二氧化碳相變爆破致裂機理與應用研究進展

袁 永 ，陳忠順 ，梁小康 ，申海生 ，左 磊 ，孟朝貴 ，王圣志

（1.中國礦業(yè)大學 礦業(yè)工程學院, 江蘇 徐州 221116；2.中國礦業(yè)大學 深部煤炭資源開采教育部重點實驗室, 江蘇 徐州 221116）

0 引 言

煤巖體結構改造是解決煤礦眾多技術難題的共性核心科學問題[1]。煤礦中的堅硬厚及特厚煤層綜放開采、沖擊礦壓、低滲透性煤層瓦斯抽采、煤與瓦斯突出等是制約礦井安全高效生產(chǎn)的技術難題，而煤巖體致裂手段是實現(xiàn)煤巖性質弱化、卸壓增透[2]的有效方法。依據(jù)沖擊應力產(chǎn)生的形式與特征，常用的致裂方式有炸藥爆破、水壓致裂和二氧化碳相變爆破。傳統(tǒng)炸藥爆破因其施工要求高，炸藥材料受到嚴格管控，可控性、預見性較低等特點，使用的條件越發(fā)受到嚴格限制，如《煤礦安全規(guī)程》禁止在采動影響區(qū)內使用炸藥爆破；水力壓裂則存在形成裂縫單一[3]、水資源需求大、保壓困難，工作面易污染等問題；二氧化碳相變爆破作為一種非炸藥破巖技術，在煤巖體結構改造中起到重要補充作用。

二氧化碳相變爆破是一種非炸藥低擾動破巖技術，它將二氧化碳密閉于專用爆破管內，通過高熱快速激發(fā)，將液態(tài)二氧化碳迅速轉化為氣態(tài)，瞬間產(chǎn)生強大的膨脹能量，快速釋放的高壓氣體在巖體內產(chǎn)生拉應力場，從而達到致裂巖體的效果。該技術起源于1914 年歐美的CARDOX 技術，最開始應用于高瓦斯煤層的開采。在美國、英國和加拿大被廣泛應用，曾被美國礦業(yè)局譽為當時煤礦領域最著名的技術發(fā)明[4-5]。……