一种石方静态破碎结构的制作方法

本实用新型涉及一种石方静态破碎结构。

背景技术：

土石方爆破指的是在道路、桥梁、矿山、隧道、水利水电、场平、基坑、孔桩、管道沟等工程施工中，使用爆破材料对土石方进行爆破，以达到开挖的目的的一种广泛应用的施工方法。现有技术中采用爆破石方的施工工艺复杂，工期长，且产生粉尘量大。

以上不足，有待改善。

技术实现要素：

为了克服现有的技术的不足,本实用新型提供一种石方静态破碎结构。

本实用新型技术方案如下所述：

一种石方静态破碎结构，包括工作面，所述工作面内设有气爆区和保护层，所述保护层设于所述气爆区的端部，所述气爆区内设有炮孔，所述炮孔内设有膨胀管和提拉管，所述提拉管连接震动电机，所述膨胀管连接起爆器，所述起爆器连接电源。

进一步地，所述膨胀管内设有加热器和液态二氧化碳，所述膨胀管的一端设有充放气阀，所述膨胀管的另一端连接所述起爆器的接线头，所述接线头连接所述加热器的电极。

进一步地，所述膨胀管还包括破裂片，所述破裂片设于所述充放气阀与所述膨胀管之间。

进一步地，所述膨胀管还包括密封圈，所述密封圈设于所述破裂片与所述膨胀管之间。

进一步地，所述密封圈为铜垫片。

进一步地，所述炮孔内设有两根膨胀管。

进一步地，所述炮孔的孔径大于所述膨胀管的孔径。

进一步地，所述炮孔为垂直孔。

进一步地，所述炮孔为斜孔。

进一步地，所述炮孔的上端还设有提升杆。

根据上述方案的本实用新型，其有益效果在于，本实用新型采用二氧化碳气体膨胀致裂施工技术，结合柱式分裂机、膨胀剂、破碎锤等多种静态破碎手段进行破碎岩石，并采用阶梯爆破的方式，可在确保施工安全、质量的前提下大幅提高施工效率，出渣速度快，同时缩短工期；本实用新型操作简单，作业全程无震荡、无粉尘；膨胀管能进行回收，节约成本，保护环境。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图一。

图2为本实用新型的结构示意图二。

图3为本实用新型的膨胀管结构示意图。

在图中，附图标记如下：

1-工作面；11-气爆区；12-保护层；111-炮孔；

2-膨胀管；21-加热器；22-液态二氧化碳；23-充放气阀；24-接线头；25-破裂片；26- 密封圈。

具体实施方式

下面结合附图以及实施方式对本实用新型进行进一步的描述：

如图1至图3所示，一种石方静态破碎结构，包括工作面1，工作面1内设有气爆区11 和保护层12，保护层12设于气爆区11的端部，气爆区11内设有炮孔111，炮孔111内设有膨胀管2和提拉管，提拉管连接震动电机，膨胀管2连接起爆器，起爆器连接电源。

在提拉管上安装好震动电机，通电后向炮孔111内缓慢倾倒石米或黄沙进行炮孔111填塞，填塞材料用干燥细石粉或者黄沙之类，以增强其摩擦力；用钢丝将黄沙引入孔内，并将其填塞密实；边填塞边用振动电机振捣，注意振捣方向，保护好相关线路，确保振捣密实。

膨胀管2内设有加热器21和液态二氧化碳22，膨胀管2的一端设有充放气阀23，膨胀管2的另一端连接起爆器的接线头24，起爆器的接线头24连接加热器21的电极。

膨胀管2还包括破裂片25，破裂片25设于充放气阀23与膨胀管2之间。

膨胀管2还包括密封圈26，密封圈26设于破裂片25与膨胀管2之间。在本实施例中，密封圈26为铜垫片。

在本实施例中，炮孔111内设有两根膨胀管2。膨胀管2的长度为1m。

炮孔111深度为3～5m。保护层12的宽度为1.5～2m。根据该工程开挖要求，结合该工程保护对象的实际情况和岩石性质，采用气体膨胀开挖，基坑周边采用预留1.5～2米保护层 12，每循环掘进深度5m以内。深埋的方式可更加有效的抑制膨胀制裂作业的噪音。

