岩石无声破碎技术及应用方法

2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：无声破碎剂搅拌器具。填充无声破碎剂后的岩石发生龟裂后，可用撬棍、扁铁等撑开，根据破碎物体的块度大小，采用人工、吊车、铲车或其他机械搬运。其最大孔径应以无声破碎剂不发生喷出现象为前提。根据孤石的大小、形状和破碎块度，按图3118布置钻孔，自由面多时，可少用无声破碎剂。

（一）工作流程

岩石的无声破碎技术是将无声破碎剂（SCA）用水拌成浆体，填在岩石钻孔中，固化后经水化作用膨胀，在常温下可产生约为30MPa以上的膨胀压力，待10～24h，在无振动、无噪声、无飞石、无毒气的情况下，把整体岩石破碎。

岩石无声破碎设计与施工流程如图3 pagenumber_ebook=99,pagenumber_book=87 116所示。

图3 pagenumber_ebook=99,pagenumber_book=87 116　岩石无声破碎设计与施工流程图

（二）施工准备

1.现场勘查

岩石破碎设计与施工前应根据设计图纸和实地勘查，了解山体的地质构造、岩质、节理发育的状况（倾斜角度），岩石的抗压强度和抗拉强度。

2.机具准备

岩石无声破碎施工主要机具见表3 pagenumber_ebook=99,pagenumber_book=87 110。

表3 pagenumber_ebook=99,pagenumber_book=87 110　岩石无声破碎施工主要机具表

（1）钻孔机具。无声破碎钻孔与火药类爆破钻孔常规方法基本相同，除可用人工凿孔外，亦可用机械钻孔。主要机具有风镐、凿岩机、空压机、钻杆、钻头等。

（2）无声破碎剂搅拌器具。

1）搅拌容器：20L塑料桶或铁桶。

2）量水器：1000mL带刻度搪瓷量杯或玻璃量筒。

3）漏斗、水勺。

4）搅拌机：可用轻便式枪型手电钻改装，电钻转速200r/min，或400r/min。手持式搅拌机搅拌翅结构及尺寸：材料，φ8～φ10mm钢筋或同规格钢棒；外形为山字形（见图3 pagenumber_ebook=100,pagenumber_book=88 117）或其他形状。

图3 pagenumber_ebook=100,pagenumber_book=88 117　手持式搅拌机搅拌翅示意图

（3）填充器具。搅拌好的无声破碎剂（SCA）浆体，要在10min内填充到孔内，因为浆体流动性损失很快，长时间放置将会增加填充的困难，降低破碎效率。

1）填充垂直孔时，可用一般容器直接把无声破碎剂（SCA）浆体倒进去，填充至距孔口2cm左右为止；

2）填充水平孔、斜孔时，一般推荐用挤压式灰浆泵。当用量较小时，可用水灰比小的无声破碎剂（SCA）胶泥人工填充。

（4）养护器材。无声破碎剂在10℃以上施工，不用养护；在10℃以下施工，可用草席，油毡等覆盖保温，有条件的地方，可直接通入低压蒸气养护，也可用塑料薄膜覆盖保温养护，零度以下低温时，最好用电热法加温养护，以提高破碎效率，缩短岩石破碎开裂时间。

（5）清渣器具。填充无声破碎剂后的岩石发生龟裂后，可用撬棍、扁铁等撑开，根据破碎物体的块度大小，采用人工、吊车、铲车或其他机械搬运。

3.无声破碎剂型号选择

根据施工期间的气温或工作环境选择无声破碎剂型号，具体见表3 pagenumber_ebook=100,pagenumber_book=88 111。

表3 pagenumber_ebook=100,pagenumber_book=88 111　无声破碎剂型号和使用温度范围

（三）破碎参数设计计算

1.岩石破碎参数设计

（1）最小抵抗线W。最小抵抗线W（从破碎剂孔中心到临空面的最短距离）一般根据岩石的情况、节理、钻孔孔径和要求破碎的块度等因素来确定。

破碎软质岩石W=0.4～0.6m；

破碎中、硬质岩石W=0.3～0.5m；

切割岩石荒料W=1～2m。

（2）孔距a和排距b。要求岩石破碎块度较小时，W、a、b均取小值，相反，取大值。在切割石材荒料，或要求破碎成轮廓整齐的石料时，W应远大于a，参考如下：

破碎软质岩石a=0.4～0.6m；

破碎中、硬质岩石a=0.3～0.6m；

切割岩石荒料a=0.2～0.4m。

排距b应根据岩体的自由面多少决定，自由面多，b取较大值，自由面少，b取较小值。b一般小于a，一般为

式中　b——排距，m；

a——孔距，m。

（3）孔径D。孔径是决定破碎效率的重要因素，破碎岩石时，孔径不宜小于40mm，也不宜大于65mm。对于深孔破碎，孔径是否可以放宽，要通过试验确定。其最大孔径应以无声破碎剂不发生喷出现象为前提。

