بديل متفجر عالي الجودة، نظام تفجير الصخور بالأكسجين ونظام تفجير الصخور بثاني أكسيد الكربون
في المشاريع التي يُحظر فيها استخدام المتفجرات المدنية، تُستخدم عادةً تقنيات بديلة مثل انفجار الأكسجين السائل، والتمديد (السحق الثابت)، وتفجير الصخور بثاني أكسيد الكربون. فيما يلي شرح مفصل للمبادئ، وإجراءات التشغيل، والمؤشرات الفنية، وضوابط السلامة، بالإضافة إلى سيناريوهات تطبيق هندسية فعلية ومواصفات فنية.
1. تقنية تفجير الصخور بالأكسجين السائل
١. المبدأ والسيناريوهات القابلة للتطبيق: يعتمد تفجير الصخور بالأكسجين السائل على خصائص الأكسدة السريعة وإطلاق الحرارة بعد خلط الأكسجين السائل (-١٨٣ درجة مئوية) مع مواد قابلة للاشتعال (مثل مسحوق الكربون، ورقائق الخشب، وخيوط القطن). عند إشعال الخليط بواسطة صاعق أو جهاز إشعال كهربائي، يتبخر الأكسجين السائل ويتمدد فورًا (يتمدد حجمه حوالي ٨٦٠ مرة)، مما يُولّد موجة صدمة عالية الضغط تُسحق كتلة الصخور.
السيناريوهات القابلة للتطبيق: سحق الصخور الصلبة، والتعدين (مناسبة بشكل خاص للمناجم ذات الغاز العالي، لأن الأكسجين السائل نفسه غير قابل للاشتعال ولديه مستوى أمان أعلى).
2. عملية التشغيل
1. تصميم الحفر: قطر الحفرة: 40-60 ملم، عمق الحفرة 80%-90% من سمك الصخر.
المسافة بين الحفر والمسافة بين الصفوف: يتم تعديلها وفقًا لصلابة الصخور، وعادةً ما تكون المسافة بين الحفر 0.8-1.2 متر، والمسافة بين الصفوف 0.6-1.0 متر.
2. تحضير الأكياس المتفجرة: ضع المواد القابلة للاشتعال (مثل مسحوق الكربون) في أكياس قماشية مضادة للكهرباء الساكنة، وانقعها في الأكسجين السائل وفقًا لنسبة كتلة الأكسجين السائل إلى المواد القابلة للاشتعال 1:2–1:3، ويجب الانتهاء من التعبئة في غضون 5-10 دقائق* (الأكسجين السائل سهل التطاير ويسبب الفشل).
3. تحميل المتفجرات والتفجير: بعد إدخال الكيس المتفجر في البئر، يتم إغلاقه على فوهة البئر بالطين الأصفر، ويتم التحكم في وقت التأخير بعد اشتعال المفجر عند 20-30 مللي ثانية.
4. المؤشرات الفنية
توازن الأكسجين: من الضروري التأكد من أن المواد القابلة للاشتعال والأكسجين السائل تتفاعل بشكل كامل لتجنب تراكم الأكسجين المتبقي (يجب أن تكون قيمة توازن الأكسجين قريبة من 0). سرعة التفجير: حوالي 200-300 م / ث، أقل من سرعة المتفجرات (مثل سرعة تفجير تي ان تي 6900 م / ث)، ويجب تعويض الطاقة عن طريق ثقوب موزعة بكثافة. عتبة السلامة: يجب أن يكون تركيز الأكسجين في منطقة العمل أقل من 23٪ (الجو الطبيعي هو 21٪) لمنع الحرائق الناجمة عن البيئة الغنية بالأكسجين.
5. مخاطر السلامة
تسرب متطاير: قد يتسبب تسرب الأكسجين السائل في تجاوز تركيز الأكسجين المحلي للمستوى المطلوب، لذا يلزم ضبط جهاز مراقبة تركيز الأكسجين في الوقت الفعلي. حساسية الكهرباء الساكنة: يجب معالجة جميع الأدوات بمضادات الكهرباء الساكنة، ويجب على المشغلين ارتداء ملابس مضادة للكهرباء الساكنة. 2. تقنية عامل التمدد (عامل التكسير الساكن).
١. المبدأ والسيناريوهات القابلة للتطبيق: يتكون المُوسِّع بشكل أساسي من أكسيد الكالسيوم (أكسيد الكالسيوم)، الذي يتفاعل مع الماء مُكوِّنًا هيدروكسيد الكالسيوم مُطلقًا حرارة (صيغة التفاعل: أكسيد الكالسيوم + H₂O → كا(أوه)₂ + 65 كيلوجول/مول)، ويتمدد حجمه من 3 إلى 4 مرات، ويُولِّد ضغط تمدد يتراوح بين 30 و50 ميجا باسكال، ويُسبب تشققات تدريجية في كتلة الصخور. السيناريوهات القابلة للتطبيق: هدم المباني الحضرية، ومشاريع حماية الآثار الثقافية، والتكسير الثابت للهياكل الخرسانية. ٢. عملية التشغيل
1. معلمات الحفر: قطر الحفرة: 38-42 ملم، عمق الحفرة 80% من سمك المكون.
مسافة الثقب: 8-10 أضعاف قطر الثقب (على سبيل المثال قطر الثقب 40 مم، مسافة الثقب 320-400 مم).
