二氧化碳爆破原理及其优缺点

二氧化碳化学转化

作者：刘志敏

京东

     二氧化碳爆破始于二十世纪五十年代，八十年代在美国开始发展，主要是想避免因炸药爆破产生火焰引起的爆炸事故而专门为高瓦斯矿井的采煤工作面研发的。2015年，随着科技的发展，国内二氧化碳爆破器材厂商逐步涌现（主要部件仍然依靠进口，国产故障率略高) ，但当前其成熟度不足，仍处在不断成长和发展阶段。

           目前国内的二氧化碳爆破施工虽然已有技术突破，但依然还有很长的一段路要走，需要改进和提升的技术还很多。爆破产量与传统的炸药爆破相比差距较大，同样不能爆破作业的情况下与使用液压劈裂设备相比操作环节较复杂，循环使用的间隔时间长。

液态二氧化碳相变致裂属于物理致裂过程，通过化学加热液态二氧化碳，使其压力剧增至20MPa~60MPa，高压液态二氧化碳冲破定压剪切片迅速转化为气态，体积膨胀600多倍，瞬间释放的气体膨胀能使钻孔周边煤体致裂；液态二氧化碳体积膨胀过程会吸收大量的热量，能有效降低致裂范围内的煤体温度，有利于抑制煤层自燃；液态二氧化碳相变致裂采用低压启动（9v），比传统爆破更安全，且不需要验炮，爆破后即可进人，实现连续工作。液态二氧化碳相变致裂装备结构如图1所示。

 二氧化碳爆破原理：

二氧化碳气体在一定的高压下可转变为液态，通过高压泵将液态的二氧化碳压缩至圆柱体容器（爆破管）内，装入破裂片、导热棒和密封圈，拧紧合金帽即完成了爆破前的准备工作。将爆破管和安全云毫差起爆器及电源线携至爆破现场，把爆破管插入钻孔中固定好，连接起爆器电源。当微电流通过高导热棒时，产生高温击穿安全膜，瞬间将液态二氧化碳气化，急剧膨胀产生高压冲击波致泄压阀自动打开，被爆破物品或堆积物受几何级当量冲击波向外迅猛推进，从起爆至结束整个过程只需0.4毫秒，且是低温下运行，与周围环境的液体，气体不相融合，不产生任何有害气体，不产生电弧和电火花，不受高温、高热、高湿、高寒影响。在井下爆破时对瓦斯具有稀释作用，无震荡，无粉尘。二氧化碳属于惰性气体非易燃易爆物质，爆破过程就是体积膨的过程，物理做功而非化学反应。

二氧化碳爆破的优点：

1、具有本质的安全特性。从储存、运输、携带、使用、回收等方面均十分安全。主机与爆.破器材分离，从灌装至爆破结束时间较短。液态二氧化碳灌注仅需1-3分钟，起爆至结束仅需4毫秒。实施过程无哑炮，无需验炮。安全警戒距离短，无安全隐患。爆破筒回收方便，可连续使用。
2、既可定向爆破又可延时控制，特别是在特殊环境下，如居民区、隧道、地铁、井下等环境，实施过程中无破坏性震动和短波，对周围环境无破坏性影响。
3、无需火工库，管理简便，操作易学，操作人员少，无需专业人员值守。
4、在矿井下使用其性能更加突出，无论是高瓦斯矿井，冲击地压矿井、水文地质条件较复杂的矿井还是易自燃矿井均可应用。

5、材料来源丰富，可就地取材，化工厂、充气站都有液态二氧化碳。提高功效，增加效益，降低成本。减少繁杂的报批审核程序和管理限制。在灌注二氧化碳之前所有皆非爆品。
7、为获得较大当量的威力，可根据现场情况，把爆破管并联使用。
8、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物等有害气体,能较好的改善工作环境,有益工人身体健康
9、便利：通过不同的CO2(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,从而适应不同的工作环境。
10、.经济：整套系统可反复使用,使用成本低。
11.安全：组装、填充和运输等过程安全可靠,相对于炸.药爆破可彻底消除哑炮崩人事故。
12.快速：组装、充装操作简单,爆破准备时间短，可大大提高工作效率与量产。

二氧化碳爆破的缺点：

1、效率低：步骤过于繁琐，每天炸不了几次，环节多了出问题的机率就多。如灌装、接线、封孔等环节。

2、临空面要求：利用临空面才有效果，深基坑或凌空不好的作业面不适合。

3、产量低：无法实现多排爆破，就造成单次爆破的爆破筒数量不宜超过两排，超过一排就容易卡住或炸坏爆破筒。

4、成本高：其使用的活化器是专用的，一次性用品，产量不高时也造成爆破成本高。

5、要求高：爆破筒装填工艺和现场施工均较复杂，对炮孔质量要求较高。

6、噪音及安全：爆破震动力虽不大，毕竟声响比较明显，若要在周边有居民楼及建筑物的使用，应尽量先征求当地安监及环保是否允许。

7、不易控制飞石方向，虽然飞石比较少，但有时候飞石方向难把握。 

8、偶有致裂管飞起的现象。