北京龙德时代露天二氧化碳爆破方案.docx
《北京龙德时代露天二氧化碳爆破方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北京龙德时代露天二氧化碳爆破方案.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
北京龙德时代露天二氧化碳爆破方案
露天矿智能二氧化碳冷爆破作业
施工方案
北京龙德时代科技发展有限公司
北京龙德时代技术服务有限公司
2016年4月
一、二氧化碳冷爆破技术简介
众所周知，炸药爆破是重大特大事故发生的主要原因之一，炸药爆破引起的瓦斯爆炸煤尘爆炸事故占到这类事故的40%以上（还占全部煤矿瓦斯煤尘爆炸事故的30%以上），在爆破区域有瓦斯、积水、有地应力集中等情况下，爆破还能够引起瓦斯突出、甚至瓦斯爆炸，突水灾害（煤矿突水五分之一以上是爆破引起的），冲击地压等。
。
在其他领域，炸药爆破时，经常对周围的建筑、人员等形成极大破坏。
例如造成建筑物的坍塌，输电线路的破坏，直至人员生命的损失。
这是由炸药的特性所决定的，炸药爆炸过程是在极短的瞬间完成的，瞬间的化学反应产生强大的冲击力（1000Mpa-5000Mpa以上），这种冲击力，甚至在数公里以外，还能够形成强烈震动，达到“三级以上地震”的烈度。
从更长远来看，自从1864年，伟大的瑞典科学家诺贝尔发明成功炸药以来，人类战天斗地的能力获得了飞速的发展，随着一条条铁路的延伸，一座座城市的兴起，人类文明得到了空前的发展；然而，炸药同样是诺贝尔的遗憾，是人类的遗憾。
因为，炸药发明成功的那一刻，这种遗憾就出现了，当时，就炸死了诺贝尔的最小的弟弟和另外4名参入者，而从那时起，到今天2016年，总计152年的时间里，总计有数亿人（含战争）死于炸药！
这就是人类的遗憾！
诺贝尔奖的设立，我想就是诺贝尔的一个遗憾----
今天，我们终于可以说，这两个遗憾，可以准备结束了！
智能二氧化碳冷爆破系统的诞生了！
她具有炸药的优点，没有炸药的缺点！
这是人类技术进步的一个巨大飞跃！
从此，我们可以开始，在民用爆破领域，开始消灭炸药的危害!
龙德时代智能二氧化碳冷爆破，就不能引起此类灾害。
原因是，龙德时代二氧化碳冷爆破首先不是爆破，确切一点是“冷爆破”，因为原来的爆破这个概念是针对炸药爆破的。
冷爆破本身是一个吸热过程，没有高温产生，也就不能引爆瓦斯等可燃气体，造成事故。
同时，二氧化碳冷爆破过程，要长的多，达到数毫秒，甚至数十毫秒，瞬间的冲击力大概400Mpa左右。
因此，破碎同样的岩石，二氧化碳冷爆破是靠持续不断的作用力，靠耐力。
如果说炸药爆破是靠“瞬间爆发力”，智能二氧化碳冷爆破就是靠“持久耐力”。
因此，二氧化碳冷爆破的爆速只有3m/s左右，形成的对周围岩石、环境的扰动、冲击就小了很多很多。
根据试验结果，智能二氧化碳来开爆破点，短短几米之内，就没有破坏作用了。
二、二氧化碳冷爆破原理
二氧化碳冷爆破原理，就是利用液态二氧化碳在突然快速加热的条件下，急剧快速气化膨胀，产生强大冲击力的原理，通过适当的控制，造成爆破破岩的效果。
具体来讲，首先，采用充装机将液态的二氧化碳装入爆破管内（还要装入爆破片、加热器等），并将爆破管装入炮孔，对炮孔进行严密封闭；然后采用智能云安全发爆器激活爆破管里面的加热器，使液态二氧化碳在快速加热的条件下，急速膨胀1000-2000倍以上，强大的冲击力（200-400Mpa）,首先冲破爆破片，接着沿着设定的出气孔快速冲出，冲出后，由于爆破钻孔封闭，不能自由外泄，从而对周围的岩石产生冲击，产生破坏作用，形成破岩效果。
