Substituto explosivo de alta qualidade, sistema de jateamento de rochas de O2 e sistema de jateamento de rochas de CO2

Em projetos onde o uso de explosivos civis é proibido, a explosão com oxigênio líquido, o expansor (britador estático) e o desmonte de rochas com dióxido de carbono (CO₂) são tecnologias alternativas comumente utilizadas. A seguir, uma explicação detalhada dos princípios, procedimentos operacionais, indicadores técnicos e controles de segurança, combinados com cenários reais de aplicação de engenharia e especificações técnicas.

1. Tecnologia de jateamento de rochas com oxigênio líquido

1. Princípio e cenários aplicáveis: O detonador de rochas com oxigênio líquido baseia-se nas características de rápida oxidação e liberação de calor após a mistura de oxigênio líquido (-183°C) com combustíveis (como pó de carbono, cavacos de madeira e fios de algodão). Quando a mistura é inflamada por um detonador ou dispositivo de ignição elétrica, o oxigênio líquido vaporiza e expande instantaneamente (o volume aumenta cerca de 860 vezes), gerando uma onda de choque de alta pressão que esmaga a massa rochosa.

Cenários aplicáveis: britagem de rochas duras, mineração (especialmente adequado para minas com alto teor de gás, porque o oxigênio líquido em si não é inflamável e tem maior segurança).

2. Processo de operação

1. Projeto de perfuração: diâmetro do furo: 40–60 mm, profundidade do furo é 80%–90% da espessura da rocha.

Espaçamento entre furos e entre linhas: ajustado de acordo com a dureza da rocha, geralmente o espaçamento entre furos é de 0,8–1,2 m, o espaçamento entre linhas é de 0,6–1,0 m.

2. Preparação do saco explosivo: coloque os combustíveis (como pó de carbono) em sacos de pano antiestáticos, mergulhe-os em oxigênio líquido de acordo com a proporção de massa de oxigênio líquido para combustíveis 1:2–1:3, e o enchimento deve ser concluído em 5–10 minutos* (o oxigênio líquido é fácil de volatilizar e causar falhas).

3. Carregamento e detonação de explosivos: após o saco explosivo ser inserido no furo, ele é selado na boca do furo com lama amarela, e o tempo de atraso após a ignição do detonador é controlado em 20–30 ms.

4. Indicadores técnicos

Equilíbrio de oxigênio: é necessário garantir que os combustíveis e o oxigênio líquido reajam totalmente para evitar o acúmulo de oxigênio residual (o valor do equilíbrio de oxigênio deve ser próximo de 0). Velocidade de detonação: cerca de 200–300 m/s, menor que a dos explosivos (como a velocidade de detonação do TNT 6900 m/s), e a energia precisa ser compensada por furos densamente distribuídos. Limite de segurança: a concentração de oxigênio na área de trabalho precisa ser menor que 23% (atmosfera normal é 21%) para evitar incêndio causado por ambiente rico em oxigênio.

5. Riscos de segurança

Vazamento volátil: O vazamento de oxigênio líquido pode fazer com que a concentração local de oxigênio exceda o padrão, sendo necessário configurar um monitor de concentração de oxigênio em tempo real. Sensibilidade estática: Todas as ferramentas precisam ser tratadas com tratamento antiestático e os operadores precisam usar roupas antiestáticas. 2. Tecnologia de agente expansor (agente de esmagamento estático)

1. Princípio e cenários aplicáveis: O expansor é composto principalmente de óxido de cálcio (CaO), que reage com a água para formar hidróxido de cálcio e libera calor (fórmula de reação: CaO + H₂O → Ca(OH)₂ + 65 kJ/mol), expande-se de 3 a 4 vezes em volume, gera uma pressão de expansão de 30 a 50 MPa e fissura lentamente a massa rochosa. Cenários aplicáveis: demolição de edifícios urbanos, projetos de proteção de relíquias culturais e esmagamento estático de estruturas de concreto. 2. Processo de operação

1. Parâmetros de perfuração: diâmetro do furo: 38–42 mm, profundidade do furo é 80% da espessura do componente.

Espaçamento dos furos: 8–10 vezes o diâmetro do furo (por exemplo, diâmetro do furo de 40 mm, espaçamento dos furos de 320–400 mm).