炮孔111的孔径大于膨胀管2的孔径。在本实施例中，炮孔111孔径为90mm，膨胀管2 的孔径为73mm。

炮孔111为垂直孔或斜孔。条件允许时尽量采用垂直孔，优点是钻孔操作较容易，便于装管；斜孔开裂的优点是能量分布较为合理，延伸孔长度的最小抵抗线相等或近于相等，有利于消除根底和获得均匀的能量释放。

炮孔111的上端还设有提升杆。将爆破后的膨胀管2用提拉管提出炮孔111，进行回收。提拉管提升方向应与提升杆方向一致。

在炮孔111部位覆盖两层防爆毯，可有效控制破碎飞散物及扬尘。

一种石方静态破碎结构的施工工法，包括以下步骤：

步骤一、施工准备：开挖工作面1；

基坑横断面开设两个或多个工作面1，进行气爆施工，开挖形成气爆小台阶创造侧向自由面。在本实施例中，沿23.1米宽基坑横断面开设两个开挖工作面1，进行气爆施工，开挖形成气爆小台阶创造侧向自由面，工作面台阶高3m，宽约11.5m。

步骤二、钻设炮孔111：在开挖的工作面1钻设炮孔，炮孔111为垂直孔或斜孔；

条件允许时尽量采用垂直孔，钻孔操作较容易，便于装管；斜孔开裂的能量分布较为合理，延伸孔长度的最小抵抗线相等或近于相等，有利于消除根底和获得均匀的能量释放。

步骤三、炮孔1装管：利用专用工具依次向炮孔1内装填膨胀管2，每个炮孔1装有两根膨胀管2和提拉管；

装填时一定要避免提升工具损伤发热管的电线连接，遇水孔时，装填前需用风机将炮孔中的积水吹出，并对膨胀管2做防水处理。

步骤四、炮孔111填塞：在提拉管上安装震动电机，通电后向炮孔111内缓慢倾倒石米或黄沙进行炮孔111填塞；

填塞材料用干燥细石粉或者黄沙之类，以增强其摩擦力；用钢丝将石米或黄沙引入炮孔内，并将炮孔111填塞密实；在填塞石米或黄沙的同时用振动电机延一定方向振捣，确保振捣密实，并保护好相关线路。

步骤五、起爆网路连接：将炮孔进行分区连接；

将炮孔111进行合理分区，以减少整个导电网路的电阻值，分区时要注意各个支路的电阻平衡，保证每个开裂器获得相同的电流值；在网路连接过程中，应利用电工用万用表检测网路电阻，网路连接完毕后，必须对网络所测电阻值与计算值进行比较；如果差别较大，应查明原因，排除故障，重新连接；网路连接的接头应用高质量绝缘胶布缠紧，保证连接可靠。

步骤六、起爆：将膨胀管2与起爆器相连，通过起爆器进行起爆；

采用高能起爆器起爆；起爆前，首先检查起爆器是否完好正常，起爆器应及时充电，且起爆器应能够提供足够电能；在连接主线前必须对网路电阻进行检测，警戒完成后，再次测量网路电阻值，确定正常后，才能将主线与起爆器连接；然后等待起爆命令；起爆后，及时切断电源，将主线与起爆器分离。

步骤七、爆后检查：爆后由工程技术人员先对爆破现场进行检查，在检查完毕确认安全后，发出解除警戒信号，允许工作人员进入施工现场。

爆后检查内容包括：爆破堆是否稳定；有无危坡或危石或滚石；有无超范围塌陷；最重要的保护对象是否安全。

步骤八、提管：将爆破后的膨胀管2用提拉管提出炮孔111，并将膨胀管2回收。

提拉管提升方向应与提升杆方向一致；当提升杆不能提出，需对岩石进行二次破碎。

二次岩石破碎：在开裂过程中，不可避免的会产生一定数量的大块岩石，而这些大块岩石超过了生产要求规格或挖装机械的铲斗容量时，必须对这些大块岩石进行二次破碎。可采用机械破碎法，利用液压冲击锤(俗称破碎锤)对大块岩石进行二次破碎。液压破碎锤是一种非常重要的高效作业的新型的破碎工具，安全性能好，基本无飞石。

气体膨胀爆破基本原理及特点：

二氧化碳膨胀致裂系统的主要组件是由多根进口的高强度可重复使用的膨胀管充满液态二氧化碳22、加热器21、充放气阀23、点火电路连接组件，以及其他连接辅助组件组成。通过加热器21加热使液态二氧化碳23瞬间气化，释放高压气体能量，破裂目标材料。每次使用后可以装填新的加热器21、充放气阀23，充装液态二氧化碳22再次使用。

