液态二氧化碳相变致裂技术.
二氧化碳致裂器原理
二氧化碳致裂设备属于矿用物理致裂设备，是利用液态二氧化碳受热气化膨胀，快速释放高压气体破断岩石或落煤，解决了以往爆破开采和预裂中破坏性大，危险性高及矿体粉碎等缺点，为矿山安全开采和预裂提供可靠保证，广泛适用于煤矿和非煤矿山。
爆破器是根据矿山行业标准设计而成，具有结构简单、安全性高、工作可靠、致裂能量可控、可重复使用、操作维护简单等多种优点。
工作原理如下图：二氧化碳在低于31或压力大于7.35MPa时以液态存在，而超过31时开始气化，且随温度的变化压力也不断变化。
利用这一特点，在致裂器主管内充装液态二氧化碳，使用发热管快速加热装置，液态二氧化碳瞬间气化膨胀并产生高压，当压力达到爆破片极限强度（可设定压力）时，定压泄能片破断，高压气体从泄能头释放，作用在煤（岩）体上，从而达到致裂的目的。
有别于传统，二氧化碳致裂器不产生冲击波、明火、热源和因化学反应而产生的各种有毒有害气体。
应用证明，二氧化碳致裂器作为一种物理爆破设备，不存在任何的负面作用，安全性能高。
突出优点：1) 热反应过程在密闭管体内腔中进行，低温爆破，喷出的CO2具有抑制**和阻燃作用，不会引爆瓦斯；2) 震动小，不产生具有破坏性的震荡或震波，大大减少诱发瓦斯突出的几率；3) 震动和撞击均无法激发发热装置，因此充装、运输、存放具有较高的安全性；4) 致裂扩散半径可达2m以上，可减少抽采钻孔数量；5) 爆破能力可控，根据使用环境、对象的不同设定能量等级；6) 落煤成块率高、抛煤距离短、粉尘小，有利于生产大块洁净煤；7) 不产生有毒有害气体，躲炮距离近，可迅速返回工作面，连续作业；8) 致裂器重复使用，寿命长达10年。
以上就是关于二氧化碳致裂器的简单分享，希望对大家有所帮助，同时也感谢大家一直以来的关注与支持！。
二氧化碳致裂爆破施工流程
二氧化碳致裂爆破公路施工流程工作原理：二氧化碳在低于31℃或压力大于7.35MPa 时以液态存在，而超过31℃时开始气化，且随温度的变化压力也不断变化。
利用这一特点，在致裂器主管内充装液态二氧化碳，使用发爆器快速激发加热装置，液态二氧化碳瞬间气化膨胀并产生高压，当压力达到爆破片极限强度（80~400MPa ）时，定压泄能剪切片破断，高压气体从放气头释放，作用在岩体上，从而达到致裂的目的。
二氧化碳爆破致裂技术工作原理图见图二氧化碳爆破致裂技术工作原理图目前，可使用二氧化碳致裂器通过预裂爆破，并形成了本公司的专利技术。
该技术为国内领先。
该技术装备已经成熟，“二氧化碳致裂器成套技术装备”逐步替代传统炸药爆破，在安全、环保、经济、高效方面发挥它现有技术装备不可替代的优势。
爆破器（密封，P>8MPa,T<273K）起爆器 (矿用本安）(u,i)加热装置(u,i)起爆头热量Q 液态CO 2气化膨胀泄能片(Pe )打开压力升高，Pi≥Pe 高能气体泄放泄放头一、施工方案（1）打孔分布：打孔参数设计，孔径120mm、孔距2000mm、孔深4000mm（多孔同时起爆起爆）；施工方案、《二氧化碳致裂爆破施工安全技术措施》并传达贯彻。
（2）设备物资准备依据施工方案准备足够数量的：①致裂器、提拉杆、制冷式自动充装机、气动拆装机、气泵、储液罐。
②发热装置、充能片、等消耗品。
③工具箱（含启爆器、万用表、启爆线）及配件。
（3）地面施工场地准备根据施工需要，客户需要提供不低于30平米防雨、防晒、防盗，通风、照明良好，具备380V、220V电源的施工场地。
（4）二氧化碳气体准备根据施工需要的消耗量，就近采购工业用二氧化碳气体，运至地面施工场地。
（5）设备物资交接所有设备与物资运至客户所提供的场地后，物资清单需提供给客户，一式两份，进行签字确认。
二、施工流程：（1）由施工人员根据要求进行钻孔;（2）根据打孔速度进行引爆致裂，由爆破施工人员在挖掘机的协助下收回致裂器。
二氧化碳相变致裂技术原理
二氧化碳相变致裂技术原理
相变致裂技术是一种能够将普通空气中的二氧化碳分离出来的技术，主要是利用二氧化碳在一定温度和压力下的相变性质来实现的。
二氧化碳相变致裂技术是一项有着广泛应用前景的技术，特别是在环保领域有着重要的作用，被视作是清洁能源技术的重要组成部分之一。
这种技术的原理是基于二氧化碳的物理特性，例如在一定压力下，二氧化碳会从气态直接转变为固态，称为“干冰”。
在固态的状态下，二氧化碳颗粒之间存在着一定的空气隙，这使得其在固态下也能够进行相变，从固态转变为气态。
而这一过程可以利用热力学的原理规划、控制和实现。
