《氣能破巖作業(yè)技術規(guī)程》征求意見稿

1T/TMACXXX—202X氣能破巖作業(yè)設備規(guī)程本文件規(guī)定了氣能破巖技術規(guī)程的術語和定義、基本要求、施工設備和破巖器材、方案設計、施工方法和應急預案等。本文件適用于利用二氧化碳、液氧、氮氧液態(tài)混合體等液態(tài)氣體的能量在明挖基坑、露天礦山開采等工程。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB16423金屬非金屬礦山安全規(guī)程GB6722爆破安全規(guī)程GB50842建材礦山工程施工與驗收規(guī)范GB50598水泥原料礦山工程設計規(guī)范GB51016非煤露天礦邊坡工程技術規(guī)范GB2894安全標志及其使用導則GB14161礦山安全標志GBZ158工業(yè)場所職業(yè)病危害警示標識GBZ188職業(yè)健康監(jiān)護技術規(guī)范GB/T11651個體防護裝備配備規(guī)范GB/T29639生產(chǎn)經(jīng)營單位生產(chǎn)安全事故應急預案編制導則GB/T6893鋁及鋁合金拉（軋）制管材GB50994工業(yè)企業(yè)電氣設備抗震鑒定標準GB/T191包裝儲運圖示標志GB/T2423電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗GB/T2828計數(shù)抽樣檢驗程序GB/T5226機械電氣安全GB/T17618信息技術設備GB/T6052工業(yè)液體二氧化碳GB/T14193液化氣體氣瓶充裝規(guī)定JB/T14437二氧化碳致裂管GB/T35528低溫液化氣體安全指南GB18218危險化學品重大危險源辨識GB/T37243危險化學品生產(chǎn)裝置和儲存設施外部安全防護距離確定方法3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1液態(tài)氣體liquefiedgas2T/TMACXXX—202X一種或多種混合處于液體狀態(tài)的物質(zhì)。3.2氣能liquefiedgasenergy一種或多種液態(tài)氣體吸熱氣化后相變所具有的做功能量。3.3氣能破巖技術rockbreakingtechnologywithliquefiedgasenergy利用氣能對巖石介質(zhì)產(chǎn)生沖擊破壞作用的施工技術。3.4破巖單元rockbreakingunit安放在炮孔內(nèi)，容納液態(tài)氣體以實現(xiàn)氣能破巖的器材。3.5二氧化碳致裂器Carbondioxidecrackingdevice由發(fā)熱裝置、二氧化碳致裂器用致裂管、充氣裝置（單向閥）等組成，利用液體二氧化碳吸熱氣化物理相變時體積急劇膨脹產(chǎn)生高壓致使巖體開裂的裝置。3.6致裂管Liquidstoragetube用于儲存液態(tài)二氧化碳的管式容器，致裂器根據(jù)充液和泄氣方式，主要由重復性致裂器、孔外充液一次性致裂器、孔內(nèi)充液一次性致裂器。3.7發(fā)熱裝置Heatingdevice一種由發(fā)熱材料、無藥部分、點火裝置等組成，為液態(tài)二氧化碳致裂管內(nèi)液體二氧化碳提供相變能的裝置。3.8點火裝置Ignitiondevice由兩根絕緣腳線、熔絲、引藥組成，用以引燃發(fā)熱材料的器件。3.9發(fā)熱材料Heatingmaterial一種由氧化劑、還原劑、添加劑等組成，在一定壓力條件下，通過啟動點火裝置作用，能夠迅速釋放大量相變能的固體粉末混合物。3.103T/TMACXXX—202X泄放壓力RelievingPressure致裂器中定壓剪切片破斷時，所釋放的二氧化碳最大壓力。