（4）孔深l。当设计破碎面为岩石的节理面或断裂面时，一般

式中　Hp——设计破碎高度，m；

l——孔深，m。

对于岩体节理不清楚，或在岩石中开挖渠道时，除创造人工自由面外，由于无声破碎剂对孔底部分破坏困难，孔深要比设计破碎高度大5%Hp（m），相反，对于孤石破碎，因它四面凌空，l可为Hp的80%左右。

（5）钻孔方向。钻孔方向应与岩石的节理方向互相垂直，其破碎效果最好。如岩石节理不清楚，则要在预破碎面上打水平孔或斜孔；再打垂直孔，分段切割或破碎。

（6）钻孔布置。

1）孤石。根据孤石的大小、形状和破碎块度，按图3 pagenumber_ebook=101,pagenumber_book=89 118布置钻孔，自由面多时，可少用无声破碎剂。

2）切割部分岩石。钻孔方向最好如图3 pagenumber_ebook=101,pagenumber_book=89 119所示，由下部切割。

图3 pagenumber_ebook=101,pagenumber_book=89 118　孤岩破碎

（a）小割；（b）四分割；（c）半割

图3 pagenumber_ebook=101,pagenumber_book=89 119　岩石部分切割

3）边坡破碎。有岩层（节理）情况下，钻孔方法如图3 pagenumber_ebook=101,pagenumber_book=89 120（a）；没有岩层（节理）时，如图3120（b）、图3120（c）所示虚线为预定破碎面。图中钻孔直径D为40～50mm，孔距a为0.4～0.6m，孔深l为（1.0～1.05）Hp，钻孔角度θ为80°～90°。

图3 pagenumber_ebook=102,pagenumber_book=90 120　岩石破碎

（a）有节理面；（b）无节理面；（c）无节理

4）岩石切割。岩石荒料的切割，在无节理面和节理面不清楚时，如图3 pagenumber_ebook=102,pagenumber_book=90 121（a）要在预定破碎面上钻水平孔、创造人工自由面，方可奏效。有节理情况下，钻孔方向要与节理垂直，如图3121（b）所示，近离自由面（ⅰ）较易裂开，远离自由面（ⅱ）较难开裂，应在1、2排孔先行填充无声破碎剂，经12～24h后，再灌3、4排，以此类推。图中钻孔直径D为30～40mm，孔距a为0.2～0.4m，孔深l为（1.0～1.05）Hp，钻孔角度θ为80°～90°。

图3 pagenumber_ebook=102,pagenumber_book=90 121　岩石切割

（a）无节理面；（b）有节理面

5）挖沟。因为有自由面才能产生裂纹，所以，岩石挖沟时首先需按图3 pagenumber_ebook=102,pagenumber_book=90 122（a）把芯部拔掉，形成两个自由面，再按图3122（b）钻孔破碎。图中钻孔直径D为40～50mm，孔距a为0.3～0.6m，孔深l为（1.0～1.05）Hp，钻孔角度θ为45°～60°。

图3 pagenumber_ebook=102,pagenumber_book=90 122　岩石挖沟

（a）拔掉芯部；（b）钻孔破碎

图3 pagenumber_ebook=102,pagenumber_book=90 123　水平挖掘

6）水平挖掘。钻孔角度θ在60°以下，开出新的人工自由面，才易破碎，如图3 pagenumber_ebook=102,pagenumber_book=90 1-23所示。

