二氧化碳氣體破巖在500kV變電站場平開挖中的實踐應用

闕小生 靳如新 賈川

摘 要：介紹了二氧化碳co2氣體爆破技術在福建某500kV變電站場平開挖中的實踐應用，從技術經濟角度看，面對工期緊、任務重的電網建設現狀，完全滿足場平開挖條件，從基建安全角度出發，由原來四級風險作業的炸藥爆破降為三級以下風險作業的氣體破巖，大大提高了現場作業的安全管控水平。

關鍵詞：氣體碳巖 實際應用 500kV變電站

中圖分類號：X32 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（a）-0035-02

福建某500kV變電站工程，處于沿海片巖集中區，站區所處位置片巖石基本上由中風化花崗巖組成，開挖量達5萬方，施工難度極大。面對工期緊、任務重、安全壓力大、民用炸藥爆破前期手續辦理繁瑣等種種困難，特提出采用二氧化碳氣體（CO2）破巖方式對該變電站片巖石進行破巖開挖。

1 二氧化碳氣體（CO2）破巖機理

二氧化碳氣體（CO2）破巖技術是一種理念先進、方法安全、效果顯著的爆破技術，屬于物理爆破技術，具有爆破過程無火花外露、爆破威力大、無需驗炮、操作簡便、不屬于民爆產品，其運輸、儲存和使用獲豁免審批等優點，被廣泛應用于各工程領域。因此，二氧化碳氣體（CO2）破巖技術有望取代炸藥預裂爆破、水力擴孔、水力壓裂來強化提高煤層透氣性，快速消除突出危險性或沖擊地壓。

二氧化碳氣體（CO2）破巖屬于物理致裂過程，通過化學加熱液態二氧化碳，使其壓力劇增至20～60MPa，高壓液態二氧化碳沖破定壓剪切片迅速轉化為氣態，體積膨脹600多倍，瞬間釋放的氣體膨脹能使鉆孔周邊煤體致裂；液態二氧化碳體積膨脹過程會吸收大量的熱量，能有效降低致裂范圍內的煤體溫度，有利于抑制煤層自燃；液態二氧化碳氣體破巖采用低壓啟動（9V），比傳統爆破更安全，且不需要驗炮，爆破后即可進人，實現連續工作，其工作示意圖如圖1所示。

2 工程實際應用

2.1 應用流程

二氧化碳（CO2）膨脹破巖施工總體上分為施工準備、破巖施工、施工交驗3個階段，如圖1所示。

2.2 置管

置管作業即將灌注好的膨脹管按要求放置于鉆設的膨脹孔中。

（1）用專用歐姆表測量膨脹管兩端接線孔，導通為合格，測量接線孔和膨脹管壁，不導通為合格。

（2）將錐形底端旋裝在最底端膨脹管的噴射端上。

（3）用專用歐姆表測量接線孔與膨脹管壁，單根膨脹管電阻值約為2.0Ω，視為合格。

（4）將第二根膨脹管噴射端與第一根膨脹管灌注端旋裝連接，測量兩根膨脹管，電阻值疊加，視為合格。

（5）四人協同作業，用膨脹管卡具卡在第二根膨脹管噴射端出氣口，隨后沿著膨脹孔，置放入第一根膨脹管。

（6）四人協同作業，將第三根膨脹管噴射端與與第二根膨脹管灌注端旋裝連接，測量三根膨脹管，電阻值疊加，視為合格。

（7）隨后根據每個膨脹孔的需用，依次置放入第四、第五根膨脹管（每個膨脹孔通常置放5根膨脹管，一般不少于2根），每增加一根膨脹管需重新測量總電阻值，阻值疊加，視為合格。

（8）在最上端膨脹管的灌注端旋裝上連接管，隨后置放入全部膨脹管并使連接管中下部置放入膨脹孔中。

（9）按要求依次完成全部膨脹孔的置放作業。

2.3 填塞

利用顆粒狀沙土充填膨脹孔與膨脹管之間的間隙，充填過程中可使用輔助器材適當旋裝連接管，以確保填塞嚴實。

2.4 聯網

利用專用導電線將全部連接管連接起來，形成串聯網路，敷設干線至激發點。

2.5 防護

為防止由于巖層特性改變造成個別膨脹管從膨脹孔向上飛竄的可能，用專用鋼絲繩索將全部連接桿串接起來，在線路端部用斜置管體錨固繩索并用沙袋壓置。

2.6 警戒

為確保安全，警戒人員清理作業面附近人員，發出準備激發信號，向現場負責人報告。

2.7 激發

現場負責人擇機發出激發信號，指定激發人員連接干線，利用專用激發器激發，激發完畢迅速撤收。

2.8 檢驗

網路激發10～15min后，現場負責人或指定1人至作業面檢查破巖效果，確認全部膨脹孔都已激發，再組織機械、人員清理作業面。

3 結論

二氧化碳（CO2）氣體破巖利用的是物質狀態改變，屬于純物理過程，其技術相比傳統爆破具有以下優勢：（1）具有本質的安全特性。從儲存、運輸、攜帶、使用、回收等方面均十分安全。主機與爆破器材分離，從灌裝至爆破結束時間較短。液態二氧化碳灌注僅需1～3min，起爆至結束僅需4ms。實施過程無啞炮，無需驗炮，安全警戒距離短，無安全隱患，爆破筒回收方便，可連續使用。（2）既可定向爆破又可延時控制，特別是在特殊環境下，二氧化碳破巖的爆速大大低于炸藥雷管爆破，沖擊力一般600MPa，遠遠低于炸藥爆破的1000～5000MPa。一般離開二氧化碳爆破點20～30m后，就基本沒有破壞作用了。（3）爆破孤石、片巖石，大塊率高，爆破效率高，且無化學危害，從而實現了環保、綠色、經濟施工。

參考文獻

[1] 劉征，李昆，費日東.二氧化碳炮爆破技術在山體石方開挖工程中的應用[J].城市建設理論研究，2017（5）：103.