3.11液氧儲能管energystoragecylinderforliquefiedgasenergy由充液管、可燃物、柔性外殼、排氣管和管口密封件等組成，利用液氧吸熱氣化相變時體積急劇膨脹產(chǎn)生高壓，致使巖體開裂或破碎的設備。3.12能量密度Energydensity致裂單位體積巖石需要消耗的液態(tài)氣體重量，單位kg/m33.13激發(fā)器exciter由延時機構(gòu)、升壓器、輸出通道、電源、激發(fā)開關及控制面板、外殼等組成組成，用于激發(fā)液氧儲能管內(nèi)發(fā)火元件的裝置。3.14發(fā)火元件ignitionelement在激發(fā)器高壓電脈沖作用下，其金屬電阻絲受熱并瞬間釋放熱量，使儲能管內(nèi)可燃物燃燒的器件。3.15液態(tài)二氧化碳充裝機liquidcarbondioxidefillingmachine控制液態(tài)二氧化碳充裝數(shù)量、充裝壓力和流速、將其從杜瓦罐中注入剛性致裂管的智能操作設備。3.16杜瓦罐D(zhuǎn)ewarsflask為儲存、運輸和使用液態(tài)二氧化碳而設計的具有超級真空絕熱功能的不銹鋼壓力容器。4施工設備和破巖器材4.1基本要求施工用專用機具和器材應符合相關標準、規(guī)范和滿足施工要求，并通過合格檢驗。4.2鉆孔及挖掘設備4.2.1致裂孔鉆鑿應采用符合國家標準及鉆孔要求的各種鉆機，與滿足破巖技術設計中炮孔直徑相符合的鉆頭等配件。4T/TMACXXX—202X4.2.2挖掘設備應滿足鉆孔施工環(huán)節(jié)的需要，主要用于鉆孔工作平臺及進出口道路修整、臺階掌子面根底的清除以及危石的清理。4.3液態(tài)氣體4.3.1液態(tài)氣體是根據(jù)破巖技術設計提出，包括液態(tài)二氧化碳和液氧，經(jīng)吸熱氣化相變后具有破巖做功的能量。4.3.2相關特種企業(yè)根據(jù)施工單位提出的具體要求，將液態(tài)氣體裝入專用儲存罐運至施工現(xiàn)場。4.4破巖單元4.4.1重復使用二氧化碳致裂器安放發(fā)熱管和存放液態(tài)二氧化碳的容器，通過底部泄氣釋放能量并可重復使用見圖1。注：重復使用致裂器（孔外充裝）通常由充裝端頭、發(fā)熱裝置、主管體、泄能端圖1孔外充裝重復使用致裂器示意圖4.4.2一次性二氧化碳致裂器用于安放發(fā)熱管和存放液態(tài)二氧化碳，氣體能量從管身側(cè)面焊縫處釋放的一次性容器見圖2。圖2孔外充裝一次性致裂管示意圖5T/TMACXXX—202X4.4.3一次性液氧儲能管盛裝處于臨界溫度和臨界壓力下液氧的柔性管腔見圖3。注：儲能管通常由柔性膜套、進液鋁管、排氣軟管、電點火元圖3柔性儲能管結(jié)構(gòu)示意圖4.5激發(fā)系統(tǒng)4.5.1激發(fā)系統(tǒng)組成激發(fā)系統(tǒng)由點火裝置、加熱裝置和網(wǎng)路連接線組成。激發(fā)系統(tǒng)應符合本標準的要求，確保破巖作業(yè)中儲液內(nèi)液態(tài)氣體的可靠激發(fā)。激發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖4。圖4激發(fā)系統(tǒng)網(wǎng)路連接圖示意圖6T/TMACXXX—202X4.5.2點火裝置的結(jié)構(gòu)及主要性能點火裝置的結(jié)構(gòu)激發(fā)器由延時機構(gòu)、升壓器、輸出通道、電源、激發(fā)開關及控制面板、外殼等組成，其結(jié)構(gòu)原理見圖5。圖5點火裝置結(jié)構(gòu)原理圖點火裝置的主要性能：點火裝置主要性能包括：——激發(fā)電壓：1500V-3000V可調(diào)；——信號輸出通道：不少于10個通道；——各通道信號輸出的間隔時間△t：5ms或10ms可調(diào)；——可靠性：置信度99.9%；——系統(tǒng)時間誤差：激發(fā)器信號輸出和發(fā)火元件反應總時間控制在5ms以內(nèi)；——防震性能：滿足國標GB50994；——使用環(huán)境溫度：-30℃至+50℃。