Pengganti bahan peledak berkualitas tinggi, sistem peledakan batu O2 dan sistem peledakan batu CO2
Dalam proyek-proyek yang melarang penggunaan bahan peledak sipil, peledakan oksigen cair, ekspander (penghancur statis), dan peledakan batu karbon dioksida (CO₂) merupakan teknologi alternatif yang umum digunakan. Berikut ini adalah penjelasan terperinci tentang prinsip-prinsip, prosedur pengoperasian, indikator teknis, dan kontrol keselamatan, yang dipadukan dengan skenario aplikasi rekayasa aktual dan spesifikasi teknis.
1. Teknologi peledakan batu oksigen cair
1. Prinsip dan skenario yang berlaku: Peledakan batu dengan oksigen cair didasarkan pada karakteristik oksidasi cepat dan pelepasan panas setelah oksigen cair (-183℃) dicampur dengan bahan yang mudah terbakar (seperti bubuk karbon, serpihan kayu, benang katun). Ketika campuran tersebut dinyalakan oleh detonator atau alat pengapian listrik, oksigen cair langsung menguap dan mengembang (volume mengembang sekitar 860 kali), menghasilkan gelombang kejut bertekanan tinggi untuk menghancurkan massa batu.
Skenario yang berlaku: penghancuran batuan keras, penambangan (sangat cocok untuk tambang gas tinggi, karena oksigen cair sendiri tidak mudah terbakar dan memiliki keamanan yang lebih tinggi).
2. Proses operasi
1. Desain pengeboran: diameter lubang: 40–60 mm, kedalaman lubang 80%–90% dari ketebalan batu.
Jarak lubang dan jarak baris: disesuaikan dengan kekerasan batu, umumnya jarak lubang adalah 0,8–1,2 m, jarak baris adalah 0,6–1,0 m.
2. Persiapan kantong peledak: masukkan bahan mudah terbakar (seperti bubuk karbon) ke dalam kantong kain antistatis, rendam dalam oksigen cair sesuai dengan rasio massa oksigen cair terhadap bahan mudah terbakar 1:2–1:3, dan pengisian harus selesai dalam waktu 5–10 menit* (oksigen cair mudah menguap dan menyebabkan kegagalan).
3. Pengisian dan peledakan bahan peledak: setelah kantong peledak dimasukkan ke dalam lubang bor, kantong tersebut disegel ke mulut lubang dengan lumpur kuning, dan waktu tunda setelah detonator dinyalakan dikontrol pada 20–30 ms.
4. Indikator teknis
Keseimbangan oksigen: perlu memastikan bahwa bahan bakar dan oksigen cair bereaksi sepenuhnya untuk menghindari akumulasi oksigen sisa (nilai keseimbangan oksigen harus mendekati 0). Kecepatan detonasi: sekitar 200–300 m/s, lebih rendah dari kecepatan detonasi bahan peledak (seperti kecepatan detonasi TNT 6900 m/s), dan energi perlu dikompensasi oleh lubang yang terdistribusi secara rapat. Ambang batas keselamatan: Konsentrasi oksigen di area kerja harus lebih rendah dari 23% (atmosfer normal adalah 21%) untuk mencegah kebakaran yang disebabkan oleh lingkungan yang kaya oksigen.
5. Risiko keselamatan
Kebocoran volatil: Kebocoran oksigen cair dapat menyebabkan konsentrasi oksigen lokal melebihi standar, dan monitor konsentrasi oksigen waktu nyata perlu dikonfigurasi. Sensitivitas statis: Semua peralatan perlu dirawat dengan perawatan antistatis, dan operator perlu mengenakan pakaian antistatis. 2. Teknologi agen pengembang (agen penghancur statis)
1. Prinsip dan skenario yang berlaku Ekspander terutama terdiri dari kalsium oksida (CaO), yang bereaksi dengan air untuk membentuk kalsium hidroksida dan melepaskan panas (rumus reaksi: CaO + H₂O → Ca(OH)₂ + 65 kJ/mol), mengembang 3–4 kali lipat volumenya, menghasilkan tekanan ekspansi 30–50 MPa, dan perlahan-lahan memecahkan massa batuan. Skenario yang berlaku: pembongkaran bangunan perkotaan, proyek perlindungan peninggalan budaya, dan penghancuran statis struktur beton. 2. Proses operasi
1. Parameter pengeboran: diameter lubang: 38–42 mm, kedalaman lubang 80% dari ketebalan komponen.
Jarak lubang: 8–10 kali diameter lubang (misalnya diameter lubang 40 mm, jarak lubang 320–400 mm).
