二氧化碳膨胀爆破技术现状及发展

ISSN 1671-2900 采矿技术 第20卷 第6期 2020年11月CN 43-1347/TD Mining Technology，Vol.20，No.6 Nov. 2020二氧化碳膨胀爆破技术现状及发展
周明安1，周晓光1，夏军2，徐添福3
(1.湖南铁军工程建设有限公司，湖南长沙410007；
2.国防科技大学，湖南长沙410072；
3.湖南省训保军训器材有限公司，湖南长沙410003)
摘要:二氧化碳膨胀爆破技术不仅是工程爆破的一项补充，也是一项有广阔发展前景的
技术。

中国爆破行业协会及管理部门高度重视及支持该项技术的发展，近年理论和技术
研究均取得很好成果。

为促进二氧化碳膨胀爆破技术的发展，理论需深入研究，应用可
向水下爆破、军事等领域拓展，规范管理才能促进技术的健康发展。

关键词:二氧化碳;膨胀爆破;技术现状;管理措施
0 引 言
岩石爆破是利用炸药爆炸产生高温高压气体及冲击波的共同作用破岩。

爆破会产生振动、飞石等危害，在复杂环境爆破安全风险较高，且爆破采用的爆炸物品属于严格控制的危险品，管理严，储存、运输、使用安全要求高。

非炸药破岩是人们一直研究的问题，机械、高能燃烧剂、静态破碎剂、高压气体膨胀等非炸药破岩已作为炸药爆破的补充应用于工程施工。

二氧化碳膨胀爆破是将液态二氧化碳密闭于高强度容器，通过高热快速激发，使二氧化碳由液相向气相快速转化，并瞬间形成高压气体破岩。

具有振动小、飞石易于控制，无火花等特点。

该技术起源于1930年代的欧美，始于煤矿开采，如英国CARDOX公司研制的液态二氧化碳相变致裂装置，可应用于高瓦斯矿井的采煤工作面，不易引起瓦斯爆炸。

二氧化碳膨胀爆破技术拓展于露天岩石破碎，1980年代，该技术逐步应用到爆破震源、金属制品成型、地下矿山、露天矿山开采等领域，是一种较好的非炸药破岩方法，近年倍受关注。

1 发展历程
1990年代，我国开始引进二氧化碳膨胀爆破技术，最初应用于煤矿，2014年后从地下矿山拓展到露天矿山，应用于矿山、道路、基坑等露天岩石爆破，取得了一定的社会经济效益，相关的设备、技术也得到了发展。

但由于监管真空，缺乏标准、规范，导致乱象环生。

前期由于二氧化碳膨胀爆破不需要审批，什么人都可以干，有些从业者急功近利，盲目夸大二氧化碳膨胀爆破的优点，所谓“无飞石、无振动、无有害气体”，“炸药的终结者”等虚假宣传铺天盖地。

实际上，二氧化碳膨胀爆破器材加工、施工过程均出现过多起安全事故。

激发器药物主要成分是高氯酸钾、草酸铵、水杨酸，靠手工作坊进行激发器的加工，加工场地、生产无标准，容易引发燃烧、爆燃甚至爆炸的事故。

如2016年5月，河南某厂家在加工激活器过程中，引发大火，将楼上的服装加工层引燃，造成多人死伤的较大安全事故。

二氧化碳膨胀爆破施工时发生多起“飞管”、“炸管”、“飞石”等工程事故。

飞管事故是指二氧化碳膨胀管从炮孔内意外抛射到空中，撞击上方目标或自由落下砸中目标而引起的安全事故，如2016年4月，广西某二氧化碳破岩工地出现膨胀管飞出膨胀孔砸中正在运行的高压线路事故。

