Thuốc nổ thay thế chất lượng cao, hệ thống phun đá O2 và hệ thống phun đá CO2

Trong các dự án cấm sử dụng thuốc nổ dân dụng, nổ oxy lỏng, máy giãn nở (máy nghiền tĩnh) và nổ đá cacbon dioxit (CO₂) là những công nghệ thay thế thường được sử dụng. Sau đây là giải thích chi tiết về các nguyên tắc, quy trình vận hành, chỉ số kỹ thuật và kiểm soát an toàn, kết hợp với các tình huống ứng dụng kỹ thuật thực tế và thông số kỹ thuật.

1. Công nghệ phun đá oxy lỏng

1. Nguyên lý và tình huống áp dụng: Nổ đá oxy lỏng dựa trên đặc tính oxy hóa nhanh và giải phóng nhiệt sau khi oxy lỏng (-183℃) được trộn với các chất dễ cháy (như bột carbon, vụn gỗ, sợi bông). Khi hỗn hợp được đốt cháy bằng kíp nổ hoặc thiết bị đánh lửa điện, oxy lỏng ngay lập tức bốc hơi và giãn nở (thể tích giãn nở khoảng 860 lần), tạo ra sóng xung kích áp suất cao để nghiền nát khối đá.

Các tình huống áp dụng: nghiền đá cứng, khai thác mỏ (đặc biệt phù hợp với các mỏ có nhiều khí đốt, vì oxy lỏng không bắt lửa và có độ an toàn cao hơn).

2. Quy trình hoạt động

1. Thiết kế khoan: đường kính lỗ khoan: 40–60 mm, độ sâu lỗ khoan bằng 80%–90% độ dày của đá.

Khoảng cách giữa các lỗ và hàng: điều chỉnh theo độ cứng của đá, thông thường khoảng cách giữa các lỗ là 0,8–1,2 m, khoảng cách giữa các hàng là 0,6–1,0 m.

2. Chuẩn bị túi nổ: cho chất dễ cháy (như bột carbon) vào túi vải chống tĩnh điện, ngâm chúng trong oxy lỏng theo tỷ lệ khối lượng oxy lỏng so với chất dễ cháy là 1:2–1:3 và phải hoàn thành việc nạp đầy trong vòng 5–10 phút* (oxy lỏng dễ bay hơi và gây hỏng hóc).

3. Nạp thuốc nổ và kích nổ: sau khi đưa túi thuốc nổ vào lỗ khoan, dùng bùn vàng bịt kín miệng lỗ khoan, thời gian trễ sau khi ngòi nổ được kích nổ được kiểm soát ở mức 20–30 ms.

4. Các chỉ số kỹ thuật

Cân bằng oxy: cần đảm bảo rằng chất dễ cháy và oxy lỏng phản ứng hoàn toàn để tránh tích tụ oxy dư (giá trị cân bằng oxy phải gần bằng 0). Tốc độ nổ: khoảng 200–300 m/s, thấp hơn tốc độ nổ của thuốc nổ (như tốc độ nổ TNT là 6900 m/s), và năng lượng cần được bù đắp bằng các lỗ phân bố dày đặc. Ngưỡng an toàn: Nồng độ oxy trong khu vực làm việc cần thấp hơn 23% (không khí bình thường là 21%) để ngăn ngừa hỏa hoạn do môi trường giàu oxy gây ra.

5. Rủi ro an toàn

Rò rỉ chất dễ bay hơi: Rò rỉ oxy lỏng có thể khiến nồng độ oxy cục bộ vượt quá tiêu chuẩn và cần phải cấu hình máy theo dõi nồng độ oxy theo thời gian thực. Độ nhạy tĩnh: Tất cả các công cụ cần được xử lý chống tĩnh điện và người vận hành cần mặc quần áo chống tĩnh điện. 2. Công nghệ chất giãn nở (chất nghiền tĩnh)

1. Nguyên lý và tình huống áp dụng Chất giãn nở chủ yếu được tạo thành từ canxi oxit (CaO), phản ứng với nước tạo thành canxi hiđroxit và tỏa nhiệt (công thức phản ứng: CaO + H₂O → Ca(OH)₂ + 65 kJ/mol), giãn nở thể tích gấp 3–4 lần, tạo ra áp suất giãn nở 30–50 MPa và từ từ làm nứt khối đá. Tình huống áp dụng: phá dỡ công trình đô thị, dự án bảo vệ di tích văn hóa và nghiền tĩnh các công trình bê tông. 2. Quy trình vận hành

1. Thông số khoan: đường kính lỗ: 38–42 mm, độ sâu lỗ bằng 80% độ dày chi tiết.

Khoảng cách lỗ: gấp 8–10 lần đường kính lỗ (ví dụ đường kính lỗ 40 mm, khoảng cách lỗ 320–400 mm).