2. تحضير الملاط: نسبة الماء إلى الأسمنت 0.28-0.33 (على سبيل المثال، تتطلب الكسارة من النوع HSCA-Ⅲ نسبة 30-33% من الماء)، ثم يتم التقليب حتى يتم الحصول على عجينة متجانسة.
٣. ملء الحفرة والتفاعل: يُسكب الملاط حتى ٩٠٪ من عمق الحفرة، وتُغلق فوهة الحفرة بقطعة قماش مبللة لمنع تبخر الماء. مدة التفاعل: من ٢ إلى ٤ ساعات صيفًا، ومن ٦ إلى ٨ ساعات شتاءً (يزداد زمن التفاعل بنسبة ٥٠٪ مع كل انخفاض في درجة الحرارة ١٠ درجات مئوية).
3. المؤشرات الفنية
ضغط التمدد: ٣٠-٥٠ ميجا باسكال (يُطابق قوة ضغط الأسمنت البالغة ٣٠-٥٠ ميجا باسكال). ارتفاع درجة حرارة التفاعل: قد تصل درجة حرارة الملاط إلى ٨٠-١٠٠ درجة مئوية، مما يتطلب مراقبة دقيقة لتجنب الحروق. حماية البيئة: تتراوح قيمة الرقم الهيدروجيني بين ١٢ و١٣ درجة مئوية، ويجب التخلص من نفايات الملاط بعد معالجة المعادلة.
4. تحسين الكفاءة
مساعدة ما قبل ثقب الشق: قم بحفر ثقوب إرشادية بين الثقوب المتجاورة لتوجيه اتجاه توسع الشق. التحكم في درجة الحرارة: استخدم الماء الدافئ 40 درجة مئوية لخلط الملاط في الشتاء لتقصير وقت التفاعل.
ثالثًا: تقنية تفجير الصخور بثاني أكسيد الكربون
١. المبدأ والسيناريوهات القابلة للتطبيق: يُخزَّن ثاني أكسيد الكربون السائل في أنبوب فولاذي عالي الضغط (أنبوب الكسر)، ويُحفَّز التغويز بالتسخين الكهربائي (يتمدد حجم السائل إلى الغاز ٦٠٠ مرة). عندما يرتفع الضغط إلى ٣٠٠-٤٠٠ ميجا باسكال، يخترق ثاني أكسيد الكربون قرص الكسر ذي الضغط الثابت، ويُطلَق الغاز عالي الضغط عبر رأس تحرير الطاقة ليصطدم بالكتلة الصخرية.
السيناريوهات القابلة للتطبيق: منع انفجار مناجم الفحم تحت الأرض، وتفجير الأسطح الملساء للأنفاق، والسحق الدقيق للكتلة الصخرية الخطرة.
2. عملية التشغيل
1. مجموعة أنابيب التكسير: املأ ثاني أكسيد الكربون السائل حتى 80% من حجم الأنبوب (لمنع انفجار الضغط الزائد)، ويبلغ ضغط الملء 7-10 ميجا باسكال.
2. الحفر والتخطيط: قطر الحفرة 90-110 مم، عمق الحفرة 2-5 م، الفجوة بين القطر الخارجي لأنبوب التكسير وقطر الحفرة ≤5 مم (مثبتة بوسادات مطاطية).
3. التحكم في التفجير: قم بتشغيل السخان، يتحول ثاني أكسيد الكربون إلى غاز ويضغط حتى يصل إلى ضغط التمزق المحدد (مثل 300 ميجا باسكال) في غضون 18 إلى 25 ثانية.
4. المؤشرات الفنية
إنتاج الطاقة: يطلق أنبوب واحد من ثاني أكسيد الكربون (1.5 كجم) حوالي 1.5-2 ميجا جول من الطاقة، أي ما يعادل 0.3-0.4 كجم من مادة تي إن تي. أقصى ضغط: يمكن أن يصل إطلاق الطاقة إلى 200-300 ميجا باسكال على الفور، وتبلغ المدة 2-5 مللي ثانية. التكرار الأمني: خطأ قرص تمزق الضغط الثابت هو ±5٪، ويتطلب أخذ العينات والاختبار لكل دفعة.
5. مواصفات السلامة
تصميم مضاد للارتداد: يجب أن يجتاز أنبوب التكسير اختبار التأثير بريطانيا العظمى/T 29910-2013. مسافة الأمان: يجب أن يكون المشغل على بعد أكثر من 15 مترًا من أنبوب التكسير لمنع تناثر المواد والإصابة.
رابعًا: النقاط الرئيسية لتطبيقات الهندسة
1. مراقبة البيئة: يتطلب انفجار الأكسجين السائل مراقبة تركيز الأكسجين في الوقت الفعلي، ويتطلب انفجار ثاني أكسيد الكربون الكشف عن تركيز ثاني أكسيد الكربون في منطقة التشغيل (العتبة ≤ 5000 جزء في المليون).
2. التصميم المخصص: بالنسبة للكتلة الصخرية الطبقية، يجب تقليل المسافة بين الثقوب بنسبة 20% إلى 30%؛ ويجب على الهياكل الخرسانية تجنب قضبان الفولاذ عند حفر الثقوب.
3. خطة الطوارئ: قم بتشغيل نظام استبدال النيتروجين عند تسرب الأكسجين السائل، وقم بتنشيط صمام تخفيف الضغط الهيدروليكي عند توقف أنبوب كسر ثاني أكسيد الكربون.