4.6液態(tài)氣體充裝4.6.1孔外充裝重復二氧化碳致裂管通過高壓泵將液態(tài)二氧化碳充入致裂管，用電點火元件引燃發(fā)熱裝置，發(fā)熱裝置發(fā)熱產(chǎn)生熱量使液態(tài)二氧化碳相變，使泄能片破壞，釋放高壓氣體進入炮孔，對巖石介質(zhì)沖擊做功的設備。4.6.2孔外充裝一次性二氧化碳致裂管把液態(tài)二氧化碳充入致裂管，用電點火元件引燃發(fā)熱裝置，發(fā)熱裝置發(fā)熱產(chǎn)生熱量使液態(tài)二氧化碳相變，使一次性剛性致裂管焊縫破壞，釋放高壓氣體進入炮孔，對巖石介質(zhì)沖擊做功的設備。4.6.3孔內(nèi)充裝一次性二氧化碳致裂管把未充氣的致裂管裝入炮孔，然后將炮孔堵塞起來。所有炮孔都堵塞好以后，再逐個給致裂管充入液態(tài)二氧化碳，用電點火元件引燃發(fā)熱裝置，發(fā)熱裝置發(fā)熱產(chǎn)生熱量使液態(tài)二氧化碳相變，使致裂管焊縫破壞，釋放高壓氣體進入炮孔，對巖石介質(zhì)沖擊做功的設備。4.6.4孔內(nèi)充裝一次性液氧儲能管7T/TMACXXX—202X把未充氣的儲能管裝入炮孔，然后將炮孔堵塞起來。所有炮孔都堵塞好以后，再逐個給儲能管充入液氧，用發(fā)火元件引燃可燃物，可燃物爆燃產(chǎn)生熱量使液氧相變，使儲能管柔性外殼破壞，釋放高壓氣體進入炮孔，對巖石介質(zhì)沖擊做功的設備。4.7規(guī)格及尺寸施工設備和破巖器材的主要規(guī)格、尺寸均應符合設計和使用要求，主要尺寸偏差應小于±1%。5方案設計5.1基本要求5.1.1二氧化碳相變破巖技術設計方案和施工組織設計應由本單位具有相應資格的技術人員完成。5.1.2二氧化碳相變破巖技術設計方案和施工組織設計應由本單位負責人組織相關專家進行評審，對方案中的致裂器的選用、孔網(wǎng)參數(shù)等關鍵內(nèi)容進行技術合理性和作業(yè)安全性評價。5.1.3技術人員應根據(jù)專家評審意見對技術設計方案和施工組織設計進行完善和補充，經(jīng)本單位負責人批準后方可實施。5.2方案設計基本資料應獲取以下資料：——地質(zhì)結(jié)構(gòu)：層理、斷層、節(jié)理、軟弱夾層和褶皺等；——施工區(qū)域的地形地貌等；——施工區(qū)域的水文、氣象條件等；——巖石的物理力學性質(zhì)：抗拉強度、抗壓強度、彈性模量、波速和泊松比等力學性能、容積密度、孔隙率、風化度、波阻抗等；——施工區(qū)域周邊環(huán)境情況：對周圍環(huán)境狀況的勘察，包括施工區(qū)域的方位、交通等情況的勘察和對施工可能危及的供水、排水、供氣、供電、通訊、輸油管線等設施，以及對周邊交通隧道、堤壩、鐵路、橋梁和建筑物等重要設施的勘察。5.3破巖技術方案設計5.3.1設計依據(jù)主要包括以下內(nèi)容：——有關的國家標準、行業(yè)規(guī)范和技術規(guī)程；——工程業(yè)主的委托書或合同；——工程設計單位提出的勘測任務書和礦山設計文件、圖紙及現(xiàn)場實測、復核資料；——相關的地質(zhì)勘查報告，現(xiàn)場試驗報告和檢測報告等；——施工區(qū)域工程地質(zhì)報告；——其他相關的設計參考資料和文獻等。5.3.2設計內(nèi)容主要包括以下內(nèi)容：——工程概況，包括施工對象、施工環(huán)境概述及相關圖紙，施工質(zhì)量、工期、環(huán)保及安全要求；——總體方案設計，包括施工方法、選定方案的主要參數(shù)及相關圖紙；——主要技術參數(shù)設計，包括：8T/TMACXXX—202X.