水平岩石巷道非爆法施工详述
发布时间:2024-07-15
一、引言
在矿山开采和岩石工程中，传统的钻眼爆破法尽管应用广泛，但其存在的诸多缺点，如机械化程度低、劳动强度大、安全性差以及对围岩的稳定性造成不利影响，使得人们不断探索更为高效、安全、环保的施工方法。自20世纪70年代以来，非爆破破岩技术逐渐兴起，并得到了广泛应用。本文将详细梳理水平岩石巷道非爆法施工的技术原理、方法分类、特点及应用前景。
二、钻眼爆破法回溯
首先我们对钻眼爆破法进行一个总结。总结来看，钻眼爆破法它包含四大工序。首先就是进行钻眼，也就是凿岩。凿完研之后进行装药，装药之后进行连线，连线之后进行起爆，起爆之后就得到了这个岩屑。我们采用铲运机或者是一些个爬斗，然后把这个岩渣运出去。一般来说，钻眼爆破法又叫做矿山法，因为咱们矿山上基本上都采用这种方法进行掘进。
那这种方法的优点，首先第一个就是施工灵活，施工简单，设备的投资也比较低，不需要专门的那种大型的这种设备。另外，施工准备周期比较短，因为这些个器材，这些个设备都比较的容易得到。但是它也有明显的缺点，第一个就是机械化程度低，这样也就造成了人工的劳动强度大，造成了安全性也就差。所以说进而引起效率比较低，安全隐患大。另外，我们在频繁的爆破扰动当中，会对围岩产生比较大的这种扰动，实际上对咱们工程的稳定性是有不利影响的那既然这样，有没有一种既安全又高效，除了爆破之外，有没有其他的这种方法呢？答案是肯定的。
三、非爆法施工概述
从20世纪70年代开始，西方的发达国家就已经开始了进行非爆破破岩实验的一个研究。而上世纪的80年代，我国也进行了这方面的研究。非爆法相对于爆破法，它具有一个震动小，没有飞石，也不产生有毒气体，而且安全性高。所以说受到了很多的工程的青睐，广泛的应用在了这个市政工程、道路开挖，还有一些个矿山的开采当中。
非爆法施工是指在不使用炸药的情况下，通过机械、物理、化学或电气等方式对岩石进行破碎或切割的施工方法。相较于传统的钻眼爆破法，非爆法施工具有震动小、无飞石、无粉尘、无有毒气体产生、安全性高等显著优点，因此被广泛应用于市政工程、道路开挖、矿山开采等多个领域。
四、非爆法施工分类
那非爆法有哪些方法呢？根据非爆法的这个破岩原理，非爆法的这个破岩它可以分为三大类。第一大类就是机械类的这种破岩，利用机械做工来实现破岩。主要有这种液压劈裂机、液压破碎锤以及掘进机。另外，还有根据这种物理化学的这种做工，比如说用静态膨胀剂来给它进行破碎，还有就是用二氧化碳给它进行一个制作的一个破碎。第三个就是金属燃烧剂进行破岩，这是一种。然后第三种，就是电气设备类，利用这种电器的做工的这种方法。比如说有一种等离子破岩，还有就是热力劈岩。
五、机械类破岩
机械类破岩主要通过机械设备对岩石施加力量，使其发生破碎。常见的机械类破岩设备包括液压劈裂机、液压破碎锤和掘进机等。
5.1 液压劈裂机
首先就是机械类的这个破岩，第一种就是液压劈裂机这种机械，它的这个原理实际上是比较简单的。这个就是前面有一个产生液压膨胀的一个设备，将它打进到这个岩石当中，然后后面采用液压的方式给它进行加压。一加压这边就会产生膨胀，岩石在膨胀做功的作用下，它就会发生这种破裂。为什么会发生破裂呢？就是因为岩石的这种抗拉强度要比抗压强度要小得多，这样的话就实现了这种破岩。当然这种破岩它的这个效率相对来说就比较的低，而且形成的跨度容易也比较大。
小结：
液压劈裂机是非爆法施工中的一种重要设备，其工作原理是通过液压装置向岩石内部施加高压，使岩石在内部产生膨胀力，从而发生破裂。具体操作为，在岩石上钻好孔后，将液压劈裂机的劈裂器放入孔内，通过液压装置对劈裂器进行加压，使岩石在劈裂器的作用下发生膨胀破裂。该方法具有震动小、无飞石、无粉尘等优点，但破岩效率相对较低。
5.2 液压破碎锤
第二类就是液压破碎锤，这个实际上也是采用了这种风动或者是液压的这种方式。前面有一个这种破碎的一个锤，可以上下往往复运动，这样的话就产生一个冲击力，造成岩石的这种破碎。这个破岩的方法，广泛的应用于咱们这种露天的各种这种破岩的这种工程当中。当然了，在地下工程当中，由于这种设备相对来说比较大用的就比较少，而且总体的效率也不是很高。一般用在一些个巷道边帮的修剪当中。
小结：
液压破碎锤利用液压或风动驱动锤头进行往复运动，产生冲击力对岩石进行破碎。该设备适用于露天和地下岩石破碎工程，特别是在巷道边帮的修剪中表现出色。然而，由于设备体积较大，在狭窄的地下空间中使用受限，且总体效率不高。