二氧化碳相对于普通气体具有更高的危险系数，特别是当它在封闭空间中浓度过高而无法散发时，会构成一定的威胁。
因此，为了避免这种情况的出现，生产、利用需要严格遵守专业的安全操作规范。
同时，在应用该技术的过程中还需要考虑二氧化碳的热量传递问题，其可以通过优化热量传递的设备来提高工艺效率。
同时，将对产生的自由二氧化碳进行循环利用也是实现环保目标的重要手段。
总体而言，二氧化碳相变致裂技术是一项基于热力学原理、通过控制二氧化碳的相变状态，实现气体分离的技术，广泛应用于能源、环保等领域。
它的应用可以有效地减少大气中的二氧化碳排放，和减轻全球变暖的问题。
二氧化碳的致裂技术
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. 2020二氧化碳的致裂技术马海鹏1, 2，喻壹雄1, 2(1.湖南军凯静爆科技有限公司， 湖南 长沙 410008；2.湖南铁军工程建设有限公司， 湖南 长沙 410008)摘要:根据二氧化碳相变致裂技术原理对一次性致裂管在不同岩石条件下的致裂效果、参数进行了研究。
二氧化碳相变致裂有其独特性，对整体性好的石灰岩、花岗岩效果较好，较松散的红沙岩效果差一些，施工中应根据现场情况调整，以求得更好的效果。
关键词:相变致裂;发热管;液态二氧化碳;瞬间气化1 二氧化碳相变致裂原理与特点二氧化碳致裂设备由致裂管、液态CO2储液罐、充装机、充装架等组成。
致裂器型号应根据现场实际情况如岩石开挖深度、岩石强度、岩石裂隙和岩层走向等选择。
本项目以一次性致裂管为例，管径为90 mm～120 mm，长度为1.0 m～1.5 m，单根充装液态CO2质量为4 kg～6 kg。
1.1二氧化碳相变致裂原理二氧化碳气体在一定的高压下可转变为液态，通过高压泵将液态二氧化碳压缩至圆柱体容器（致裂管）内，利用电点火方式点燃致裂管内的发热管，发热管内化学物质发生剧烈燃烧，产生大量的热，使管内液态二氧化碳瞬间气化，急剧膨胀产生高压，液态的二氧化碳膨胀体积为600倍的气态二氧化碳，产生150 MPa以上的膨胀压力，使管壁破裂，释放出的高压气体对周边岩石介质产生冲击作用，从而使岩石发生断裂和松动[1-2]。
由于是低温下运行，与周围环境的液体，气体不相融合，不产生电弧和电火花，不受高温、高热、高湿、高寒影响，在井下致裂破碎时对瓦斯具有稀释作用[3]。
二氧化碳属于惰性气体，非易燃易爆物质，致裂破碎过程就是体积膨胀的过程，物理做功而非化学反应。
1.2二氧化碳致裂破碎特点（1）具有本质的安全特性。
二氧化碳气体爆破方案
二氧化碳气体爆破方案 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT煤矿智能二氧化碳爆破系统实施方案目录一、液态二氧化碳相变致裂技术简介二、二氧化碳爆破原理三、二氧化碳爆破产品优势四、实施方案（一）地面操作间装管（二）钻孔施工（三）设备运输（四）放炮（五）回收五、施工安全技术措施（一）注意事项（二）试验安全技术措施六、设备配置表一、液态二氧化碳相变致裂技术简介液态二氧化碳相变致裂技术是一种理念先进、方法安全、效果显着的爆破技术，属于物理爆破技术，具有爆破过程无火花外露、爆破威力大、无需验炮、操作简便、不属于民爆产品，其运输、储存和使用获豁免审批等优点，被广泛应用于采煤、清堵、建筑物拆除。
因此，液态二氧化碳相变致裂技术有望取代炸药预裂爆破、水力扩孔、水力压裂来强化提高煤层透气性，快速消除突出危险性或冲击地压。
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、二氧化碳爆破原理二氧化碳爆破器的原理：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。
二氧化碳相变致裂技术在司家营铁矿的研究与应用
现代矿业MODERN MINING总第625期2021年5月第5期Serial No.625May.2021二氧化碳相变致裂技术在司家营铁矿的研究与应用李国东李华李万涛郝红泽(河北钢铁集团滦县司家营铁矿有限公司)摘要利用二氧化碳相变致裂技术进行破岩是一种新型岩体致裂方式，与传统炸药爆破相比，其具有振动小、污染少、飞石易控制等特点。
采用现场试验的方法旨在探究此技术在露天矿山采场推广应用的可行性。
通过对现场振动监测结果以及致裂效果的比较和分析，得出二氧化碳相变致裂技术在发生致裂的阶段中不会产生任何对空气和人体有害的气体，并且无粉尘、无破坏性震动。
