有高压线通过，附近30m有选场破碎车间、保安值班室、电器维修车间、矿灯房、矿山急救站、加油站等设施，采用工业炸药进行施爆难度较大。为了避免爆破作业产生的震波、飞石、噪音等危害，研究采用了无声破碎剂进行岩体破碎。

2 无声破碎原理

无声破碎剂是一种粉末状破碎材料，根据环境温度不同，有SCA-1（25℃～40℃）、SCA-2（10℃～25℃）、SCA-3（-5℃～10℃）三种型号可供选择；工程上主要用于岩石或混凝土构筑物的破碎，其遇水发生水化反应可产生约30～100mPa的膨胀压力，且随反应时间延长和周围温度升高而增大。施工时，通过在岩体或构筑物上钻凿药孔，将破碎剂与水混合拌制成浆体注入钻孔，在1～2 h内破碎剂水化膨胀的强大压力作用于孔壁，对孔壁产生径向压缩和切向拉伸应力，因岩体或混凝土结构抗拉强度小（岩石抗拉强度一般为4～10mPa，最高强度C80的混凝土结构其抗拉强度为抗压强度的 1/10～1/20），容易沿钻孔切向方向破裂成缝，相邻钻孔间距适当就可实现缝隙贯通，形成较为平整的开挖面，可控性好，操作简单，可避免炸药爆破产生的诸多爆破危害，经济高效，在复杂环境条件下是工业炸药的理想替代产品。

3 无声破碎剂的应用实例

3.1破碎剂因素分析

（1）浆体浓度。无声破碎剂的膨胀压力随着浆体浓度的增大而增大，在破碎硬度较大和完整性较好的岩石时，需要采用高浓度药剂浆体，但浓度过大、水用量不足会造成药剂水化反应不完全，药剂利用率低下。工程上根据不同破碎结构体采用的浓度为30%～80%，甚至更大。

（2）反应时间。无声破碎剂水化反应膨胀压力随反应时间延长而增大，因此，在施工过程中，采取钻孔注药与破岩间隔8～12 h，时间越长岩石龟裂的效果越好，这样既保证岩石龟裂又可以进行下一道施工工序。

（3）环境温度。无声破碎剂根据环境温度高低有不同的具体型号可供选择。一般保证不喷孔的情况下，根据地表温度使用相同型号的产品，龟裂效果较好。

（4）钻孔直径。破碎剂膨胀压力是根据孔径大小来决定岩石龟裂时间，孔径越大，产生的膨胀压越大，开裂时间越短。因此在施工使用中在保证药剂不喷孔的情况下，采用大钎头打孔灌注破碎药剂。

（5）自由面。无声破碎剂反应区附近自由面越多，破碎效果越好。因此，在使用过程中应考虑人工方式预先创造多个自由面，以促进结构体的破碎，同时控制被破碎体破碎后的形状。

3.2施工技术设计应用

根据岩石面积和岩石结构采取上下分层式或者是行排距间隔分段式对施工作业场地岩石进行无声破碎，以最优的方式对大块岩石进行分解。根据施工开挖后裸露岩石的完整性情况设计钻孔位置、规格大小、间排距离、炮孔装药次数等，煎茶岭镍业公司950m地表候车站台工程需开挖的岩体为长条带状，总长度距离为34.2m，平均宽度3.5m，平均高度为1.8m左右，而且岩石炮孔深度在破碎剂膨胀压力范围内，可以采用行排距间隔式分段无声破碎。

根据岩石破碎的长度划分为两段进行布孔装药，炮孔布置如图1所示。

图1　炮孔布置

（1）采用YT28气腿式凿岩机配Φ42mm的钻头钻凿炮孔，炮孔垂直90°布置，炮孔间距400mm，排间距0.5m，深度1.8m。

（2）采用高压风管将炮孔的内部杂物和水吹刷干净，把药剂和水倒入桶内使用便携式搅拌机进行高速搅拌均匀，然后将搅拌均匀的药剂灌入钻孔内，无须采用其他物料堵塞。

（3）为了能使破碎剂发挥最大膨胀压力，提高岩石破碎效果，按照炮孔布置，先装前两排炮孔，根据每个炮孔的深度核定装药量系数，如1.8m深度炮孔的装药系数为0.88。

（4）将破碎好的岩石用挖掘机清理干净，然后继续进行下一个循环装药工序，每次装药的炮孔数量控制在两排炮孔内，这样有利于增加破碎药剂效力和提高岩石破碎效果。

3.3岩石破碎效果分析

破碎剂与水混合形成的浆体灌入岩体内随着时间的增加，岩石慢慢的静裂，膨胀压力逐步增大。

（1）浆体灌入炮孔内1 h后，破碎剂膨胀压力开始缓慢增大，这时岩石只发生微小变化。

（2）如图2所示，浆体灌入炮孔内6～8 h后，破碎剂膨胀压力将岩石裂开了一个很大沟槽，可以明显的看到岩石从一个完整的岩体上剥离。一般早上灌入破碎药剂为最佳时期，中午气温较高，破碎剂膨胀压力随时间的增长和温度的升高，岩石龟裂效果越好。

（3）如图3所示，使用破碎剂破碎岩体时岩面比较完整，不仅增加了岩石破碎后的美观度，而且岩石龟裂后块度较小，便于后续用挖掘机清理岩渣。

图2　微裂隙逐渐增大图

图3　破碎后最终边坡图

4 结 论

（1）无声破碎剂使用方法简单，可控制性好、效率高、安全性能高，在使用过程中无振动、无噪音、无飞石、无粉尘、无毒无害气体，在不具备工业炸药爆破的环境下，是建筑基础岩体开挖的理想破碎材料。

（2）在高温气候条件下，破碎剂膨胀压力性能更高，能充分发挥破碎剂在地表复杂环境中应用的效果，使岩石完全龟裂，破碎后可以采用机械化直接挖掘，提高了施工效率。

（3）采用破碎剂成功解决了复杂工业厂区内无法使用工业炸药爆破开挖的难题，避免周围其他设备及建筑物受到扰动，使破碎岩石面切割的比较平整光滑，安全性能较高。

参考文献：

［1]朱 辉.无声破碎剂在石方爆破施工中的应用［J］.山西建筑，2002，28（6）：55-56.

［2]吕密军.高效无声破碎剂在扩帮和基础开挖中的应用［J］.煤炭与化工，2014，37（8）：107-109.

［3]李 卓，许立昌，岳自飞.浅谈静态破碎技术在公路工程复杂环境中的应用［J］.四川水利发电，2015，34（4）：18-21.

［4]程月红，张厚斌.支撑下硬质岩非爆破开挖施工技术［J］.施工技术，2015，44（13）：80-83.

［5]姜 楠，徐全军，龙 源，等.大孔径静态破碎膨胀压力特性及布孔参数分析［J］.爆炸与冲击，2015，35（7）：467-472.

收稿日期：（2016-01-22）

作者简介：李 松（1983-），男，河南淮阳人，采矿工程师，现主要从事矿山采矿、充填等技术工作，Email：dearylh@163. com。