5.3 掘进机
另外一种机械类的破岩，就是掘进机破岩。这种掘进机的破岩是目前应用最多的一种机械类的破岩方法。而且随着这种技术的发展，工程的这种规模的这种发展，掘进机破岩它的应用范围将越来越大。最常用的目前就两种，一种就是全断面硬岩掘进机。
还有一种是悬臂式掘进机。这种掘进机在煤矿当中已经得到了广泛的应用，在一些个隧道当中，也得到了一些个应用。这种方法就是采用机械切割的方式给它进行一个破岩。往往这种掘进机它具有复杂的这种系统，包括行走机构、工作机构、专业机构、装载机构，系统非常复杂，技术要求也更高，这是机械类破岩。
小结：
掘进机是目前应用最为广泛的机械类破岩设备之一，其工作原理是通过机械切割的方式对岩石进行破碎。掘进机具有复杂的系统，包括行走机构、工作机构、装载机构等，技术要求高，但施工效率高，且能够适应多种岩石类型。常见的掘进机有全断面硬岩掘进机和悬臂式掘进机，后者在煤矿和隧道工程中得到了广泛应用。
六、物理化学做功类破岩
物理化学做功类破岩通过物理或化学反应产生力量，对岩石进行破碎。常见的方法包括静态膨胀剂破碎、二氧化碳致裂器和金属燃烧剂破碎等。
6.1 静态膨胀剂破碎
第一种，就是采用了这种静态的这种膨胀剂。静态的膨胀剂主要的成分是一种生石灰，它的这种材料在遇水之后，它会产生体积的变大，也就是膨胀。这样的话都会对周围的岩石产生一定的力，进而产生这种破岩的效果。同学可以看这幅图就是这样，首先在岩石上面打钻孔，把这个静态膨胀剂放进去，放进去之后进行水化放热水化反应，产生体积膨胀，出现破岩。这个跟刚才的这个液压的这个破碎机差不多，也是破岩效率比较低。一般的应用在一些个比较小的小规模的矿山上面可以应用。
小结：
静态膨胀剂主要由生石灰等材料组成，遇水后发生体积膨胀，对周围岩石产生压力，从而使其破碎。该方法施工简单，但破岩效率较低，适用于小规模矿山开采。
6.2 二氧化碳致裂器
另外一种就是这种二氧化碳的致裂器。这个就是利用了这个二氧化碳的这种特性。液态二氧化碳吸热气化之后，体积会急剧的膨胀，进而产生一个高压，使这个煤层、岩石或者是混凝土就产生一个破裂，它的膨胀幅度就达到了原来体积的600倍，扩散半径可以达到10米以上。也就是相对来说，是一种效率比较高的一种破岩方法。而且，这种破岩方法，它不会产生那种电火花，不会产生有毒气体。所以说，在这个有一些个瓦斯含量比较多的这种煤矿当中，这种方法有很大的这种应用前景。
小结：
二氧化碳致裂器利用液态二氧化碳吸热气化后体积急剧膨胀的特性，产生高压使岩石破裂。该方法破岩效率高，且不产生电火花和有毒气体，在瓦斯含量较高的煤矿中具有广阔的应用前景。
6.3 金属燃烧剂破碎
然后下一种这个物化做工的，它是利用了这种金属氧化物和这个金属还原剂这样之间反应。按一定的比例配合之后，在反应的时候，它就会产生爆燃的反应，放出大量的热。并且由于你的这个放在这个孔里头，它比较小，它来不及向外扩散。这样的话就形成了一个高温高压，达到这种岩石破碎的一个目的。常用的这种金属氧化物有这种二氧化锰、氧化铜、三氧化二铁等，都是氧化性比较强的。然后这个金属还原剂，一般有这种铝粉、镁粉等等。这种爆破方法，它不会产生气体，也不会产生这种强烈的冲击，没有抛掷。也就是说你破碎之后，岩石还基本上在原地。
但是这种方法，它的成本就比较高。因为它使用的那些个金属氧化物或者还原剂，它的这个成本要比这个炸药要多的很多，所以说成本比较高。
小结：
金属燃烧剂破碎通过金属氧化物和金属还原剂的反应产生高温高压，使岩石破碎。该方法不产生气体和强烈的冲击，破碎后的岩石基本保持原位。然而，由于其成本较高，目前应用相对较少。
七、电气设备类破岩
电气设备类破岩利用电能激发电解质溶液产生等离子体，进而产生高温高压和冲击波对岩石进行破碎。常见的电气设备类破岩方法包括等离子体爆破法和热力劈岩法。
7.1 等离子体爆破法
电设备类最常用的就是这种等离子体爆破法，这个就是利用电能来激发电解质溶液变成一个等离子体。这样等离子体就会使物质激烈震荡，产生这种高温高压，迅速产生一个冲击波，进而产生一个破岩的一个效果。这个就是它的一个示意图。这种破岩方法它不产生有毒气体，没有粉尘，没有炮制，噪声低，安全性还好。所以说这种电气设备类的破岩方法，它实际上是一种比较有前途的一种破岩方法。国外也进行了大量的研究，但是目前这种方法它的成本相对来说还比较高，所以说在我国见到的就比较少了。