炸管事故是指二氧化碳膨胀管提前作功且直接炸开膨胀管而引发的安全事故，如湖北某工地采用一次性膨胀钢管，出现过炸管引发多人受伤事故。

也有人员打着“二氧化碳膨胀爆破”的幌子，非法制造爆炸物，威胁社会公共安全。

公安机关开展了严厉打击“打着二氧化碳爆破的幌子”非法制造爆炸物行为的行动。

管理部门吊销了二氧化碳致
周明安，等：二氧化碳膨胀爆破技术现状及发展 101
裂器的煤安标志。

二氧化碳膨胀爆破技术发展遇到瓶颈，形成一放就乱、一管就死的局面。

中国爆破行业协会一直关注支持二氧化碳膨胀爆破技术健康发展。

2016年10月武汉会议上，讨论通过将二氧化碳膨胀爆破技术研究列入中国爆破行业中长期（2016—2025）科学技术发展规划。

2018年，在充分调研的基础上，提出“由爆破作业单位从事二氧化碳膨胀爆破技术研究与工程施工”的建议，得到公安部门的认可。

2019年10月31日，《光明日报》刊登了汪旭光院士的署名文章“推动科技创新发展，行业协会不能缺位”，在文章中汪院士明确提出，“行业协会要积极推动二氧化碳膨胀爆破新技术的研究工作”。

2019年11月18日，中爆协六届七次常务理事会（在南昌召开）“2019年度工作报告”指出，“二氧化碳膨胀爆破具有振动小、无污染、本质安全性高的特点，是特别复杂环境下无法实施炸药爆破作业的一种补充，并广泛应用于煤矿井下放顶煤开采、瓦斯抽排放等爆破作业中，为促进爆破技术进步、提高爆破本质安全和社会公共安全水平发挥了重要作用”。

公安机关赞同中国爆破行业协会提出的“只允许爆破作业单位进行二氧化碳膨胀爆破技术研究和工程施工”的建议，正在研究如何落实企业的主体责任，“规范管理，保证安全”，支持爆破行业协会牵头组织二氧化碳膨胀爆破研究工作。

2 技术现状
2.1理论研究
2014以来，由国防科技大学牵头、企业参与组建的科研团队，在中国爆破行业协会的指导下，率先在我国针对二氧化碳膨胀爆破装置、作用原理、破岩理论、安全效应及应力应变测试、操作流程及技术规范等方面开展了全面研究。

团队率先在我国开展了针对露天岩石破碎的装置研究，取得多项专利及系列研究成果。

2.2配套设备
二氧化碳膨胀爆破设备主要由充装设备及膨胀管两大部分组成。

充装设备主要有二氧化碳储存罐、制冷压力泵及显示屏、液压旋紧机、计量充装台（架）及组装台（架）等，这类设备我国近年有多个厂家在研发生产，产品性能在不断完善提高。

膨胀管也称二氧化碳爆破筒、二氧化碳爆破装置、二氧化碳致裂器、二氧化碳开采器等，膨胀管由主管体、充装端头、泄能端头、定压破裂片、激发器、锥形底端头及密封垫片等组成。

目前膨胀管有重复使用的循环管、一次性管、孔内充气管等，可根据工程需要选择使用。

膨胀管的核心部件是激发管，因药物中有易致爆危险化学品，是公安部门监管的主要目标。

激发管生产、储存、运输、使用的安全性，是二氧化碳膨胀爆破安全及能否推广使用的重要因素。

2017年，由湖南省军训器材有限公司、湖南省爆破学会、国防科技大学、中南大学、湖南安全职业技术学院等单位组成研发团队开展激发管的研究，在湖南省公安厅、湖南工业信息化厅、中国工程爆破协会的大力支持下，历时两年半，通过理论、系列试验研究，研制了核心部件激发管，其性能安全、稳定、可控，并委托国家检测部门进行了专项检测。

