二氧化碳相變致裂技術研究進展與展望

周盛濤，羅學東，蔣 楠，張宗賢，姚穎康

1) 中國地質大學（武漢）工程學院，武漢 430074 2) 江漢大學爆破工程湖北省重點實驗室，武漢 430024 3) 奧盧大學奧盧礦業學院，奧盧 90014

由于資源開發、工程建設等方面的需要，人類對巖石破碎的需求從未停歇.早在公元前5世紀，我國就采用火爆法落礦.自19世紀以來，硝化甘油炸藥的發明使爆破成為應用最廣泛的巖石破碎開挖方法[1].爆破作為一種高加載率破巖方法，不可避免地帶來振動、空氣沖擊波和飛石等公害[2-3]，且存在損傷原巖、對臨近建筑物擾動較大等缺點.為克服爆破的諸多缺點，一些安全可靠的爆破替代技術逐步被引入巖石破碎與開挖領域.其中，CO2相變致裂具有安全性好、操作方便、破巖效率高、公害小等優點，在各類巖體破碎開挖工程中使用較多.

CO2相變致裂以超臨界CO2與氣態CO2之間的能量差作為破巖動力，致裂時液態CO2首先吸熱轉化為超臨界態，再卸壓膨脹轉換為高壓氣體，破碎巖石.整個致裂過程不僅無火花，還能吸熱抑燃，屬于典型的物理爆炸[4].該技術起源于20世紀初，最初用于英國煤礦中的低透氣高瓦斯煤層增透和開采，以達到減少開采煤塵、降低瓦斯爆炸風險的目的[5]，隨后在美、德、法等國的煤礦中大量使用[6].得益于煤礦機械化生產的快速發展，20世紀70年代末，英國在采煤領域全方位推廣了機械化開采，停止了CO2相變致裂管的使用[7].與此同時，此技術開始在鋼鐵、水泥、電力等領域嶄露頭角，用于結塊清除、管……