Yüksek kaliteli patlayıcı ikamesi, O2 kaya patlatma sistemi ve CO2 kaya patlatma sistemi

Sivil patlayıcıların kullanımının yasak olduğu projelerde, sıvı oksijen patlaması, genleştirici (statik kırıcı) ve karbondioksit (CO₂) kaya patlatma yaygın olarak kullanılan alternatif teknolojilerdir. Aşağıda, gerçek mühendislik uygulama senaryoları ve teknik özelliklerle birleştirilmiş prensiplerin, çalışma prosedürlerinin, teknik göstergelerin ve güvenlik kontrolünün ayrıntılı bir açıklaması yer almaktadır.

1. Sıvı oksijen kaya patlatma teknolojisi

1. İlke ve uygulanabilir senaryolar: Sıvı oksijen kaya patlatma, sıvı oksijenin (-183℃) yanıcı maddelerle (karbon tozu, odun yongaları, pamuk ipliği gibi) karıştırılmasından sonra hızlı oksidasyon ve ısı salınımı özelliklerine dayanmaktadır. Karışım bir detonatör veya elektrikli ateşleme cihazı ile ateşlendiğinde, sıvı oksijen anında buharlaşır ve genişler (hacim yaklaşık 860 kat genişler), kaya kütlesini ezmek için yüksek basınçlı bir şok dalgası üretir.

Uygulanabilir senaryolar: sert kaya kırma, madencilik (özellikle yüksek gazlı madenler için uygundur, çünkü sıvı oksijenin kendisi yanıcı değildir ve daha yüksek bir güvenliğe sahiptir).

2. Operasyon süreci

1. Delme tasarımı: delik çapı: 40-60 mm, delik derinliği kaya kalınlığının %80-90’ıdır.

Dikim aralıkları ve sıra aralıkları: Kaya sertliğine göre ayarlanır, genellikle dikim aralıkları 0,8-1,2 m, sıra aralıkları ise 0,6-1,0 m'dir.

2. Patlayıcı torbanın hazırlanması: Yanıcı maddeleri (karbon tozu gibi) antistatik bez torbalara koyun, sıvı oksijenin yanıcı maddelere kütle oranına göre (1:2–1:3) sıvı oksijene batırın ve doldurma işlemi 5–10 dakika içinde tamamlanmalıdır* (sıvı oksijen kolayca buharlaşır ve arızaya neden olur).

3. Patlayıcının yüklenmesi ve patlatılması: Patlayıcı torbası sondaj deliğine yerleştirildikten sonra delik ağzı sarı çamurla kapatılır ve kapsülün ateşlenmesinden sonraki gecikme süresi 20-30 ms olarak kontrol edilir.

4. Teknik göstergeler

Oksijen dengesi: Yanıcı maddelerle sıvı oksijenin tam olarak reaksiyona girmesi sağlanarak, artık oksijen birikimi önlenmelidir (oksijen dengesi değeri 0'a yakın olmalıdır). Patlama hızı: Yaklaşık 200–300 m/s olup, patlayıcıların (örneğin TNT'nin patlama hızı 6900 m/s'dir) patlama hızından daha düşüktür ve enerjinin yoğun dağıtılmış deliklerle telafi edilmesi gerekir. Güvenlik eşiği: Oksijen açısından zengin ortamda yangın çıkmasını önlemek için çalışma alanındaki oksijen konsantrasyonunun %23'ten düşük olması gerekir (normal atmosferde %21'dir).

5. Güvenlik riskleri

Uçucu sızıntı: Sıvı oksijen sızıntısı, yerel oksijen konsantrasyonunun standart değerlerin üzerine çıkmasına neden olabilir ve gerçek zamanlı bir oksijen konsantrasyonu izleme cihazının yapılandırılması gerekir. Statik hassasiyet: Tüm aletlerin anti-statik işlemden geçirilmesi ve operatörlerin anti-statik giysiler giymesi gerekir. 2. Genleşen madde (statik kırma maddesi) teknolojisi

1. İlke ve uygulanabilir senaryolar Genleştirici esas olarak kalsiyum oksitten (CaO) oluşur, bu da suyla reaksiyona girerek kalsiyum hidroksit oluşturur ve ısı açığa çıkarır (reaksiyon formülü: CaO + H₂O → Ca(OH)₂ + 65 kJ/mol), hacim olarak 3-4 kat genişler, 30-50 MPa genleşme basıncı üretir ve kaya kütlesini yavaşça çatlatır. Uygulanabilir senaryolar: kentsel bina yıkımı, kültürel kalıntıları koruma projeleri ve beton yapıların statik olarak ezilmesi. 2. İşletme süreci

1. Delme parametreleri: delik çapı: 38–42 mm, delik derinliği bileşen kalınlığının %80'idir.

Delik aralığı: Delik çapının 8-10 katı (örneğin 40 mm delik çapı, delik aralığı 320-400 mm).