最大程度上降低了对矿区内构筑物和环境的破坏，能够基本满足司家营露天矿山一些特定的台阶推进和扩帮需求。
关键词二氧化碳相变致裂技术边坡露天矿山岩体致裂D0I：10.3969/j.issn.1674-6082.2021.05.022Application and Research of Carbon Dioxide Phase Change Cracking Technology inSijiaying Iron MineLI Guodong LI Hua LI Wantao HAO Hongze(HBIS Luan County Sijiaying Iron Mine Co.，Ltd.)Abstract Using carbon dioxide phase change cracking technology to break rock is a new type of rock pared with traditional explosive blasting，it has the characteristics of less vibration，less pollution，and easy control of flying rocks.The method of field test is used to explore the feasibility of the application of this technology in open-pit mine stopes.Through the comparison and analysis of the on-site vibration monitoring results and the cracking effect，it is concluded that the carbon dioxide phase change cracking technology will not produce any gas harmful to the air and the human body during the cracking stage，and there is no dust and no destructive vibration.The damage to the structures and the environment in the mining area is reduced to the greatest extent，and it can basically meet the needs of some specific step advancement and expansion of the Sijiaying Open-pit Mine.Keywords carbon dioxide phase change，side slope，open-pit mine，rock cracking现如今，在露天矿山生产过程中进行爆破和岩石破碎往往使用传统方法，例如:化学炸药和机械道具、合金钻头方式[1],但都存在一些方面的不足，一定程度上制约了露天矿山的生产能力。
液态二氧化碳相变致裂技术讲解
三
主要工作内容及关键技术
1
研究液态CO2相变致 裂冲击地压解危技术： 确定适合胡家河矿井强 矿压解危CO2相变致裂 半径和装液量，主要包 括回采工作面顺层钻孔 卸压、掘进工作面迎头 卸压、两帮卸压及底板 卸压。
2
研究液态CO2相变致 裂顶板弱化预裂技术：确 定回采面顶板弱化预裂效 果，钻孔布置参数及装液 量，包括采面顶煤弱化， 两顺顶板断裂技术。
2015年科研计划项目立项汇 报
一 项目名称： 液态二氧化碳相变致裂技术研究
1-起爆头；2-发热管；3-主管； 4-密封垫；5-泄能片；6-泄能头
二氧化碳致裂器结构示意
2
二
立项的必要性
•
胡家河矿井目前需要采取顶板预裂、帮部或迎头爆破措施
进行卸压解危，还需要对回采工作面上下隅角进行强制放顶，
由于在高瓦斯矿井放顶煤工作面不允许使用火药爆破，并且炸
现有工作基础罐装装置加压操作台现有工作基础陕西彬长胡家河矿业有限公司罐装操作培训致裂器称重现有工作基础预裂爆破爆破工艺的实施在井下利用国产液态co致裂设备进行实施研究尚属首次其具有的安全性可靠性高效性和环保性都将取代炸药爆破工艺对防冲卸压弱化顶板煤体增透等的研究与实施成果将标志着我国领域的研究水平迈向一个新的台阶
