静态爆破方案.doc

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1、1静态破碎剂破裂岩石工艺1.1静态破碎剂的作用原理1.1.1静态破碎剂的组分与种类静态破碎剂，是以生石灰（CaO）为主体(占64～81%)和多种无机化合物（SO3Fe2O3MgO，SiO2，Al2O3）及某些特殊有机化合物所组成，在1200~1500℃高温中煅烧，冷却研磨后即为成品，在使用中可根据情况加入外加剂，调节其反应速度。其密度为1.69g/cm3、熔点为2572℃。遇水会发生剧烈的化学反应，放出大量的热其基本的化学反应式如下：从上式中可以看出，这是一个放热反应。CaO和水混合后，立即发生两

2、类物质的转移过程。一是水分子进入CaO粒子内部，并与之发生水化反应；二是水化反应产物向原来充水空间转移。如果前者与后者相适应，即水化速度和水化产物的转移速度相等时，“CaO-水”系统的体积不会发生膨胀。但是，由于CaO的结构特性内比表面积大，其水化速度很快水化速度大于水化产物的转移速度。这时，由于CaO粒子周围的反应产物还没有转移走，而里面的反应物又大量的产生了，这些新的反应物将冲破原来的反应层，使粒子产生机械跳跃，因而发生体积膨胀，产生膨胀压力，将约束介质破坏在没有约束条件下，氧化钙将散裂成粉末

3、。静态破裂剂膨胀压力的产生是由于其反应后体积增大所引起的。CaO和水反应时，生成Ca(OH)2的固相体积在一定的条件下要比CaO的固体相体积约增大97.92%。固相体积增大，固相体积和空隙体积增量之和超过“CaO-水”系统的空间，从而引起CaO体积的增大，膨胀压力增大，但从其标准状况反应物的摩尔体积和生成物的摩尔体积进行比较可以看出，并不是在所有的情况下都会产生体积膨胀。下列反应式给出了反应物、生成物的摩尔体积和比重等数据。摩尔体积（cm3）16.76418.06933.056比重（g/cm3）3

4、.2~3.41.01.1~1.3从上面所列数据来看，生成物的摩尔体积为33.056cm3，而反应物的摩尔体积为：16.764+18.069=34.833cm3，反应之后体积应该变小，而不是增大。这好像与实际情况相矛盾。其实这是由于摩尔体积为分子最紧密堆积时的体积，而在静态破裂剂中实际应用的是其表观体积，也就是说在一般情况下，静态破裂剂中生石灰的水化反应生成物很难达到分子状态的最紧密堆积，因为在缺水状态下，生成的氢氧化钙比表面积非常大，不是最紧密堆积状态，因此，就表现出体积膨胀。相反，在大量水存在时

5、，如在水溶液中，氧化钙与水反应生成氢氧化钙，其体积变小，而不产生膨胀压力。一般在干燥状态下，是用容重来衡量氧化钙和氢氧化钙，而不是用比重来衡量。生石灰是由碳酸钙锻烧而成，由于CO2的逸出，产生了许多微孔，氧化钙保持了碳酸钙的多空隙的特点，其容重略大于1，与其3.2～3.4的比重相差甚远。氢氧化钙在干粉状态下，容重也很小，仅为1左右。这样生石灰的水化反应中（缺水状态）就表现出体积增大的现象。1.1.2反应规律静态破碎剂加水后，充填到混凝土或岩石的凿孔中，最初生成胶状质的Ca(OH)2，随着时间的延长

6、，逐渐形成不定型的各向异性的Ca(OH)2结晶状粒子，体积约膨胀两倍，在膨胀过程中产生膨胀压力并逐渐增大，通常达29.4MPa。而岩石的抗拉强度一般仅为5~10MPa，混凝土的抗压强度为2~6MPa。当混凝土压力超过所破碎块体抗拉石灰和水反应是温度最高可达到240℃左右。图1-1SCA的膨胀模型从晶体化学的观点来看，静态破碎剂的膨胀主要在于固体体积的增大以及孔隙体积的增大。从物质的转移来看，石灰加水搅拌后，立即发生两类物质的转移过程：一是水分子进入石灰粒子内部，并与之发生水化反应，生成水化产物；二

7、是水化反应物向原来充水空间转移。如果水化速度大于水化产物的转移速度时，由于石灰粒子周围的反应产物还没有转移，这些新的反应产物势必冲破原来的反应层。使粒子产生机械跳跃，从而产生动态膨胀。从力学观点看，混凝土或岩石一类的脆性材料，拉压比仅为1/10～1/15，在混凝土或岩石钻孔中受约束的条件下，破碎剂粒子将对孔壁产生径向和切向反应，这一过程可用弹性力学中的厚壁圆筒理论来解释。当拉应力所产生的变形超过被破碎体的拉断变形量时，物体便产生裂缝从而被破坏。1.2静态破碎剂破岩的过程分析静态破碎剂使用时产生的膨

8、胀压作用下混凝土或岩石的破坏或劈裂过程分为三个阶段。第一阶段：静态破碎剂在钻孔中的膨胀压由0增加到P是，被破碎物体中产生径向压应力σr和切应力σθ应力值达到极限值时产生破裂和开裂。开始时拉应力σθ所产生微裂（或微小的塑性变形），把这一区域称为损伤区（破坏发生区），而这一阶段称为微裂阶段。这一阶段的应力开始时是线性的，但是最后一阶段是非线性的。第二阶段：随时间增长的SCA膨胀压逐步增加，因而增加膨胀压并以这一损伤区作为介质向孔外传播膨胀压。这一阶段称为断裂阶段。第三阶段：膨胀压传递到