2. Bulamaç hazırlama: su-çimento oranı 0,28–0,33 (örneğin HSCA-Ⅲ tipi kırıcı %30–33 su gerektirir), homojen bir macun elde edilene kadar karıştırın.

3. Delik doldurma ve reaksiyon: bulamaç delik derinliğinin %90'ına kadar dökülür ve suyun buharlaşmasını önlemek için delik ağzı ıslak bir bezle kapatılır. Reaksiyon süresi: yazın 2–4 saat, kışın 6–8 saat (reaksiyon süresi sıcaklıktaki her 10°C düşüşte %50 uzar).

3. Teknik göstergeler

Genleşme basıncı: 30–50 MPa (30–50 MPa'lık çimento basınç dayanımına denk gelir). Reaksiyon sıcaklığı artışı: Bulamaç sıcaklığı 80–100°C'ye ulaşabilir ve yanıkları önlemek için izlenmesi gerekir. Çevre koruma: pH değeri 12–13'tür ve bulamaç atığının nötralizasyon işleminden sonra boşaltılması gerekir.

4. Verimlilik optimizasyonu

Çatlak öncesi delik yardımı: Çatlağın genişleme yönünü yönlendirmek için bitişik delikler arasına kılavuz delikler açın. Sıcaklık kontrolü: Reaksiyon süresini kısaltmak için kışın bulamacı karıştırmak için 40℃ ılık su kullanın.

III. CO₂ kaya patlatma teknolojisi

1. İlke ve uygulanabilir senaryolar Sıvı CO₂ yüksek basınçlı çelik boruda (kırık borusu) depolanır ve gazlaştırma elektrikli ısıtma ile tetiklenir (sıvı→gaz hacmi 600 kat genişler). Basınç 300–400 MPa'ya yükseldiğinde, sabit basınçlı kopma diskini kırar ve yüksek basınçlı gaz enerji tahliye başlığından serbest bırakılarak kaya kütlesine çarpar.

Uygulanabilir senaryolar: Yer altı kömür madeni patlamalarının önlenmesi, tünellerde düzgün yüzey patlatmaları ve tehlikeli kaya kütlelerinin hassas bir şekilde kırılması.

2. Operasyon süreci

1. Boru tertibatının kırılması: Boru hacminin %80'ine kadar sıvı CO₂ doldurun (aşırı basınç patlamasını önlemek için) ve doldurma basıncı 7–10 MPa olmalıdır.

2. Delme ve yerleşim: delik çapı 90–110 mm, delik derinliği 2–5 m, kırılma borusunun dış çapı ile delik çapı arasındaki boşluk ≤5 mm (kauçuk pedlerle sabitlenmiştir).

3. Patlama kontrolü: Isıtıcıyı çalıştırın, CO₂ gazlaşır ve 18-25 saniye içinde ayarlanan patlama basıncına (örneğin 300 MPa) basınçlandırılır.

4. Teknik göstergeler

Enerji çıkışı: Tek bir CO₂ tüpü (1,5 kg) yaklaşık 1,5-2 MJ enerji açığa çıkarır, bu da 0,3-0,4 kg TNT'ye eşdeğerdir. Tepe basıncı: Enerji açığa çıkması anında 200-300 MPa'ya ulaşabilir ve süresi 2-5 ms'dir. Güvenlik yedekliliği: Sabit basınçlı patlama diskinin hatası ±%5'tir ve her parti için örnekleme ve test gereklidir.

5. Güvenlik özellikleri

Geri tepme önleyici tasarım: Kırılma borusu GB/T 29910-2013 darbe testini geçmelidir. Güvenlik mesafesi: Sıçrama ve yaralanmayı önlemek için operatör kırılma borusundan 15 metreden daha uzakta olmalıdır.

IV. Mühendislik uygulamasının temel noktaları

1. Çevresel izleme: Sıvı oksijen patlaması, oksijen konsantrasyonunun gerçek zamanlı izlenmesini gerektirir ve CO₂ patlaması, operasyon alanındaki CO₂ konsantrasyonunun tespit edilmesini gerektirir (eşik ≤5000 ppm).

2. Özelleştirilmiş tasarım: Katmanlı kaya kütlesi için delik aralığının %20-%30 oranında azaltılması gerekir; beton yapılarda delik açılırken çelik çubuklardan kaçınılmalıdır.

3. Acil durum planı: Sıvı oksijen sızdığında azot değiştirme sistemini başlatın ve CO₂ kırık borusu sıkıştığında hidrolik basınç tahliye vanasını etkinleştirin.