靜態破碎劑指凡經高溫煅燒以氧化鈣為主體的無機化合物，摻入適量外加劑共同粉磨製成的具有高膨脹性能的非爆破性破碎用粉狀材料。
基本介紹
- 中文名：靜態破碎劑
- 外文名：Static breaker
- 標準號：JC506-2008
- 稱為：無聲破碎劑
- 主體：氧化鈣
- 原理：拉伸應力
基本信息,多孔破碎研究,分析,總結,
基本信息
隨著膨脹壓力的增大, 岩石的破碎發展過程如下: 裂縫的發生、發展、張開幅度的增大, 這是與普通炸藥破岩機理的區別。
假設在無限大的彈性體內有一孔, 該孔半徑 , 內壁作用壓力, 此時任意半徑處的徑向拉伸應力 、切向拉伸應力。
當拉伸應力超過被破碎體的抗拉強度時,被破碎體便產生裂紋進而導致破碎。
由於破碎劑的膨脹壓力所產生的壓應力和垂直方向的拉應力的作用, 不僅在孔的周邊產生裂縫,而且破碎劑的膨脹壓力在裂縫發生後一直持續下去。因此, 所發生的裂縫也繼續發展下去, 這樣依次不斷地發生新的裂縫。通常, 在單一孔內產生的裂縫有2～4 條。
多孔破碎研究
岩石和混凝土都是脆性材料, 一般岩石的抗拉強度約為5～10MPa ; 混凝土的抗拉強度約為2～6MPa , 而靜態破碎劑產生的壓力為40MPa 以上。因此, 只要合理的選擇鑽孔參數, 就能較容易的破碎混凝土和各種岩石。
在實際工程中, 通常採用同一種孔徑、同一藥劑, 同時裝藥。也就是說, 在任何時刻, 兩炮孔參數及作用效果是一致的。
為了取得較大的σ值, 以促進裂紋的發展, 應儘可能增大孔徑並縮小孔眼間距。當有許多孔眼以等間距成排布置時, 被破碎體所受應力會得到加強, 在各孔眼之間就會呈現最大的壓應力和拉應力。由於孔眼軸心面上的拉應力的疊加, 使軸心面上的孔壁處的拉應力值最大, 並最先達到被破碎體的抗拉強度, 於是就會在孔眼軸心面的孔壁面處,最先開始產生徑向裂紋, 隨著膨脹壓力的增大, 裂紋逐漸加大加深。
當破碎劑充填孔與孔之間的距離適當時, 由相鄰的孔產生的裂縫以互相連線的形式發展。如果適當地設計鑽孔間距和鑽孔角度, 則可以對自由麵條件較差的岩體進行有計畫的破碎。
分析
該模型的應力強度因子為:K1 = Fq ( t) π( a + R) (1)
式中: a —單邊裂紋長度; F —影響係數。
隨著裂紋的不斷擴展, 圓孔的影響程度越來越小, 上述模型可簡化為裂紋表面受均布荷載的斷裂模型。
該模型的應力強度因子為:K1 =2q( t)ππ( a + R) ·sin- 1 -Ra + R(2)
隨著裂紋的進一步擴展, 此時可將分布力看成集中力。
該模型的應力強度因子為:K1 = 2q( t)π( a + R)(3)
當取R = 20mm 時, 式(1) 、(2) 、(3) 的變化:
當a ≥2 R 時, 式(1) 、(2)與式(3) 的誤差均分別小於5 % , 故可用(2) 、(3) 式代替(1) 式計算應力強度因子。
此時, 圓孔影響已很小, 可將受內壓的圓孔雙邊裂紋看成表面受均布荷載的直線裂紋, 進一步可簡化為受集中力, 應力強度因子:K1 = 2 2 Rq ( t)W sin 2π( a + R)W(4)
隨著膨脹力的增加, 裂紋擴展的速度繼續變化, 在這個過程中, 根據斷裂判據應有: K1 =K1c , 所以, a ≥2 R 時, 裂紋擴展條件為:
K1c =2q( t)π Wtanπ( a + R)Wsin- 1sinπRWsinπ( a + R)W(5)
也即:K1c = 2 2 Rq ( t)W sin 2π( a + R)W(6)
式中K1c為岩石的斷裂韌性, 可由實驗測定。
取R = 20mm、W = 400mm , 由(5) 、(6) 式計算出的膨脹力與裂紋長度的關係。
在a + R ≤W4 的範圍內, 隨著裂紋長度a 的增加, 所需膨脹力q也增大。也就是說, 對應一定的膨脹壓力, 裂紋僅能擴展一定距離, 若要進一步使裂紋擴展, 必須不斷增大膨脹壓力, 這就是靜態破碎所需膨脹壓力遠大於岩石抗拉強度的原因。
總結
通過對靜態破碎劑破岩機理的研究, 認為將靜態破碎劑套用於煤礦井下地質構造處理方面具有很大前景, 對於地質構造的處理是一次極大的技術革新。需解決的主要問題是:
(1) 從破岩機理出發, 開發適用於煤礦井下的高效能靜態破碎劑, 使其在操作上、反應時間、壓力大小及釋放過程符合要求;
(2) 開發和改進破碎劑攪拌、注漿設備;
(3) 改進鑽孔施工技術, 並按照施工特定要求改進鑽孔設備。
