摘要：二氧化碳新型致裂技术是利用液态二氧化碳受热气化膨胀，快速释放高压二氧化碳破断岩石，二氧化碳致裂器释放的高压气体温度为零度左右，无明火，无有毒有害气体，安全环保。从而解决了以往用炸药爆破开采和预裂中破坏性大、危险性高、矿石飞溅、噪音污染等缺点，为岩石开采和预裂提供可靠保证。本文主要从二氧化碳新型致裂技术在具体边坡石方开挖工程中的应用、相较于传统炸药爆破施工对比的优势以及未来发展的前景进一步阐述与探讨，希望能够为该产业的发展和进一步推广与应用提供有效的参考。
关键词：二氧化碳致裂器；岩石开采；传统炸药爆破；发展前景
1 前言
现如今，边坡石方开挖、矿山开采、隧道岩石开挖等石方的破碎，应用较多的就是传统炸药爆破和石方机械破碎，传统炸药爆破技术因炸药固有的危险性限制了爆破技术在距离居民区较近工程区域的应用；石方机械开挖对于大方量的石方破碎效率较低，不能满足正常施工工期需求。二氧化碳新型致裂技术工作原理属于物理变化，在岩石致裂过程中无明火、无有毒有害气体、裂岩威力大效率高、操作简单、安全环保。因此，二氧化碳新型致裂技术是解决传统炸药爆破危险性和石方机械破碎施工效率低的最佳新型技术。
2 二氧化碳新型致裂技术工艺
2.1 二氧化碳致裂器构造
二氧化碳致裂器的主要组件是由一根高强度可重复使用的钢管充满液态二氧化碳，充装阀、发热装置，泄能组件，充气组件，激发电路连接组件，以及其他连接辅助组件组成。通过活化器加热液态二氧化碳瞬间气化，释放高压二氧化碳气体能量，破裂目标材料。每次使用后可以装填新的活化器、泄能片，充装液态二氧化碳等再次使用。
2.2 二氧化碳新型致裂技术工作原理
二氧化碳的致裂原理本质上就是物理变化，是二氧化碳从液体瞬间转换成气体，破碎岩体的主要能量是气体膨胀产生的机械能做功。液态二氧化碳储存在致裂承压管内，通过特定的发热装置打开致裂管下方的活化器瞬间将液态转换成气态，通过泄能组件释放出来。液体二氧化碳密度1.101克/(厘米)^3，一立方=1.1吨，除以分子量1100kg/44=25 Kmol。标准状态下，1摩尔气体为22.4L。故一立方液体二氧化碳为22.4L×25Kmol=560立方气态二氧化碳。108mm的致裂管可存放8kg，8/44×22.4=4立方，即为现场的致裂管在封闭的致裂孔中瞬间产生4立方的气态二氧化碳从而把石块涨裂。
3 二氧化碳新型致裂技术在工程中的应用
3.1 工程概况
工程地点位于陕西省镇安县月河镇菩萨店村，本工程为北京市第五建筑工程集团有限公司承建的陕西镇安抽水蓄能电站业主营地及EM1标施工营地场地平整工程，业主营地右岸石方开挖工程距菩萨店村约50m，场地面积约20600㎡，石方开挖工程量约46000m³。石方开挖区域为大理岩，坡度陡、高度高、难度大，因该施工区域临近菩萨店村且施工区域下方为社会保通道路，采用传统炸药爆破不满足安全距离要求。因此本工程采用二氧化碳新型致裂技术方式进行土石方开挖施工。
3.2 现场试验与应用
2018年10月16日，在厂家专业技术人员指导下在业主营地右岸进行一次试验性致裂施工，因为现场岩石属于特坚石，根据厂家以往施工经验确定如下实验参数：
3.2.1现场的试验参数
（1）布孔形成：孔距：2.5x2.5m梅花形；
（2）孔深：2-5m；
（3）超深：0.2m
（4）单耗二氧化碳：7-9kg/m³；
（5）中间段台阶高度：2-5m；
3.3.2试验结果
本次实验在业主营地右岸EL841-EL836处安装5根108致裂管，液态二氧化碳使用量为45kg，瞬间释放出的气态二氧化碳为20立方。致裂完成后对本次致裂出的石方量进行了现场测量，长8.5m、宽度1.4、高2.5，本次致裂方量共计：29.75方。