（如附图1）
附图1：
智能二氧化碳冷爆破系统原理示意图
三、二氧化碳冷爆破系统优势
二氧化碳冷爆破系统具有如下优势：
一）安全
安全是智能二氧化碳冷爆破的最大优势，表现在几个方面：
1、二氧化碳化学、物理特性优越，非常安全。
二氧化碳分子式是CO2，化学价已经稳定,不能再参加化学反应，是真正的惰性气体。
因此，在整个爆炸过程中，只是从二氧化碳到二氧化碳，没有有害物质产生。
有人说采用氮气，空气爆破也可以。
但是，与二氧化碳对比，这两种气体，无论从化学、物理特性还是从来源来讲，缺点都非常明显。
从化学方面来看，氮气化学价不稳定，例如爆炸时，还能够与氧气进行化学反应，生成一氧化氮、二氧化氮等有毒气体。
从物理角度来看，由于二氧化碳临界温度很高，二氧化碳液化难度比氮气、空气肯定容易得多（如附表），因此二氧化碳的运输储存就容易很多。
此外，二氧化碳是已经存在并储存的工业废气，其他其他需要制备，消耗能源。
附表1：
相关气体液化特性
气体
临界温度C°
临界压力MPa
备注
二氧化碳（CO2）
31.1
7.4
氧气（02）
-118.57
5.043
氮气（N2）
-147.05
3.39
2、生产、储存、运输中，绝对不会发生爆炸。
可燃液化气容易泄露，遇到火燃烧爆炸。
二氧化碳不能燃烧，如果泄漏，只能放气，由于放气吸收大量热，可能引起对周围的局部冷冻，不会爆炸。
当然，如果在封闭空间，放气，就可能使二氧化碳超标，造成窒息。
3、智能二氧化碳冷爆破是冷爆破，所谓“冷”就是二氧化碳冷爆破是液态变成气态的过程，因此吸收周围大量的热量，使周围环境变冷，不会引爆瓦斯、煤尘。
这一特性，尤其适用于瓦斯、煤尘等有爆炸气体和粉尘环境下的爆破作业，例如煤矿、油矿等等。
这是一个巨大的利好，全面应用，将使煤矿重大特大事故降低50%以上。
4、智能二氧化碳冷爆破产生的振动微弱，破坏力很小，对于保护建筑物，较少冲击地压诱发因素等非常有力。
智能二氧化碳冷爆破的爆速大大低于炸药雷管爆破，冲击力一般400Mpa,远远低于炸药爆破的1000-5000Mpa。
根据初步检测爆速3m/s左右，一般离开爆破点2-3米后，就基本没有破坏作用了。
5、爆破时不产生新的有害气体，与炸药爆破产生大量的一氧化碳等有害气体不同，二氧化碳冷爆破是物理反应过程，从二氧化碳到二氧化碳，在地面爆破完全没有危害，爆破，根据多个工程的检测，一米高度以上从来没有超标，巷道底板附近才有短时超标现象（正常通风）。
6、不能用于恐怖活动。
一方面因为二氧化碳不能燃烧，不能爆炸。
另一方面，二氧化碳冷爆破必须在封闭空间里才产生破坏作用，在开放的空间来，几乎不能产生破坏作用。
因此，不能用于恐怖爆炸案件。
因此，推广智能二氧化碳冷爆破，将对防恐反恐产生积极影响。
二）省心
省心是指用户省心，国家省心，全社会省心。
用户省心主要是因为，一是公安机关不监管。
这是由安全性决定的，因为二氧化碳非爆炸物品，非危化品，所以不是公安监管的对象。
二是质检部门不监管，这是因为，爆破管等，由于体积很小（小于500升），也非质检部门监管的压力容器。
三是，安全生产管理部门监管，也不可能像管理爆炸物品，危化品，或者压力容器一样严格。
四是，不用担心爆恐分子抢劫。