在本实施例中，气体膨胀作业的打孔孔径为90mm，膨胀管2外径73mm,管长1000mm，膨胀深度一般不超过5000mm。高压管在孔外的一端设有充放气阀23，另一端安设与起爆器连接的接线头24。管内装有液体二氧化碳22和加热器21，加热器21的电极与高能起爆器连线头连接。

纯度为99.9％的工业二氧化碳气体在一定的低温高压条件下可转变为液态，通过高压泵将液态二氧化碳22压缩至膨胀管2内，膨胀管2内装入安全膜、破裂片25、加热器21和密封圈26，拧紧合金帽即完成了膨胀前的准备工作。将膨胀管2和起爆器及电源线携至岩石分裂作业现场，把膨胀管2插入炮孔111中固定好，连接起爆器及电源。当微电流通过高导热棒，产生高温击穿安全膜，瞬间将液态二氧化碳22气化，气体急剧膨胀600倍体积，压力可高达300Mpa，可致充放气阀23自动打开，被膨胀物品或堆积物受剧烈高压向外迅猛推进使得岩石分裂。

整个作业过程从点燃至结束只需0.4毫秒，因采用密闭液体二氧化碳22的形式，并在瞬间及气化释放，与周围环境的液体，气体不相融合，也不会产生任何有害气体，不产生电弧和电火花，不受高温、高热、高湿、高寒影响。作业全程无震荡，无粉尘。

二氧化碳属于惰性气体非易燃易爆物质，膨胀过程就是体积膨胀的过程，气体膨胀是一种物理做功而非化学反应，非火工作业，无需办理施工相关手续；群工协调工作强度最小；安全性高，振动极小(比挖掘机硬打破碎的振动还小)、无噪声、空气冲击波超压值/MPa<0.002，对人体与建构筑物无伤害，以上可在秒内瞬间消失；环保，纯物理变化，作业无冲击波，不产生有害气体；可以有效分裂整体岩石，碎石效率高。

破碎方案的确定：

根据施工现场条件，在确保施工安全的前提下，需尽力提高施工效率，因此在本实施例中采用二氧化碳气体膨胀致裂施工技术为主、膨胀剂、破碎锤等多种静爆手段为辅的综合静力爆破技术方案。针对岩石区域，主要采用二氧化碳气体膨胀致裂施工技术，相应做好安全防护，可大大提高施工效率。同时配合使用破碎锤完成工作面清理或二次破碎等作业。另外，针对不同边坡和作业平台条件，可采用如下具体方案：

(1)低陡边坡、不具备潜孔台车作业条件时，利用炮机，按施工图设计要求边坡要素削坡成型。

(2)高陡边坡不具备潜孔台车作业条件时，将边坡划分成2个部分，上台阶利用炮机，按施工图设计要求要求边坡要素削坡成型，并修筑平台，为台车提供作业平台，在作业平台用潜孔台车往下台阶凿竖向深孔，采用二氧化碳致裂技术进行岩石破除。对周边环境、安全要求高的条件下可采用膨胀剂静态破碎或柱式分裂机劈裂。

(3)满足台车作业条件的地段，直接用潜孔台车钻凿竖向孔，采用二氧化碳致裂技术进行岩石破除。对周边环境、安全要求高的条件下可采用膨胀剂静态破碎。

气爆总体方案：

根据该工程开挖要求，结合该工程保护对象的实际情况和岩石性质，采用气体膨胀开挖，基坑周边采用预留1.5～2m保护层，每循环掘进深度5m以内。方法采用以深埋松动膨胀破碎为主，在未形成临空面前，采用破碎锤结合柱式分裂机清出工作面。破碎施工根据甲方要求的方向推进。

膨胀剂：

采用膨胀剂致裂技术，无振动、噪音等不良效应，不会产生飞石等安全隐患，适用孔深较大，但适用孔距小，操作相对复杂、需人工较多，化学反应时间较长，施工效率相对柱式分裂机而言要低。主要适用于爆破区域内施工场地不适宜于钻孔机械作业或气爆施工的部位。