7）孔距与孔径的关系。在一般情况下，孔距与孔径之比为10倍左右，岩钻孔直径为40mm，孔距可为0.4m左右。

2.无坡破碎设计参考表（见表3 pagenumber_ebook=103,pagenumber_book=91 112）

表3 pagenumber_ebook=103,pagenumber_book=91 112　无声破碎设计参考表

（四）标孔与钻孔

1.标孔

（1）根据确定的破碎技术方案现场测定孔位。

（2）用红漆标明各孔具体位置，写明孔深及破碎剂用量。

（3）防止标错、漏标，核实检查标孔总数。

（4）标孔时，进一步核实最小抵抗线，使实际最小抵抗线与设计基本相符。

2.钻孔

可人工钻孔或机械钻孔，与爆破钻孔方法基本相同。

（五）无声破碎剂的用量计算

1.无声破碎剂使用量概算方法

根据试验测得无声破碎剂的密度和每立方米无声破碎剂浆体中无声破碎剂重量Qw。如表3 pagenumber_ebook=103,pagenumber_book=91 113。

表3 pagenumber_ebook=103,pagenumber_book=91 113　无声破碎剂的密度及浆体容量

2.无声破碎剂用量

无声破碎剂的用量为

式中　Q1——无声破碎剂理论用量，kg/m（l=1.0m时）；

r2——钻孔半径，m；

l——钻孔深度，m；

Qw——无声破碎剂浆体中无声破碎剂单位体积质量，kg/m3。

当钻孔直径不同和使用无声破碎剂型号不同时，可算出每米钻孔的无声破碎剂使用量，见表3 pagenumber_ebook=103,pagenumber_book=91 114。

表3 pagenumber_ebook=104,pagenumber_book=92 114　每米钻孔的无声破碎剂用量表　单位：kg/m

（六）无声破碎剂质量检查

无声破碎剂是用塑料袋包装的，由于现场没有专门测试膨胀的仪器，可用如下直观试验法鉴别：

取200g无声破碎剂与60mL水拌成浆体，灌入100mL玻璃瓶中，在产品对应使用温度下，经10～24h玻璃瓶破裂者，则此无声破碎剂没有失效，可继续使用。

（七）搅拌

（1）无声破碎剂每袋为5kg，加水量为无声破碎剂质量的30%～50%，每袋即加入1500～1700mL干净的水。加水量随气温和无声破碎剂型号不同，在上述范围内调整。无声破碎剂浆体以畅流入孔为准。不宜多加水，否则会降低破碎效果。

（2）搅拌时先把量好的水倒入桶中，再把无声破碎剂倒进去，随即开动手持式搅拌机拌至均匀，搅拌时间一般为40～60s。小型场合用人工搅拌时，要戴橡胶手套。

（3）残留在桶底的无声破碎剂结块要随时清理掉。无声破碎剂结块久置、会降低它的性能，不宜继续使用。

（4）在温度低于10℃时，用40℃的热水搅拌，以加快无声破碎剂的水化速度。

（八）填充

搅拌好的无声破碎剂浆体，要在10min以内用完，因为它的流动度损失较快，久置使填充困难，效率降低。

（1）对于垂直孔，可直接倾倒进去，如图3 pagenumber_ebook=104,pagenumber_book=92 124所示。图3124（a）填得过满，浪费材料；图3124（b）填充不密实，会降低破碎效果；图3124（c）孔口留下2cm左右空隙为好。

图3 pagenumber_ebook=104,pagenumber_book=92 124　无声破碎剂填充垂直孔示意图

（a）不良；（b）不良；（c）良好

图3 pagenumber_ebook=104,pagenumber_book=92 125　无声破碎剂填充水平孔和倾斜孔示意图

（a）用灰浆泵压进去；（b）用木、铁棒挤压进去
1—木棒或铁棒；2—软管

（2）对于斜孔或水平孔，可用挤压式灰浆泵压人孔中，为防止倒流出来，可用塞子堵口，如图3 pagenumber_ebook=105,pagenumber_book=93 125（a）所示。如无此设备，可用水灰比为0.25～0.28的水与无声破碎剂拌成稠浆，用手搓成条、塞入孔中，再用木棍捣压密实，如图3125（b）所示。

（3）向上孔的填充，可按图3 pagenumber_ebook=105,pagenumber_book=93 126所示，用灰浆泵压进去。

（4）水孔，如能把水抽走，可把水灰比0.28的无声破碎剂浆体填充进去。如水不能被抽走，可用灰浆泵把无声破碎剂浆体压入孔底部，把孔中水排挤出来，见图3 pagenumber_ebook=105,pagenumber_book=93 127（a），或者用比钻孔直径小一些的塑料套和塑料套填充下去，填满无声破碎剂后，把管子拔出来见图3127（b）。