由于不能用二氧化碳制造爆恐案件。
因此，恐怖分子，不会去武装抢劫，杀人抢劫。
五是不用担心像炸药雷管丢失，盗失，可能造成的爆恐案件发生。
国家省心，社会省心，一是因为，不用担心因此造成的重大特大安全事故发生。
二是因为也不用担心因此造成的爆恐案件发生。
于此相反，智能二氧化碳冷爆破系统的应用，还能大大降低重大特大安全生产事故，大大降低爆恐案件的发生，大大降低反恐防恐的难度。
是国家将要大力提倡发展的行业。
三）环保
智能二氧化碳冷爆破对环保的贡献，主要表现如下方面：
一是，采用的是化工厂或者是燃煤燃油等电厂的废气，是废气的再利用。
二氧化碳是已经存在的物品，不用再消耗能源去生产，因此，不像炸药和其他气体生产会造成新的污染。
二是，二氧化碳冷爆破过程，不像炸药爆炸产生大量一氧化碳等有毒有害的气体，以及大量粉尘。
三是，爆炸的噪音很小，震动很小，基本没有噪音污染
四）智能
全程智能监控，全国全过程大数据监控-依托大数据、云计算和“互联网+”，实现每次爆破全程监控，优化方案，确保效益的不断提高。
智能爆破监控云系统解决能够实现功能如下：
1）远程监控分散的爆破施工，包括人员，时间，地点，用量，岩石，爆破参数，爆破效果等等。
可以实现，监管（管理）机关不同意就不能起爆，
2）监控爆破地点，爆破区域，是否在规定的区域，位置，实现不在规定的地点范围，自动闭锁，不能起爆。
3）监控爆破时间，不在规定的时间，就自动闭锁。
不能起爆。
4）监控操作与管理人员，实现相关人员不在，就自动闭锁，不能起爆。
五）同威
所谓同威，就是与炸药爆炸几乎相同的威力。
这要从两个方面来看，一是在破岩冲击力破坏力方面同威力，尽管二氧化碳冷爆破的冲击力为400Mpa左右，远远比炸药的小。
但是，炸药爆炸的作用时间是瞬间完成的，二氧化碳冷爆破的时间，可以大大拉长几毫秒甚至更长。
如果说炸药是靠‘爆发力’做工，那么二氧碳爆破就是靠‘耐力’做工，时间可以拟补‘爆发力’小的缺陷。
二是，在工程事故能力方面，炸药爆破一般是‘暴食’，是一口吃个胖子’，一次大规模爆破用几十吨，甚至几百吨炸药，爆破几千几万，甚至几十几百万吨岩石，然后，再慢慢搬运。
智能二氧化碳冷爆破就是‘蚕食’，是‘细嚼慢咽’，现在一套设备（需要加配足够的爆破管），昼夜施工，一天也能破岩一万立方左右。
多套装备齐上，就能够满足大模开采需要。
六）广泛
广泛包含两个方面，一是原料二氧化碳来源很多，广泛存在（县级单位一般都有），很容易买到。
二是，智能二氧化碳冷爆破用途广泛。
地面工程用于露天开采，露天剥离，道路施工，基坑开挖，隧道施工，石材开采，顽石，孤石爆破，建筑物爆破拆除，管道等堵塞疏通，水下爆破等等。
七）低价
从综合角度来看，智能二氧化碳冷爆破的成本低于炸药爆破的成本。
1、仅仅单从从经济角度，现在成本一些地区已经低于炸药爆破。
并且将可能全面低于炸药爆破。
这是因为，爆破作业的成本主要由施工成本组成。
炸药爆破监管成本高昂，很多地区监管成本已经超过了直接施工成本。
2017年1月1日开始实施的《反恐法》第21条和第22条分别要求对雷管进行电子编码，对炸药进行自动编码，这将大大提高爆炸物品的价格。
与此同时，随着智能二氧化碳冷爆破技术的完善提高，相关爆破成本将会降低。
因此，到那时智能二氧化碳冷爆破的成本就会全面低于炸药爆破。
2、防恐反恐成本和社会心里压力成本为零。
炸药等爆炸物品应用，产生了巨大的防恐反恐成本，以及高昂社会心里压力成本是智能二氧化碳冷爆破所没有的。