小结：
等离子体爆破法利用电能激发电解质溶液变成等离子体，形成冲击波对岩石进行破碎。该方法无粉尘、无噪声、安全性高，且不破坏周围环境，具有广阔的应用前景。然而，由于成本较高，目前在我国的应用还较少。
7.2 热力劈岩法
什么是热力劈岩呢？它就是先对岩石进行加热，让岩石的强度降低，降低之后，再用其他的这种破岩方法进行破碎。比如说直接用机械类的这种去破碎，这样的话提高了它的效率。实际上，这种热力劈岩，在古代就有这种雏形。比如说古代在进行采矿的时候，它基本上就是先把这个矿石进行加热，给它烧热了。烧热了之后，往上给它泼冷水。这样的话在热胀冷缩的作用下，它就会产生一个破岩。当然了，现在它的手段更加先进，比如说这加热方式，目前就有这种电流加热，直接我给它通电给它加热，或者是用那种微波炉的那种这个原理，用微波加热这两大类这种方法，它的这个破岩的效率实际上是比较低的。你想想给的延时，完全加热到能够破岩的这种温度的话，实际上是比较慢的。国内应用的比较少好。
小结：
热力劈岩法先对岩石进行加热，降低其强度后再用其他方法进行破碎。常见的加热方式包括电流加热和微波加热。该方法在破碎坚硬岩石时表现出色，但加热过程耗时较长，且对设备要求较高。
八、非爆法施工的特点及应用
特点
安全性高：非爆法施工无炸药使用，不存在爆炸隐患，施工过程中无震动、无飞石、无粉尘和有毒气体产生，安全性显著提高。
环保性好：非爆法施工不产生噪音、粉尘和有毒气体等污染物，对周围环境影响小，符合环保要求。
效率高：部分非爆法施工设备如掘进机和二氧化碳致裂器等具有较高的施工效率，能够满足大规模岩石破碎的需求。
适应性强：非爆法施工可以根据不同的岩石类型和施工环境选择合适的破岩方法，具有较强的适应性和灵活性。
成本可控：虽然部分非爆法施工设备的初期投资较高，但长期来看，由于减少了人工成本和安全隐患，整体成本可控。
九、应用
非爆法施工在多个领域得到了广泛应用，具体包括：
9.1 矿山开采
在矿山开采中，非爆法施工能够有效降低对围岩的扰动，提高工程稳定性。例如，在煤炭开采中，二氧化碳致裂器因其高效、安全的特点，在瓦斯含量较高的煤矿中具有显著优势。同时，掘进机在煤矿巷道掘进中发挥着重要作用，提高了掘进效率和安全性。
9.2 市政工程
在市政工程中，非爆法施工被广泛应用于道路开挖、地铁建设等领域。例如，在城市地铁建设中，掘进机能够高效、精准地完成隧道掘进任务，减少对城市交通和居民生活的影响。
9.3 隧道工程
隧道工程中，非爆法施工同样具有重要地位。特别是在地质条件复杂、对环境保护要求高的隧道工程中，非爆法施工能够减少对周围岩体和生态环境的影响，提高工程质量。例如，在山区高速公路隧道施工中，静态膨胀剂破碎和二氧化碳致裂器等非爆法施工技术得到了广泛应用。
9.4 岩石边坡治理
在岩石边坡治理中，非爆法施工也发挥着重要作用。通过机械类破岩设备对边坡进行修整和加固，可以有效防止边坡失稳和滑坡等地质灾害的发生。
十、非爆法施工的发展趋势
随着科技的不断进步和环保意识的提高，非爆法施工技术在未来将继续发展和完善。具体来说，非爆法施工的发展趋势将包括以下几个方面：
技术创新：通过技术创新，不断提高非爆法施工设备的效率和可靠性，降低设备成本和使用门槛。
环保升级：进一步降低非爆法施工过程中的噪音、粉尘和能耗等污染物排放，提高施工过程的环保性能。
智能化发展：借助人工智能、物联网等先进技术，实现非爆法施工设备的智能化控制和远程监控，提高施工效率和安全性。
多样化应用：针对不同类型的岩石和施工环境，研发出更多样化、更高效的非爆法施工技术，满足不同领域的需求。
政策推动：随着国家对环保和安全生产要求的不断提高，相关政策将进一步推动非爆法施工技术的应用和推广。
十一、结论
非爆法施工作为一种高效、安全、环保的岩石破碎技术，在矿山开采、市政工程、隧道工程等多个领域得到了广泛应用。随着技术的不断发展和完善，非爆法施工将在未来发挥更加重要的作用，为推动我国矿业和基础设施建设事业的高质量发展贡献力量。同时，我们也应加强对非爆法施工技术的研究和应用，推动其在更多领域取得新的突破和进展。
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