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湖南军凯二氧化碳相变致裂破岩技术


一、公司简介

湖南军凯静爆科技有限公司成立于20163月,是一家由多名自主择业军转干部倡导成立,汇集来自国防科技大学、中南大学等高校多位高学历人才为核心技术骨干,以拥有矿山总承包和爆破双一级资质的湖南铁军工程建设有限公司为依托,专注于一站式岩石快速破碎技术研发和施工技术服务,是集科研培训、施工、机械设备租赁销售、工程技术服务与咨询于一体的国内一流高新技术企业,是长沙市开福区的重点军民融合企业。

二、二氧化碳相变致裂的技术背景

液态二氧化碳相变致裂器最初由英国公司在20世纪50年代开发研制,主要作为一种采煤器应用于高瓦斯矿井,以代替炸药,提高块煤率,避免瓦斯爆炸,获得了英国安全与健康理事会关于该设备为非爆品的认证。作为一种安全性高、使用方便的高效致裂装置,二氧化碳相变致裂器及其技术得到广泛推广应用。20世纪90年代引入中国,2015年随着反恐和安全管理的需要,炸药审批要求越来越严,二氧化碳相变致裂因成本和效率介于炸药和机械破岩之间,开始广泛应用于非煤矿山开采、石方开挖,我公司是国内首批在工程施工领域研发推广应用二氧化碳相变致裂技术的企业之一,也是经过多年的曲折坎坷发展后为数不多能够存活并焕发蓬勃新机的企业。

液态二氧化碳相变致裂技术的原理是将液态二氧化碳密闭在金属管(或高强塑料管)内,管内压强为8-10MPa,使用脉冲起爆器触发加热器产生大量热量,使液态二氧化碳瞬间气化体积扩大600倍,管道中压力急剧增大直到冲破定压剪切片(一次性管冲破管体),高压气体瞬间产生强大冲击力,沿岩体的自然裂隙或冲击导致的裂缝喷射,并将其推离主体,从而达到破岩的目的。致裂器串联连接,可实现多点同时定向致裂。

    当前,二氧化碳相变致裂主要有孔外充装重复致裂管技术(产品有38、51、73、90、108、127、186乃至200等多种型号),孔外充装一次性致裂管技术(产品主要有89*1000,89*1200,108*1200等型号),孔内充装一次性致裂管技术(产品主要有76*1200,89*1200,89*1500,114*1200等型号)。

 

 

 三、二氧化碳孔外充装重复管致裂技术

  致裂器由高强度的可以重复使用的金属管、充装阀、加热器、定压剪切片、卸能头等组成。

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1-充装阀;2-发热管;3-主管;4-密封垫;5-剪切片;6-泄能头

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配套设备主要是液态二氧化碳罐、二氧化碳灌装机、计量充气台、旋紧机等。

 

 

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优点:

    1)耗材成本低,施工中致裂管可以重复利用,所需的耗材为发热管、定压剪切片、电脚线 、液态二氧化碳。

     2)致裂管强度高,施工环节相对比较安全。

缺点:

     1)前期一次性投入大,单根重复管就要数千元。

     2)单管重达上百斤,对机械设备的依赖性大。

     3)遇有硬岩容易飞管,重复管容易变形损坏。

     4)致裂管需要现场组装,且每次放炮后要对致裂管进行清洗回收,施工准备环节比较繁琐费时。

四、孔外充气一次性致裂管技术

致裂器由5mm6mm的金属管、充装阀、加热器、吊环等组成,多采用工厂整体封装结构,工作时靠加热器电点火加热二氧化碳胀裂金属管对外做功。

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   主要配套设备由储液罐、充装机、充装架组成。

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    主要施工工艺:

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优点:  (1)单管重量轻,单根充装好89-1000型号管重约18kg,可以人工操作,避免了对起重设备的依赖。

     2)施工工艺简单,充装环节在工棚与钻孔同时进行,施工作业连贯性强,适合大规模开采,我公司采用单个深孔多管、多排多孔爆破技术,创下了单日破岩一万五千多方(日产四万吨)的生产记录。

缺点:

     1)充装后下管,人与待爆的致裂器接触环节多,存在一定的安全风险隐患,尤其是夏季高温作业。

     2)考虑到人与致裂器接触作业的安全性,对致裂管的质量、强度要求高,一般致裂管壁厚在5mm以上,二氧化碳充装量小,施工成本较高。

    (3)因电引脚线扯断后的哑炮处理困难,存在一定的安全隐患。

、二氧化碳孔内充装一次性管相变致裂技术

孔内充装二氧化碳相变致裂技术是我公司经过多年技术经验积累,自主研发真正实现二氧化碳相变致裂本质安全的施工方式,致裂器采用工厂整体封装结构,由主体储液管、带单向阀的充气头、发热管组成,整体结构简单,密闭性好,施工安全可靠。主要有89-150089-1200114-1200三种型号,已成功应用于矿山开采、洞井、西藏阿里边防公路 

 

 

 

    二氧化碳孔内充装相变致裂技术相关配套设备与原有设备兼容,只需要储液罐、充装机即可,工地无三相电源时需配备三相发电机。

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主要施工工艺

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优点:

    1)施工本质安全,全程施工人与待爆状态致裂器无直接接触。

     2)在同外形尺寸下,孔内充装的致裂管管壁可以做到3mm,重量变轻,单管重量小于13.5公斤,材料成本降低,施工劳动强度降低,充装容量更大,使用时爆炸威力更大,施工经济性更好。

     3)致裂器可以边钻孔边下管,埋管后可以根据现场天候和施工需要,等待多天以后起爆,可以用水泥形成有效封堵,避免了劳动作业密集,同样产量条件下可以节省劳动力配备。

     4)充装系统与原有二氧化碳充装设备兼容,现有二氧化碳充装设备只需要更换充装管道连接头,车载后可机动,充装管道可以延伸60米至100米充装,能够适应复杂地形工况的充装需要,避免对现场甲方机械设备的依赖,单管10公斤二氧化碳充装时间2分钟。与原有产品相当,配备充装系统和大型二氧化碳罐车,可以适应大型矿山和石方工程每天上万吨的产量需求。

5)埋管后经检测合格后充装二氧化碳,极大地降低了哑炮的产生概率。

缺点:

(1)二氧化碳充装工艺在作业现场,户外作业时间延长。

(2)需要将近1吨重的气罐反复运至作业现场,充装作业受施工现场交通条件的限制较大。