2. Penyiapan bubur: perbandingan air-semen 0,28–0,33 (misalnya pemecah tipe HSCA-Ⅲ memerlukan 30–33% air), aduk hingga menjadi pasta yang seragam.
3. Pengisian lubang dan reaksi: bubur dituangkan hingga 90% dari kedalaman lubang, dan mulut lubang ditutup dengan kain basah untuk mencegah penguapan air. Waktu reaksi: 2–4 jam di musim panas, 6–8 jam di musim dingin (waktu reaksi diperpanjang hingga 50% untuk setiap penurunan suhu 10°C).
3. Indikator teknis
Tekanan ekspansi: 30–50 MPa (sesuai dengan kekuatan tekan semen sebesar 30–50 MPa). Kenaikan suhu reaksi: suhu bubur dapat mencapai 80–100°C, yang perlu dipantau untuk menghindari luka bakar. Perlindungan lingkungan: nilai pH adalah 12–13, dan limbah bubur perlu dibuang setelah proses netralisasi.
4. Optimasi efisiensi
Bantuan lubang pra-retak: Bor lubang pemandu di antara lubang yang berdekatan untuk memandu arah perluasan retakan. Kontrol suhu: Gunakan air hangat 40℃ untuk mencampur bubur di musim dingin guna mempersingkat waktu reaksi.
III. Teknologi peledakan batuan CO₂
1. Prinsip dan skenario yang berlaku CO₂ cair disimpan dalam pipa baja bertekanan tinggi (pipa rekahan), dan gasifikasi dipicu oleh pemanasan listrik (volume gas→cair mengembang 600 kali lipat). Ketika tekanan naik hingga 300–400 MPa, gas tersebut menembus cakram pecah bertekanan konstan, dan gas bertekanan tinggi dilepaskan melalui kepala pelepas energi untuk menghantam massa batuan.
Skenario yang berlaku: pencegahan letusan tambang batu bara bawah tanah, peledakan permukaan halus terowongan, dan penghancuran massa batuan berbahaya secara tepat.
2. Proses operasi
1. Rakitan pipa rekah: Isi cairan CO₂ hingga 80% dari volume pipa (untuk mencegah ledakan tekanan berlebih), dan tekanan pengisian adalah 7–10 MPa.
2. Pengeboran dan tata letak: diameter lubang 90–110 mm, kedalaman lubang 2–5 m, celah antara diameter luar pipa rekahan dan diameter lubang ≤5 mm (diperbaiki dengan bantalan karet).
3. Kontrol detonasi: Nyalakan pemanas, CO₂ berubah menjadi gas dan bertekanan hingga mencapai tekanan pecah yang ditetapkan (misalnya 300 MPa) dalam waktu 18–25 detik.
4. Indikator teknis
Keluaran energi: Satu tabung CO₂ (1,5 kg) melepaskan sekitar 1,5–2 MJ energi, setara dengan 0,3–0,4 kg TNT. Tekanan puncak: Pelepasan energi dapat mencapai 200–300 MPa secara instan, dan durasinya 2–5 ms. Redundansi keselamatan: Kesalahan cakram pecah tekanan konstan adalah ±5%, dan pengambilan sampel serta pengujian diperlukan untuk setiap batch.
5. Spesifikasi keselamatan
Desain anti-flashback: Pipa rekah harus lulus uji benturan GB/T 29910-2013.Jarak aman: Operator harus berada lebih dari 15 m dari pipa rekah untuk mencegah percikan dan cedera.
IV. Poin-poin penting penerapan teknik
1. Pemantauan lingkungan: Ledakan oksigen cair memerlukan pemantauan konsentrasi oksigen secara langsung, dan ledakan CO₂ memerlukan deteksi konsentrasi CO₂ di area operasi (ambang batas ≤5000 ppm).
2. Desain khusus: Untuk massa batuan berlapis, jarak lubang perlu dikurangi sebesar 20%–30%; struktur beton perlu menghindari batang baja saat mengebor lubang.
3. Rencana darurat: Nyalakan sistem penggantian nitrogen saat oksigen cair bocor, dan aktifkan katup pelepas tekanan hidrolik saat pipa fraktur CO₂ macet.