2. Chuẩn bị vữa: tỷ lệ nước/xi măng 0,28–0,33 (ví dụ vữa đập loại HSCA-Ⅲ cần 30–33% nước), khuấy cho đến khi thành hỗn hợp sệt đồng nhất.

3. Lấp lỗ và phản ứng: Đổ bùn đến 90% độ sâu lỗ, bịt kín miệng lỗ bằng vải ướt để tránh nước bốc hơi. Thời gian phản ứng: 2–4 giờ vào mùa hè, 6–8 giờ vào mùa đông (mỗi lần nhiệt độ giảm 10°C, thời gian phản ứng kéo dài thêm 50%).

3. Các chỉ số kỹ thuật

Áp suất giãn nở: 30–50 MPa (phù hợp với cường độ nén của xi măng là 30–50 MPa). Nhiệt độ phản ứng tăng: nhiệt độ bùn có thể đạt tới 80–100°C, cần theo dõi để tránh bị bỏng. Bảo vệ môi trường: giá trị pH là 12–13, chất thải bùn cần được thải ra sau khi xử lý trung hòa.

4. Tối ưu hóa hiệu quả

Hỗ trợ lỗ trước khi nứt: Khoan lỗ dẫn hướng giữa các lỗ liền kề để định hướng hướng mở rộng vết nứt. Kiểm soát nhiệt độ: Sử dụng nước ấm 40℃ để trộn bùn vào mùa đông để rút ngắn thời gian phản ứng.

III. Công nghệ phun đá CO₂

1. Nguyên lý và các tình huống áp dụng CO₂ lỏng được lưu trữ trong ống thép áp suất cao (ống nứt), và quá trình khí hóa được kích hoạt bằng cách gia nhiệt bằng điện (thể tích chất lỏng → khí giãn nở 600 lần). Khi áp suất tăng lên 300–400 MPa, nó phá vỡ đĩa nứt áp suất không đổi và khí áp suất cao được giải phóng thông qua đầu giải phóng năng lượng để tác động vào khối đá.

Các tình huống áp dụng: phòng ngừa nổ mìn trong mỏ than ngầm, nổ mìn bề mặt đường hầm và nghiền chính xác khối đá nguy hiểm.

2. Quy trình hoạt động

1. Lắp ráp ống gãy: Nạp CO₂ lỏng vào 80% thể tích ống (để tránh nổ quá áp), áp suất nạp là 7–10 MPa.

2. Khoan và bố trí: đường kính lỗ khoan 90–110 mm, độ sâu lỗ khoan 2–5 m, khe hở giữa đường kính ngoài của ống nứt và đường kính lỗ khoan ≤5 mm (cố định bằng miếng đệm cao su).

3. Kiểm soát nổ: Khởi động máy sưởi, CO₂ khí hóa và tăng áp suất đến áp suất vỡ đã cài đặt (chẳng hạn như 300 MPa) trong vòng 18–25 giây.

4. Các chỉ số kỹ thuật

Năng lượng đầu ra: Một ống CO₂ (1,5 kg) giải phóng khoảng 1,5–2 MJ năng lượng, tương đương với 0,3–0,4 kg TNT. Áp suất đỉnh: Năng lượng giải phóng có thể đạt 200–300 MPa ngay lập tức và thời gian kéo dài là 2–5 ms. Dự phòng an toàn: Sai số của đĩa vỡ áp suất không đổi là ±5% và cần lấy mẫu và thử nghiệm cho mỗi lô.

5. Thông số kỹ thuật an toàn

Thiết kế chống bắn ngược: Ống nứt phải vượt qua thử nghiệm va đập GB/T 29910-2013. Khoảng cách an toàn: Người vận hành phải cách ống nứt hơn 15 m để tránh bắn tung tóe và gây thương tích.

IV. Những điểm chính của ứng dụng kỹ thuật

1. Giám sát môi trường: Vụ nổ oxy lỏng đòi hỏi phải giám sát nồng độ oxy theo thời gian thực, còn vụ nổ CO₂ đòi hỏi phải phát hiện nồng độ CO₂ trong khu vực vận hành (ngưỡng ≤5000 ppm).

2. Thiết kế tùy chỉnh: Đối với khối đá phân tầng, khoảng cách lỗ cần giảm 20%–30%; kết cấu bê tông cần tránh thanh thép khi khoan lỗ.

3. Kế hoạch khẩn cấp: Khởi động hệ thống thay thế nitơ khi rò rỉ oxy lỏng và kích hoạt van giảm áp thủy lực khi ống gãy CO₂ bị kẹt.