臺階高度：兩個施工平臺之間的垂直距離；.孔網(wǎng)參數(shù)：孔徑d、最小抵抗線W、孔距a、排距b、孔深L、炮孔傾角θ、超深h、儲能管長度l1、填塞長度l2、儲能管和炮孔直徑的比值等；.一次破巖工程量M：一次破巖作業(yè)完成的總方量；.一次破巖總注入量Q總：一次破巖作業(yè)消耗的液化氣體總質(zhì)量；.最佳液化氣體混合比例x：液氮與液氧的合理比值；.單孔注入量Q：單個炮孔內(nèi)的液化氣體總質(zhì)量；.每延米炮孔注入量p：沿軸向長度每米炮孔的液化氣體總質(zhì)量；.最大單段注入量Qmax：一個延期單段的最大注入質(zhì)量；.段間延期時間△t：兩排炮孔或兩個炮孔之間的激發(fā)時間差；.總段數(shù)n：延期時間的總個數(shù)；.單耗q：破碎每立方米巖石消耗的液化氣體質(zhì)量?！┕と藛T、材料、機具設備的安排和組織；——施工安全、環(huán)保、質(zhì)量和文明施工措施——事故處理措施及應急預案。6施工方法6.1施工準備6.1.1應在施工范圍設置作業(yè)施工公告，內(nèi)容包括施工作業(yè)項目名稱、委托單位、設計施工單位、施工區(qū)域、施工作業(yè)時限等6.1.2工程施工前，應根據(jù)技術方案設計、施工組織設計和場地條件，對施工場地進行規(guī)劃，并開展施工現(xiàn)場清理與準備工作。6.1.3施工場地規(guī)劃內(nèi)容應包括：——施工區(qū)段或作業(yè)面劃分及其程序編排；——與清運作業(yè)交叉循環(huán)的合理方案；——有礙破巖作業(yè)的障礙物拆除與處理方案；——現(xiàn)場施工機械的規(guī)劃和配置；——進出場主通道及各作業(yè)面臨時通道布置；——施工用風、水、電供給系統(tǒng)的方案編制；——施工機具、設備維修場地布置；——施工用器材現(xiàn)場臨時存放與保管的場所布置；——施工現(xiàn)場防洪與排水措施。6.2清表及進出口道路修整6.2.1應采用機械挖運設備清除施工區(qū)域表土及植被層，為鉆孔施工創(chuàng)造工作面。6.2.2根據(jù)施工組織設計修筑鉆機和挖運設備進出施工平臺的道路。6.3布孔6.3.1炮孔布置分為單排布孔或多排布孔，一般采用梅花形布孔方式。6.3.2依照技術設計方案在施工平臺進行布孔測量放樣，具體內(nèi)容為：——依據(jù)技術設計中的布孔方式和孔網(wǎng)參數(shù)要求確定每個布孔的位置；——標注每個炮孔的孔位、鉆孔角度和深度。9T/TMACXXX—202X6.4鉆孔6.4.1采用潛孔鉆、液壓鑿巖鉆或手持鑿巖機等鉆機實施鉆孔。6.4.2嚴格控制鉆孔精度，每孔最大軸向偏差不大于1.5%，深度偏差為1.0%，間排距允許誤差1.0%，第1排炮孔的最小底盤抵抗線允許誤差2%。6.4.3對鉆孔情況進行實時記錄，鉆孔結(jié)束后應標注記錄具有炮孔缺陷、含水層和不良工程地質(zhì)的孔位，并進行技術交底。6.5驗孔6.5.1應將孔口周圍0.5m范圍內(nèi)的碎石、雜物清除干凈，對不穩(wěn)定的孔口巖壁應進行維護。6.5.2對炮孔的孔深、孔距、排距、炮孔傾斜度以及孔內(nèi)的堵塞情況等進行逐孔測量、登記驗收，確定是否需要進行補孔、修孔。補修孔后應重新進行驗收。6.5.3應及時處理不合格炮孔，未達驗收要求的不得裝孔。6.5.4對掌子面存在的過大根底，應采用工程機械進行提前處理。7.5.5應采用柔性材料對驗收合格的炮孔封口保護。6.6破巖單元安放6.6.1基本要求破巖單元可根據(jù)充裝方式分為孔外充裝及孔外充裝，不同充裝方式的破巖單元安放順序不同。充液前應撤離施工警戒范圍內(nèi)的油動機械設備，避免充液與油動鑿巖設備、挖運設備等交叉作業(yè)。