药剂本质安全性试验研究表明：激发管药剂、成品在露天条件下，明火难以将其点燃，激发管药剂的着火性能、传火性能、燃烧速度低于英国产品药剂，远低于高氯酸钾药剂。

激发管药剂、成品在露天条件下，电点火头、电雷管、导爆管雷管不能将其激发；50，100，200 g乳化炸药、200 g军用梯恩梯炸药不能将其激发。

激发管药剂在密闭金属容器内（参照WJ9050—2006试验方法），电雷管、50 g乳化炸药不能将其激发。

药剂做功可靠性研究表明：激发管在膨胀管内围压小于0.2 MPa的情况下不被激发；在不小于0.2 MPa的情况下可被激发，在膨胀管内发生燃烧；随着围压的增加，燃烧速度增加，燃烧残留物减少，管体外壁最高温度增加；当围压达到4 MPa时，燃烧在瞬间结束。

激发管在工作围压下能可靠激发，定压破裂片破裂，高压气体瞬间泄出。

目前公安部门、工信部门均给课题组下发了科研及试生产的函，产品在全国多个地方试用，且出口国外，使用效果良好。

3 技术研究及应用
二氧化碳膨胀爆破技术需要有一套完善的参数设计、网路设计、安全设计等设计方法，需进行
采 矿 技 术2020,20(6) 102
施工工艺精细化研究。

设备器材重点研究安全的一次性膨胀管、孔内充气膨胀管，借鉴电子雷管延期技术，研究延时精确的电子激发管。

煤矿瓦斯灾害主要由瓦斯和地应力所造成。

二氧化碳致裂煤层形成放射状裂缝，在裂缝卸压圈内，煤层透气性得以改善，瓦斯抽采效果提高，防突指标明显降低，掘进期间瓦斯涌出量均匀释放，掘进速度提高。

二氧化碳致裂是有效的瓦斯治理技术之一，目前仍然处在技术研究开发阶段，需结合我国公共安全国情，在有效安全监管条件下进行研究开发和工程应用。

二氧化碳膨胀爆破在井巷、隧道掘进，水下爆破等应用，目前国内已在进行研究，需有技术突破。

二氧化碳膨胀爆破作为动力源，在车辆碰撞、军事等的应用前景广阔，可进行拓展研究。

4 管理措施
目前激发管生产需取得公安、工信的试生产批复函，销售、购买、运输、使用参照易制爆危险化学品的管理要求设计管理和服务功能。

《易制爆危险化学品治安管理办法》（公安部令第154号）第六条要求：“易制爆危险化学品从业单位应当建立易制爆危险化学品信息系统，并实现与公安机关的信息系统互联互通。

公安机关和易制爆危险化学品从业单位应当对易制爆危险化学品实行电子追踪标识管理，监控记录易制爆危险化学品流向、流量。

”第十五条要求：“易制爆危险化学品生产、进口和分装单位应当按照国家有关标准和规范要求，对易制爆危险化学品作出电子追踪标识，识读电子追踪标识可显示相应易制爆危险化学品品种、数量以及流向信息。

”
将二氧化碳膨胀管、激发管实行电子追踪标识管理，激发管按照易制爆危险化学品的级别进行存放、保管，准确掌握二氧化碳膨胀爆破配套器材的流向流量，对二氧化碳膨胀破岩施工现场进行动态管理，严防二氧化碳膨胀破岩激发管和配套器材的违法违规存放、使用、丢失、被盗事件发生。

在公安部主管部门没有下发文件明确要求之前，爆破作业单位应主动将研究与施工方案、使用的二氧化碳爆破器材、作业人员等情况报当地公安机关备案，接受公安机关的监督管理。

5 结 语
规范管理才能促进技术的健康发展，形成标准规范管理是当务之急。

工信部门正在讨论将激发管纳入民用爆炸物品品名表，生产实行许可证制度。

依托中国爆破行业协会尽快形成标准，如：二氧化碳膨胀爆破激发管生产条件，二氧化碳膨胀爆破激发管生产企业资质条件及管理，二氧化碳膨胀爆破激发管安全质量，二氧化碳膨胀爆破安全规程等。

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(收稿日期:2020-04-22)
作者简介:周明安(1961—)，河南信阳人，教授，从事爆破技术研究工作，Email:*****************。