2. Preparação da pasta: relação água-cimento 0,28–0,33 (por exemplo, o rompedor tipo HSCA-III requer 30–33% de água), mexer até obter uma pasta uniforme.

3. Preenchimento e reação do furo: a lama é despejada até 90% da profundidade do furo, e a boca do furo é selada com um pano úmido para evitar a evaporação da água. Tempo de reação: 2 a 4 horas no verão, 6 a 8 horas no inverno (o tempo de reação é estendido em 50% a cada 10 °C de queda de temperatura).

3. Indicadores técnicos

Pressão de expansão: 30–50 MPa (correspondente à resistência à compressão do cimento de 30–50 MPa). Aumento da temperatura de reação: a temperatura da lama pode atingir 80–100 °C, o que precisa ser monitorado para evitar queimaduras. Proteção ambiental: o valor do pH é de 12–13, e os resíduos da lama precisam ser descartados após o tratamento de neutralização.

4. Otimização de eficiência

Assistência para furos pré-trincados: Faça furos-guia entre furos adjacentes para orientar a direção da expansão da fissura. Controle de temperatura: Use água morna a 40°C para misturar a pasta no inverno para encurtar o tempo de reação.

III. Tecnologia de detonação de rochas com CO₂

1. Princípio e cenários aplicáveis: O CO₂ líquido é armazenado em um tubo de aço de alta pressão (tubo de fratura), e a gaseificação é desencadeada por aquecimento elétrico (o volume líquido→gás se expande 600 vezes). Quando a pressão sobe para 300–400 MPa, ele rompe o disco de ruptura de pressão constante, e o gás de alta pressão é liberado pela cabeça de liberação de energia para impactar a massa rochosa.

Cenários aplicáveis: prevenção de explosão em minas subterrâneas de carvão, detonação de superfícies lisas em túneis e britagem precisa de massas rochosas perigosas.

2. Processo de operação

1. Conjunto de tubo de fraturamento: Encha com CO₂ líquido até 80% do volume do tubo (para evitar explosão por sobrepressão) e a pressão de enchimento é de 7–10 MPa.

2. Perfuração e layout: diâmetro do furo 90–110 mm, profundidade do furo 2–5 m, folga entre o diâmetro externo do tubo de fraturamento e o diâmetro do furo ≤5 mm (fixado com almofadas de borracha).

3. Controle de detonação: inicie o aquecedor, o CO₂ gaseifica e pressuriza até a pressão de ruptura definida (como 300 MPa) em 18 a 25 segundos.

4. Indicadores técnicos

Saída de energia: Um único tubo de CO₂ (1,5 kg) libera cerca de 1,5–2 MJ de energia, equivalente a 0,3–0,4 kg de TNT. Pressão de pico: A liberação de energia pode atingir 200–300 MPa instantaneamente, e a duração é de 2–5 ms. Redundância de segurança: O erro do disco de ruptura de pressão constante é de ±5%, e amostragem e testes são necessários para cada lote.

5. Especificações de segurança

Design antirretorno de chama: O tubo de fraturamento deve passar no teste de impacto GB/T 29910-2013. Distância de segurança: O operador deve estar a mais de 15 m de distância do tubo de fraturamento para evitar respingos e ferimentos.

IV. Pontos-chave da aplicação da engenharia

1. Monitoramento ambiental: a explosão de oxigênio líquido requer monitoramento em tempo real da concentração de oxigênio, e a explosão de CO₂ requer detecção da concentração de CO₂ na área de operação (limite ≤5000 ppm).

2. Projeto personalizado: Para massa rochosa estratificada, o espaçamento dos furos precisa ser reduzido em 20%–30%; estruturas de concreto precisam evitar barras de aço ao perfurar furos.

3. Plano de emergência: inicie o sistema de reposição de nitrogênio quando houver vazamento de oxigênio líquido e ative a válvula de alívio de pressão hidráulica quando o tubo de fratura de CO₂ estiver preso.