3、综合分析，从国家角度，社会角度来看，智能二氧化碳冷爆破综合成本已经低于炸药爆破成本。
四、二氧化碳冷爆破系统构成与基本作业步骤
一）系统构成
露天智能二氧化碳冷爆破系统由地面操作间装备以及智能云系统平台组成。
设备配置见附表2
附表2：
设备配置表
序号
设备名称
数量
单位
备注
1
充装机
1
台
2
充装台
1
台
3
储液罐
1
台
4
拆装机
1
台
5
爆破管
300
根
6
智能云安全发爆器
1
台
7
智能云平台软件
1
套
8
90型气动凿岩机
2
台
9
工具
1
套
10
1、地面操作间与设备
地面操作间应设置在井口附近，有轨道直接进入的地方，面积50平方米以上。
便于分类、分区域存放爆破管等。
地面操作间的设备有：
二氧化碳储液罐、充装机、充装台、拆装机等，如附图2。
附图2地面操作车间设备示意图
操作间的作用是充装爆破管、存储爆破管、发放爆破管，以及对相关设备的维修等。
2、施工现场设备
设备主要是爆破管、智能云安全发爆器、90型风动钻岩机。
1）爆破管
爆破管是智能二氧化碳冷爆破的核心设备之一，结构如附图3。
由储液管、充装头、释放头等组成。
采用超强度的特殊钢材并经过特殊处理而成，具有极高的强度和韧性。
附图3二氧化碳冷爆破管结构示意图
2）智能云安全发爆器
附图4智能云安全发爆器
如附图4所示，智能云安全发爆器，是点燃爆破管内加热器的核心设备。
同时具有微差起爆实现光面爆破功能，人员闭锁、时间闭锁、地点闭锁等多参数闭锁，确保不安全就不能起爆的本质安全功能，以及与智能云通讯连接等功能。
3）钻眼设备
90型导轨回转凿岩机是以压缩空气为动力的中深孔凿岩机具，适用于巷道断面为2.5*2.5m到3m*3m钻孔直径50－80cm，有效孔深30m。
采用直径65mm的十字型合金钎头在F12-14级矿岩中，平均纯凿岩速度可达680mm/分。
该钻架结构简单，拆运方便，工作安全可靠，效率高。
3、智能云系统平台
智能云系统平台，是监管监控二氧化碳冷爆破的智能平台，如附图5所示。
其主要功能为：
附图5：
智能二氧化碳冷爆破智能云平台示意图
1）收集每一次的冷爆破数据，包括孔深、孔数、孔距、岩性、爆破效果，以及起爆时间、操作人员、地点等等。
2）对冷爆破作业实现安全闭锁，不安全就不能起爆。
3）为改进完善冷爆破作业提供数据支持。
4）强化管理力度，避免事故发生。
等等
二）基本操作步骤
1、总体操作步骤
总体步骤为：
在地面操作间组装-充装气体--采用皮卡车运输到爆破地点---起爆---回收报管---运输到地面车间---拆卸清洗---再组装
2、地面操作间操作步骤
1）二氧化碳冷爆破管充装前的准备工作：
①需要给充装机、拆装机供应380V交流电。
②储液罐有足够的液态二氧化碳。
③爆破管和相应的耗材（加热棒、爆破片、垫片）。
④万用表、钳子、扳手、内六角等工具。
2）组装
①将爆破管储液管放在陈列架上，将铁丝插入主管中，并使带钩的一端从主管刻字的一端伸出。
然后把用铁丝勾住加热装置的导线并拉动铁丝使导线从储液管的另一端伸出。
②将定压剪切装上密封垫，并与加热装置的导线连接在一起（注意定压减切片凸起的一端朝里）。
然后拉出加热装置，使定压减切片完全进入储液管内。
③先拧紧释放管，再拧紧充装阀，均拧到手无法拧动为止。
④将拧好的爆破管放在拆装机钳口上，并将充装阀一头插入拆装头里。