操作步骤：

1、操作前准备：首先确定当地气温、药剂温度、拌合水温度、岩土温度、容器温度是否与要求相符号检查药剂包装是否破损。操作前请确定已准备好以下标料物品：(1)、药剂。 (2)、洁净拌和水。(3)、盛水桶、拌和盆和水瓢。(4)、捅棍(水平灌装)。(5)、防护眼镜。 (6)、橡胶手套。(7)、备用洁净水和毛巾。

1.1、设计布眼：

布眼前首先要确定至少有一个以个临空面(自由面)钻孔方向应尽可能做到与临空面(自由面)平行；切割岩石或混凝土时同一排钻孔应尽可能保持在一个平面上。临空面(自由面) 越多，单位破石量就越大，经济效益也更高。根据实际情况，在本实施例中，拟采用膨胀剂施工主要参数如下：

1)孔径，d＝38～42mm

2)台阶高度，H＝1.0～3.0m

3)最小抵抗线，W＝0.3～0.6m；

4)孔距，a＝0.2～0.5m；

5)孔深，L＝1.0～3.0m；

现场施工时，根据岩石性质的变化、施工效果等进行调整和优化。

1.2、钻孔：

(1)钻孔直径与破碎效果有直接关系，钻孔过小，不利于药剂充分发挥效力；钻孔太大，易冲孔。推荐用直径为38-42mm的钻头。

(2)钻孔内余水和余渣应用高压风吹洗干净，孔口旁应干净无土石渣。

1.3、装药：

(1)向下和向下倾斜的眼孔，可在药剂中加入22-32％(重量比)左右的水(具体加水量由颗粒大小决定)拌成流质状态(糊状)后，迅速倒入孔内并确保药剂在孔内处于密实状态。用药卷装填钻孔时，应逐条捅实。粗颗粒药剂水灰比调节到0.22-0.25时静态破碎剂的流动性较好，细粉末药剂水灰比在32％左右时流动性较好，也可以不通过捅实过程。向下灌装捣实较方便，如施工条件允许，推荐采用“由上到下，分层破碎”的施工方式，方便工人操作。

(2)水平方向和向上方向的钻孔，可用比钻孔直径略小的高强长纤维纸袋装入药剂，按一个操作循环所需要的药卷数量，放在盆中，倒入洁净水完全浸泡，30-50秒左右药卷充分湿润、完全不冒气泡时，取出_药卷从孔底开始逐条装入并捅紧，密实地装填到孔口。即“集中浸泡，充分浸透，逐条装入，分别捣实”。也可将药剂拌和后用灰浆泵压入，孔口留五厘米用黄泥封堵保证水分药剂不流出。

(3)岩石刚开裂后，可向裂缝中加水，支持药剂持续反应，可获得更好效果。

(4)每次装填药剂，都要观察确定a、岩石；b、药剂；c、拌和水的温度是不是符合要求。灌装过程中，己经开始发生化学反应的药剂(表现开始冒气和温度快速上升)不允许装入孔内。从药剂加入拌合水到灌装结束，这个过程的时间不能超过五分钟。

1.4、药剂反应时间的控制：

药剂反应的快慢与温度有直接的关系，温度越高，反应时间越快，反之则慢。实际操作中，控制药剂反应时间太快的方法有两种，一种是在拌合水中加入抑制剂。另一种方法是严格控制拌和水、干粉药剂和岩石(或混凝土)的温度。夏季气温较高，破碎前应对被破碎物遮挡，药剂存放低温处，避免曝晒。将拌合水温度控制在15℃以下。

药剂(卷)反应时间过快易发生冲孔伤人事故，同时也影响施工效果，增加了施工成本。为防止事故，除了采取必要的安全措施外，还可用专配的延缓反应时间的抑制剂。抑制剂放入浸泡药剂(卷)的拌和水中。加入量为拌合水的0.5％—6％。温度越高，加入量越多，反之则少。冬季气温较低，药剂反应时间会相应延长，给施工带来不便，一般解决办法是加入促发剂和提高拌和水温度。促发剂加入过多，也会降低药剂膨胀力。拌和水温可根据实际适当提高，但最高不可超过50℃，(否则可能太快冲孔)。反应时间一般控制在30-60分钟较好，条件较好的施工现场可根据实际情况缩短反应时间，以利于施工。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

上面结合附图对本实用新型专利进行了示例性的描述，显然本实用新型专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围内。