分別檢查液態(tài)二氧化碳杜瓦罐、充裝機、液體輸送管道的完好性，確保液態(tài)二氧化碳輸送組成部分工作狀態(tài)正常。根據(jù)施工現(xiàn)場炮孔的分布情況確定液態(tài)二氧化碳充裝設備各組成部分的安裝部位。6.6.2孔外充裝基本要求.1氣能破巖設計中采用孔外充裝時液化氣體可選擇二氧化碳；破巖單元可選擇重復使用二氧化碳致裂器或一次性二氧化碳致裂器。.2采用孔外充裝時，破巖氣體安放的施工順序為充裝、裝孔、填塞。設備連接孔外充裝時，設備連接見圖6：T/TMACXXX—202X圖6孔外充裝設備組成示意圖充裝根據(jù)工程特點，巖石性質(zhì)，臺階高度及臨空面間距、致裂管孔徑、以及直列順序等分別計算每個孔外致裂管二氧化碳充裝量，并在致列管上標記直列順序；二氧化碳充裝量可參考下表1。表1二氧化碳氣體致裂設備數(shù)據(jù)采集表管直徑長度充氣量重量打孔直徑51mm0.7kg60mm73mm93cm0.7-0.9kg22kg90mm83mm1.4kg37kg100mm95mm2.0-2.3kg43kg115mm98mm3.7kg47kg115mm108mm2.3m6.8kg108kg125mm裝孔.1根據(jù)炮孔深度和充好液的致裂管長度確定裝孔人員數(shù)量，避免致裂管在裝孔過程中不發(fā)生線路短。.2作業(yè)人員應協(xié)同將致裂管緩慢裝入炮孔內(nèi)，確保儲能管端部到達孔底；裝孔過程中應注意保護發(fā)火元件的腳線不破損。.3致裂管裝入炮孔后，應檢查發(fā)火元件腳線是否完好并處于炮孔口部外。填塞.1根據(jù)填塞的質(zhì)量和長度要求將填塞物裝填于炮孔內(nèi)口部一定深度處，確保填塞效果。.2填塞過程中應注意防止石塊等雜物進入炮孔中。.3裝填過程中應注意保護發(fā)火元件腳線不受損；6.6.3孔內(nèi)充裝基本要求T/TMACXXX—202X.1氣能破巖設計中采用孔內(nèi)充裝時液化氣體可選擇二氧化碳或液氧；破巖單元可選擇一次性二氧化碳致裂器或一次性液氧儲能管。.2采用孔內(nèi)充裝時，破巖氣體安放的施工順序為裝孔、填塞、充裝。設備連接孔內(nèi)充裝時，設備連接見圖7：圖7孔內(nèi)充裝設備組成示意圖填塞同本文件條。裝孔同本文件條。充裝.1打開杜瓦罐，通過充裝機、充裝機和液體輸送管道向炮孔內(nèi)破巖單元輸入定量的液態(tài)氣體，直至所有炮孔內(nèi)破巖單元均注入等量的液態(tài)氣體。.2液態(tài)二氧化碳充裝量可參考本文件6.2.3；液氧充裝量應根據(jù)方案設計確定。.3全部炮孔充液完成后，關閉液態(tài)杜瓦罐閥門和充裝機閥門開關，撤除輸送設備各組成部分并移至安全地點。.4應打開存放在安全地點的輸送設備各組成部分的所有閥門開關，使管內(nèi)殘留液體自然揮發(fā)。6.7敷設激發(fā)網(wǎng)絡T/TMACXXX—202X6.7.1基本要求各種激發(fā)網(wǎng)絡，均應使用現(xiàn)場檢查合格的器材，并由專人進行激發(fā)網(wǎng)絡的聯(lián)接，網(wǎng)絡連接檢查人員不少于兩人；在可能對激發(fā)網(wǎng)絡造成損害的部位，應采取措施保護敷設激發(fā)網(wǎng)絡應由有經(jīng)驗的技術人員實施，并實行雙人作業(yè)制。6.7.2激發(fā)網(wǎng)絡連接網(wǎng)絡連接應嚴格按設計進行串聯(lián)聯(lián)接，網(wǎng)絡連線中嚴禁有死結(jié)，炮孔內(nèi)嚴禁有接頭，相鄰炮孔之間應留有足夠的距離;6.7.3激發(fā)網(wǎng)絡檢查聯(lián)線工作完成后，由施工負責人和生產(chǎn)經(jīng)理進行檢查，其它人員必須全部撤到警戒線以外，應檢查內(nèi)容包括:——有無漏接或中斷、破損；——有無打結(jié)或打圈，支路拐角是否符合規(guī)定；——線路連接方式是否正確是否與