然后顺时针旋转急停按钮，按下启动按钮以启动拆装机。
⑤按住夹紧按钮压力上升到10MPa以上后放开。
然后按住紧固按钮当压力上升至10MPa时，放开紧固按钮。
⑥按住松开按钮，然后将爆破管掉头。
⑦重复步骤⑤
⑧测量电阻，电阻在1-2欧姆为正常。
3）充气
①将爆破管放在充装台上对好充装孔，拧紧夹紧杆并用内六角扳手打开充装阀。
然后打开爆破管所对应的球阀，关闭没有爆破管的球阀。
②按下充装机上的清零键，将称重仪表清零。
③放气：
每天首次工作前，需要放气，将整个管道排空。
先打开充装台上的进口球阀和出口球阀。
然后按下放气按钮，直到出口球阀喷出连续不断的白色气体后，关闭出口球阀。
④洗管：
按下放气按钮后，关闭进口球阀然后打开出口球阀，将致裂器内的二氧化碳放出，放出一大部分后关闭出口球阀。
重复两到三次，
⑤充装：
关闭出口球阀后，按下增压按钮，待爆破管充满后机器会自动停止。
机器停止后，用内六角扳手将爆破管的充装阀关闭，然后关闭进口球阀，再打开出口球阀将多余气体放出。
⑥测试密封性：
将爆破管的充装阀和释放管分别放入水中，确保没有大量气泡。
3．爆破操作步骤
1）设备运输
爆破管长1-1.5m，外径73mm，充装液态二氧化碳后质量约为25Kg。
储液管采用优质进口钢材加工而成，结实耐用，可重复使用4000次，除了接通电路能启动爆破外，磕碰、撞击、高温都不会对装置产生损坏。
（2）储液管在地面充装液态二氧化碳后，由矿方安排人员提前用矿车运输至爆破地点。
（3）实验无法进行或是用不完的储液管必须及时回收，妥善保管。
2）打眼
选择钻机类型：
硬岩选择YGZ90凿岩机按照施工技术措施打眼要求打眼。
3）连接
①把装好气的爆破管和没装气的爆破管的DC插头连接。
②用销子把两个爆破管连接在一起，没装气的爆破管要安装上提拉头留着栓钢丝绳用。
③用万用表测量两端的电阻，如果电阻应该在4欧姆左右，电阻太大和电阻为0都不合格。
④把连接好的爆破管放到炮孔里面。
⑤用棉纱给爆破孔进行封孔。
⑥用20的钢丝绳把所有的爆破管进行固定，最后固定在巷道壁锚杆上。
⑦用15的钢丝绳把每个爆破管的头部栓起来。
⑧根据智能云安全发爆器功率将所有爆破管用导线连接好。
（单个孔中的爆破管为串联，电阻值累计增加）
4）爆破
①打孔：
Φ73爆破管需要打Φ90的孔孔深3-5m。
②将第一根爆破管和第二根爆破管先连接好，插好插销。
依次连接，一共连接5根管，并将第一根爆破管的DC插头剪短，把两个线缠在一起，并用绝缘胶布缠好。
然后把锥头连上。
③先插入连接好的两根爆破管插入孔中，插入前先把提拉杆插到第二根爆破管的释放管中，然后插入孔中。
5）回收
①将回收好的爆破管用矿车运到操作间，把爆破管放在拆装机钳口上，并将充装阀一头插入拆装头里。
然后顺时针旋转急停按钮，按下启动按钮以启动拆装机。
②按住夹紧按钮压力上升到10MPa以上后放开。
然后按住拆卸按钮，旋转一至两圈后，放开拆卸按钮。
③按住松开按钮，然后将爆破管掉头。
④重复步骤②。
⑤将爆破管内部的残渣清理干净，以便下次使用
6）智能云控制
①.按照爆破的顺序把爆破母线连接在智能云安全发爆器上，最先起爆的连接在1号端子两端，依次想后排列
②.测量网络阻止，一个爆破管的电阻为2欧姆为标准参考计算
③．按下起爆按键进行起爆。
④起爆完成后，要把智能云安全发爆器的数据传到智能云安全监控主机里面
⑤智能云安全监控主机自动把数据上传到大数据。
