用于非爆破开挖岩石的致裂孔内固态二氧化碳的装药方法与流程

本发明涉及爆破施工、岩石致裂技术领域，具体涉及用于非爆破开挖岩石的致裂孔内固态二氧化碳的装药方法。

背景技术：

固态二氧化碳岩石致裂方法在大型城市核心区开挖施工中使用频繁，最初业内常采用液态二氧化碳破岩装置进行破岩，但因其配套器械复杂，破岩管运输不便，钻孔孔径大等原因没有得到推广。

目前，提出了采用固态二氧化碳代替液态二氧化碳的新思路。固态二氧化碳俗称“干冰”，其保存容易，运输便捷，受热膨胀后体积膨胀率相较液态二氧化碳更大，潜在破岩能力更好。但是，固态二氧化碳致裂技术属于全新的一种岩石致裂方法，其设计、施工都没有相应的规范和指导。目前常用的固态二氧化碳装药方式为致裂孔底部装药，这种装药模式有较大局限性，例如对于台阶高度不宜过大，因此单次破岩量较小。

由此可见，目前的固态二氧化碳装药方式存在单次破岩量小的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是目前的固态二氧化碳装药方式存在单次破岩量小的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供了一种用于非爆破开挖岩石的致裂孔内固态二氧化碳的装药方法，包括如下步骤:

步骤s1：确定现场单段固态二氧化碳完全气化并达到破岩水平的能量，

式中，ecar:固态二氧化碳爆炸时的能量kj，

p:固态二氧化碳爆炸后的瞬时压力mpa，

k:二氧化碳气体的绝热系数，

vcar:固态二氧化碳体积；

步骤s2：确定催化剂用量,包括如下子步骤：

步骤s21，使p>σt,根据式a，使p>σt,得出ecar数值,其中σt为爆裂岩体的抗拉强度；

步骤s22，确定催化剂的质量：

式中，eagt为单位体积的催化剂经激化后产生的热量(kj/kg)，可通过实验室试验进行测定；

步骤s3：根据计算出的固态二氧化碳破岩时所释放的能量ecar，以及所对应的催化剂用量mc，将单段固态二氧化碳和催化剂间隔放入岩体开孔内，用分段装药方式进行装药。

在另一个优选的实施例中，步骤s3具体包括以下步骤：

步骤s31，先将包装好的单段固态二氧化碳放进岩体开孔内，用木杆压实，然后放入带导线的催化剂，用木杆压实；根据工程情况，填入细砂石，

步骤s32，再放入第二段固态二氧化碳，并配合木杆压实，然后放入第二段带导线的催化剂，压实；

步骤s33，回填细砂石至距离孔口端10cm的高度；

步骤s34，将导线穿过带孔的木质堵孔塞后，将堵孔塞放入到岩体开孔上，并用木槌将堵孔塞击实，使堵孔塞与岩壁产生挤压。

在另一个优选的实施例中，步骤s32中，先进行空气隔离，再放入第二段固态二氧化碳。

本发明，采用类比法，将固态二氧化碳完全气化的能量等效成爆破的标准tnt当量，之后借助现有的炸药爆破分段装药参数取值进行选取，步骤明了，操作可行，优化了固态二氧化碳破岩装药结构，增加台阶高度，突破了现有装药方式的局限，能有效增大单次破岩量，提高破岩效率。

附图说明

图1为本发明采用单段装药的结构示意图；

图2为本发明采用多段装药的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于非爆破开挖岩石的致裂孔内固态二氧化碳的装药方法，下面结合具体实施例和说明书附图对本发明予以详细说明。

本发明提供的用于非爆破开挖岩石的致裂孔内固态二氧化碳的装药方法包括如下步骤:

步骤s1：确定现场单段固态二氧化碳完全气化并达到破岩水平的能量，

式中，ecar:固态二氧化碳爆炸时的能量kj，

p:固态二氧化碳爆炸后的瞬时压力mpa，

k:二氧化碳气体的绝热系数，

vcar:固态二氧化碳体积；

步骤s2：确定催化剂用量,包括如下子步骤：

步骤s21，使p>σt,根据式a,得出ecar数值,其中σt为爆裂岩体的抗拉强度。

步骤s22，确定催化剂2的质量：

式中，eagt为单位体积的催化剂2经激化后产生的热量(kj/kg)，可通过实验室试验进行测定。

步骤s3：根据计算出的固态二氧化碳破岩时所释放的能量ecar，以及所对应的催化剂2的用量mc，将单段固态二氧化碳1和催化剂2间隔放入岩体开孔内，用多段装药方式进行装药。

本发明，是通过物质相变能量转化关系，对现场的固态二氧化碳1以及催化剂2的参数进行确定，再算出固态二氧化碳1完全气化并达到一定温度的能量，然后根据炸药爆破手段来有针对性地进行较为复杂的固态二氧化碳1装药方法制定。目前市场上的二氧化碳破岩技术尚处于起步阶段，设计、施工、安全规范处于空白，鉴于上述情况，本发明对固态二氧化碳1致裂方法，可有效提高生产效益，并提供指导性的设计参考。

优选的，如图1和图2所示，步骤s3具体包括以下步骤：

步骤s31，先将包装好的单段固态二氧化碳1放进岩体开孔内，用木杆压实，然后放入带导线31的催化剂2，用木杆压实；根据工程情况，填入细砂石3；

步骤s32，再放入第二段固态二氧化碳1，并配合木杆压实，然后放入第二段带导线31的催化剂2，压实；

步骤s33，回填细砂石3至距离孔口端10cm的高度；

步骤s34，将导线31穿过带孔的木质堵孔塞4后，将堵孔塞4放入到岩体开孔上，并用木槌将堵孔塞4击实，使堵孔塞4与岩壁产生挤压。

进一步优选的，步骤s32中，先进行空气隔离，形成空气隔离段5，再放入第二段固态二氧化碳1，空气间隔能够将固态二氧化碳1分散装药，又能提供一定的破岩介质，能够达到分散装药、提高破岩效率和破岩效果的作用。

本发明，采用类比法，将固态二氧化碳完全气化的能量等效成爆破的标准tnt当量，之后借助现有的炸药爆破分段装药参数取值进行选取，步骤明了，操作可行，优化了固态二氧化碳破岩装药结构，增加台阶高度，突破了现有装药方式的局限，能有效增大单次破岩量，提高破岩效率。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。