4 相较于传统炸药爆破施工对比的优势
（1）运输方面：民用爆破的雷管炸药的运输必须要有专用的运输车运送，而且每辆车要有专职的驾驶员、安全员押送。而且乳化炸药和雷管必须分开运输。二氧化碳致裂器只需在加工厂将致裂管的液态二氧化碳充装完成后，普通的皮卡车或者轻型小货车运输即可。
（2）存放方面：民用爆破必须要有指定炸药库存放。每次申请的炸药应按设计规定的药量，不准随意增减，不同段别的雷管有分别放置，防止出现差错，现场不得存放雷管炸药。二氧化碳致裂器对存放的场所基本上没有要求，只要做到现场摆放整齐即可，而且为了加快速度现场可在指定的地方存放定量致裂管。
（3）充装方面：民用爆破在现场装填施工时，向孔内装填药量，得用木质填塞棒将药包轻轻送入孔底。填土时先轻后重，力求填满捣实，防止损伤脚线。二氧化碳致裂器在装填过程中基本采用机械吊装人工为辅，这样可以大大缩短了装填的时间。
（4）安全警戒方面：民用爆破前必须将所有人员和机械、车辆、器材一律撤至指定的安全地点。安全警戒半径300 m。二氧化碳致裂器在致裂时也要进行警戒，但警戒的距离仅需15米，致裂完成后机械人员可迅速进行下一步施工，缩短了人员机械的等待和安全距离的时间。
（5）环境及外界影响方面：民用爆破在施工时会产生噪音、粉尘污染、飞石和一些有害气体：一氧化碳、二氧化氮、三氧化二、二氧化硫、硫化氢、氨等有害气体对不仅对现场的施工人员和周围的居民会造成很大的伤害，而且对四周的生态环境破坏力也很巨大。二氧化碳致裂在这方面大大的降低了噪音，基本上不会产生粉尘污染、飞石，并且在施工过程中更不会产生任何的有害气体。
5 二氧化碳新型致裂技术的发展前景
（1）环保:定向泄能对周围环境不产生破坏、不产生一氧化碳及氮氧化合物等有毒气体，能较好的改善工作环境，有益旷工身体健康。
（2）有效:做功力量大且完全可靠，可完全替代传统炸药爆破在矿山开采等领域的应用。
（3）安全:该系统属于物理变化，做功过程短暂、无名火、无振动、无声音、无烟尘、无冲击波。距离居民、建筑物近距离可施工。
（4）便利:通过不同的二氧化碳填充量、更换不同型号的定能泄压片和发热活化器可控制膨胀系统的工作压力，从而时应不同的工作环境。
（5）经济:整套系统可重复利用，使用成本低。
（6）快速:组装、充装操作简单，爆破准备时间段，可大大提高工作效率。
6 结束语
二氧化碳新型致裂技术是在石方开挖、矿山开采、隧道岩石开挖等领域诞生的新型技术，是对传统炸药爆破不足之处的补充，尤其适用于特殊工况业，如城市工程施工、城区隧道施工、城市地铁、城市道路施工以及距离文物景点、居民区较近的施工现场，能发挥较传统炸药爆破较大优势。因此二氧化碳新型致裂技术自身独特的优势对国家未来经济、环保等方面发展有更加深远的意义。
参考文献
[1]许梦飞.煤层中液态二氧化碳相变致裂半径的研究[D].河南：河南理工大学土木工程学院.2016
[2]黄圆月，尹岚岚，倪昊，孙小明，唐春晓.二氧化碳致裂器研究与应用[M].煤炭技术，2015，（08）.
[3]王海东.MZL二氧化碳致裂器[Z].媒科集团沈阳研究院有限公司，2015-04-27.
[4]詹德帅.二氧化碳充装量与制裂效果的模拟分析[D].煤炭科学研究总院，2017.
论文作者:陈宏杰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/22
标签：二氧化论文; 炸药论文; 液态论文; 技术论文; 气体论文; 传统论文; 立方论文; 《基层建设》2019年第12期论文;