⑥根据大数据的数据进行以后爆破的调整。
五、爆破技术方案
智能二氧化碳冷爆破可以用于所有需要破岩、疏通的位置。
具体方案如下：
一）掘进冷爆破
1、爆破方案
炮孔布置如附图6所示。
交叉布眼，眼垂直工作面。
炮眼参数：
眼的直径是90mm
露天二氧化碳冷爆破参数
（1）炮孔间距3—5m
（2）炮孔排距3—5m
（3）炮孔深度3—5m
（4）封孔细沙0.01-0.02m³
附图6:
露天爆破布置示意图
六、劳动组织与生产效率分析
一）劳动组织
劳动组织。
地面工作车间，一个班2-3人,现场工作人员4-5人，每个班工作12小时。
二）生产效率分析
地面装管：
1-2分钟装一根管，1小时充装30-50根管，24小时720-1200根管。
运输：
当班运输，距离远，就提前一个班运输需要爆破班的爆破管。
打眼：
冷爆破需要的炮眼数量，一般比炸药的少三分之一左右。
因此可以减少因为炮眼孔径扩大造成的钻眼速度减缓。
连接管：
连接管只需要把空管和装气管连接即可，连接两根管需要1分钟
下管：
每个钻眼下管需要3秒钟。
封眼：
每个炮眼需要1分钟。
固定：
把每个爆破管用钢丝绳栓起来，每次爆破需要3分钟。
工程进度预计：
每个班12小时放4次炮，每次放炮用时3小时，每次放炮1000m³每个班可以爆破大约5000立方米。
每天可以爆破10000m³。
总共用管量200根管。
七、施工安全注意事项与安全技术措施
在智能二氧化碳爆破实施过程中，所有施工人员除均需严格遵守《安全规程》和所有的安全施工措施外，还需要执行本安全技术措施。
一）注意事项
1）设备保存
（1）地面操作间，专人负责操作，无关人员禁止操作设备。
（2）地面操作间，通风良好、阴凉，发现钢瓶有腐蚀、损伤、裂纹等缺陷时，及时向试验人员汇报并安排更换。
2）向保爆破管充装二氧化碳
（1）提前一班充装，做到随用随充，不长期保存。
（2）充装前，无关人员离开库房，试验人员对空压机、注液泵性能进行检查，确保装置一切正常时开始充装二氧化碳。
（3）操作人员需要带手套操作，防止冻伤手。
（4）充装过程中，严格按照《操作手册》执行。
若出现漏气应及时停止，排查故障。
（5）充装后，将储液管两端分别插到水中，检验是否漏气；充装前后对储液管称重，核实灌入液态二氧化碳的质量；对线路进行导通测试，确保线路正常；充装完成后，上好两端保护盖。
二）安全技术措施
1）作业前，对所有相关人员进行培训，并在地面进行各种操作的模拟试验，确保每一个人都熟练正确掌握操作。
2）地面车间最危险的事情，就是二氧化碳喷出，可能刺伤人员，或者冻伤人员，因此，一定不要远离出气孔。
3）钻孔施工严格按照、实施方案施工和相关安全技术措施施工。
4）“飞管”是智能二氧化碳爆破最危险的事情，因此，起爆前必须检查确认每一个爆破管都已经与保安钢丝绳相连，保安钢丝绳已经固定到至少2棵锚杆（锚索）上，各处钢丝绳卡子，各处“马镫子”已经连接好。
5））封孔好坏一方面直接关系到爆破效果，另一方面也是飞管的直接原因，关系到安全。
因此，起爆前，必须检查炮孔封堵，并使其确实完好。
6）智能云安全发爆器操作，最好由原理的爆破员负责。
7）起爆前再次检查智能云安全发爆器，不合格不能起爆。
8）安全起爆位置，按照炸药爆破的执行。
9）撤人范围，按照炸药爆破的执行。
10）三人连锁等按照相关炸药爆破规定执行。
11）该安全措施未涉及的部分均按矿相关规程严格执行。
升级会员 