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液態(tài)氣體破巖技術(shù)應(yīng)用于 原料礦山開采的實(shí)驗(yàn)研究

李運(yùn)潮

中材（南京）礦山研究院有限公司

來源：《水泥技術(shù)》

1 前言

在當(dāng)今時(shí)代背景下，我國原材料工業(yè)已邁入高 質(zhì)量發(fā)展新階段，國內(nèi)水泥行業(yè)正積極向綠色低 碳、高端智能方向邁進(jìn)。礦山開采作為水泥生產(chǎn)工 藝不可或缺的 一環(huán)，礦山開采破巖技術(shù)水平不僅影 響水泥原料礦山的安全生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境，而且影響 水泥企業(yè)生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。因此，提高礦山開 采破巖技術(shù)水平具有重要意義。

目前，水泥原料礦山開采破巖作業(yè)多采用炸藥  爆破技術(shù)和液壓碎石錘機(jī)械破巖技術(shù)。當(dāng)周邊環(huán)  境復(fù)雜和礦山爆破條件受限時(shí)，往往采用液壓碎石  錘等機(jī)械破巖作業(yè)的非爆破開采方式。雖然炸藥  爆破技術(shù)具有破巖能量大、效率高、成本低以及技  術(shù)成熟等優(yōu)勢，但爆破過程中會產(chǎn)生較大的振動、 噪聲和飛石等有害效應(yīng)，爆破后的礦石粉料揚(yáng)塵較  大，難以控制；炸藥劇烈反應(yīng)會產(chǎn)生有毒有害氣體， 不利于礦山周邊的安全和環(huán)境保護(hù)。液壓碎石錘  機(jī)械破巖技術(shù)是利用機(jī)械液壓系統(tǒng)驅(qū)動特制的錘  頭，高速沖擊巖體，以實(shí)現(xiàn)礦巖的碎裂和分離，具有  安全性好、無碎石飛散及使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，但其運(yùn)  行成本較高、破巖效率較低，且機(jī)械驅(qū)動消耗燃油， 并產(chǎn)生尾氣排放，不利于環(huán)境保護(hù)。

液態(tài)氣體破巖技術(shù)是一種新型礦山開采破巖 技術(shù)，其采用純液氧或液態(tài)氮氧混合體，經(jīng)物理相 變氣化膨脹做功破巖，具有較高的破巖效率和破巖 效果。液態(tài)氣體破巖技術(shù)相比炸藥爆破技術(shù)，產(chǎn)生 的次生有害效應(yīng)更?。幌啾葯C(jī)械破巖技術(shù)，破巖效 率更高、成本更低；破巖后不產(chǎn)生有毒有害污染物， 顯著降低了對周邊環(huán)境的影響，逐漸被更多的水泥 礦山企業(yè)研究和利用。

2 液態(tài)氣體破巖技術(shù)基本原理

液態(tài)氣體破巖技術(shù)是利用特定條件，激發(fā)液態(tài) 氣體瞬間氣化膨脹產(chǎn)生相變，氣化過程產(chǎn)生高壓載 荷并對外做功，從而使巖石破裂、破碎和分離。液 態(tài)氣體破巖系統(tǒng)主要由液態(tài)氣體、激發(fā)器、炮孔內(nèi) 的儲能筒、發(fā)火元件、電線網(wǎng)路等組成。其中，液態(tài)氣 體多為純液氧或按一定比例混合的液態(tài)氮氧。在常溫常壓條件下，液氧(沸點(diǎn)-183℃、密度1.14g/cm³) 與液氮(沸點(diǎn)-196℃,密度0.81g/cm³)相變后，其體 積膨脹可達(dá)600~800倍以上。激發(fā)器提供電壓電 流信號，用以激發(fā)安裝在炮孔內(nèi)儲能筒中的發(fā)火元 件；炮孔內(nèi)的儲能筒用于承載液態(tài)氣體，由可燃卷 紙吸收劑、充液管、排氣管、柔性外殼和管口密封件 等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。發(fā)火元件安裝在儲能 筒內(nèi)，當(dāng)其接收到激發(fā)信號后，點(diǎn)燃可燃卷紙并形 成燃燒波陣面。在液氧的助燃下，燃燒波迅速沿筒 內(nèi)傳播，產(chǎn)生劇烈燃燒，釋放大量的熱量，使液態(tài)氣 體瞬間相變膨脹，產(chǎn)生高壓荷載，作用于炮孔外圍 巖石，使外圍巖石破裂、破碎并伴隨拋擲現(xiàn)象，從而 實(shí)現(xiàn)破巖目標(biāo)。