液態氣體破巖技術應用于 原料礦山開采的實驗研究

李運潮

中材（南京）礦山研究院有限公司

來源：《水泥技術》

1 前言

在當今時代背景下，我國原材料工業已邁入高 質量發展新階段，國內水泥行業正積極向綠色低 碳、高端智能方向邁進。礦山開采作為水泥生產工 藝不可或缺的 一環，礦山開采破巖技術水平不僅影 響水泥原料礦山的安全生產和生態環境，而且影響 水泥企業生產效率和經濟效益。因此，提高礦山開 采破巖技術水平具有重要意義。

目前，水泥原料礦山開采破巖作業多采用炸藥  爆破技術和液壓碎石錘機械破巖技術。當周邊環  境復雜和礦山爆破條件受限時，往往采用液壓碎石  錘等機械破巖作業的非爆破開采方式。雖然炸藥  爆破技術具有破巖能量大、效率高、成本低以及技  術成熟等優勢，但爆破過程中會產生較大的振動、 噪聲和飛石等有害效應，爆破后的礦石粉料揚塵較  大，難以控制；炸藥劇烈反應會產生有毒有害氣體， 不利于礦山周邊的安全和環境保護。液壓碎石錘  機械破巖技術是利用機械液壓系統驅動特制的錘  頭，高速沖擊巖體，以實現礦巖的碎裂和分離，具有  安全性好、無碎石飛散及使用靈活等優點，但其運  行成本較高、破巖效率較低，且機械驅動消耗燃油， 并產生尾氣排放，不利于環境保護。

液態氣體破巖技術是一種新型礦山開采破巖 技術，其采用純液氧或液態氮氧混合體，經物理相 變氣化膨脹做功破巖，具有較高的破巖效率和破巖 效果。液態氣體破巖技術相比炸藥爆破技術，產生 的次生有害效應更小；相比機械破巖技術，破巖效 率更高、成本更低；破巖后不產生有毒有害污染物， 顯著降低了對周邊環境的影響，逐漸被更多的水泥 礦山企業研究和利用。

2 液態氣體破巖技術基本原理

液態氣體破巖技術是利用特定條件，激發液態 氣體瞬間氣化膨脹產生相變，氣化過程產生高壓載 荷并對外做功，從而使巖石破裂、破碎和分離。液 態氣體破巖系統主要由液態氣體、激發器、炮孔內 的儲能筒、發火元件、電線網路等組成。其中，液態氣 體多為純液氧或按一定比例混合的液態氮氧。在常溫常壓條件下，液氧(沸點-183℃、密度1.14g/cm³) 與液氮(沸點-196℃,密度0.81g/cm³)相變后，其體 積膨脹可達600~800倍以上。激發器提供電壓電 流信號，用以激發安裝在炮孔內儲能筒中的發火元 件；炮孔內的儲能筒用于承載液態氣體，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，其結構如圖1所示。發火元件安裝在儲能 筒內，當其接收到激發信號后，點燃可燃卷紙并形 成燃燒波陣面。在液氧的助燃下，燃燒波迅速沿筒 內傳播，產生劇烈燃燒，釋放大量的熱量，使液態氣 體瞬間相變膨脹，產生高壓荷載，作用于炮孔外圍 巖石，使外圍巖石破裂、破碎并伴隨拋擲現象，從而 實現破巖目標。