9
六
预期成果
1、达到三个要求——液态
CO2相变致裂强矿压解危 技术要求；液态CO2相变 致裂顶板弱化预裂技术要
求；液态CO2相变致裂回 采工作面强化增透技术要
求。
2、形成三项技术——强矿
压煤层快速解危技术；坚硬
煤层液态CO2相变致裂顶板 弱化预裂技术；液态CO2相 变致裂煤层强化增透技术，
并形成适合矿井实际的配套
技术操作规范。
二氧化碳致裂施工工法(2)
二氧化碳致裂施工工法二氧化碳致裂施工工法一、前言随着城市化进程的推进，地下空间的利用日益重要，然而地下工程施工时常面临各种技术难题。
在此背景下，二氧化碳致裂施工工法应运而生。
二氧化碳致裂施工工法是一种基于二氧化碳在地下岩石中发生液态化反应导致工程裂缝扩展的施工方法。
本文将对该工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析以及工程实例进行详细介绍。
二、工法特点1. 高效快捷：二氧化碳致裂施工工法可以大幅提高施工效率，节约施工时间。
相比传统的岩石爆破或液压破碎等方法，该工法不需要准备炸药或大型机械设备，操作简便，能够快速实施施工。
2. 环保安全：二氧化碳致裂施工工法减少了噪声、颗粒物和振动等对周边环境的污染，降低了施工过程对周围建筑物和人员的影响。
同时，该工法使用的二氧化碳是无毒、无害的气体，施工过程中对操作人员的安全性能要求低，确保了施工的安全性。
3. 可控性强：二氧化碳致裂施工工法可以根据工程需求精准控制施工过程中岩石的裂缝扩展情况，从而达到提高工程质量的目的。
这种可控性意味着该工法适用于不同类型的地下工程，能够满足不同工程的安全、稳定和质量要求。
三、适应范围二氧化碳致裂施工工法适用于以下工程领域：1. 地铁、隧道和地下管廊：该工法可以用于岩石掘进、围岩支护等工程中，提高施工的效率和质量。
2. 水利、电力和交通工程：二氧化碳致裂施工工法可以应用于大坝加固、堤坝防渗、地基处理等工程，提高工程的安全性和稳定性。
3. 煤矿和石油工程：该工法可以用于煤层瓦斯抽放、石油开采等工程，减少准备炸药和使用大型机械设备的成本和风险。
四、工艺原理二氧化碳致裂施工工法基于二氧化碳在地下岩石中的液态化反应。
具体而言，施工过程中，将二氧化碳注入到地下岩石中，二氧化碳在高温高压下发生热化学反应，产生大量的氮气和水蒸汽，产生了极高的内压，在内部扩展裂缝。
通过控制二氧化碳注入的压力和时间，可精确控制裂缝的扩展范围，实现对地下岩石的裂缝控制。
液态二氧化碳压裂技术研究现状与展望
液态二氧化碳压裂技术研究现状与展望作者：宋远飞孙鹏勃来源：《科技与创新》2016年第19期摘要：液态二氧化碳压裂技术是生产运营过程中增产改造的一种常见工艺技术，而将液态的二氧化碳作为压裂液具有多种优点。
液态二氧化碳是一种无毒、无味的物质，在其使用过程中，不会对储层造成任何伤害。
过去，压裂技术中使用最多的就是水基压裂液，水基压裂液在致密气藏、页岩气藏开发中具有许多问题，而液态二氧化碳压裂技术则从根本上改变了这一不足。
下面，结合液态二氧化碳压裂技术的使用现状，深入探讨了液态二氧化碳的应用特点、发展现状和研究方向，以期为日后的相关工作提供参考。
关键词：液态二氧化碳；增产技术；压裂改造工艺；生产性能中图分类号：TE357.1+3 文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2016.19.014目前，压裂改造是最主要的增产技术之一，它在低渗、特低渗致密油气资源的开发中具有较强的实用性，特别是在油气资源密集的页岩油气资源的开发过程中，该方法也具有较好的发展前景。
传统的压裂液在使用过程中需要耗费较多的水资源，而且还有可能会污染地下水和地表环境。
而液态二氧化碳压裂技术则从根本上改变了这一现状，压裂后的二氧化碳变成气体从地层中完全排出，对储层几乎无伤害，因而在低渗、低压、水敏性储层开发中得到了广泛的应用。
1 液态二氧化碳压裂技术特点分析在液态二氧化碳的压裂过程中，液态的二氧化碳是最主要的压裂液。
该方法主要是采取一定的技术手段将二氧化碳加压、控制温度等，进而满足实际压裂工况。
通常情况下，在一般环境下，二氧化碳由气态转变为液态的临界温度是31 ℃，临界压力为7.38 MPa，而且液态二氧化碳的密度与水的密度相差不大，而对其加压后，液态二氧化碳的黏度则大大降低了。
在实际工程中，液态二氧化碳在使用后可以转变为气态物质，从而便于其从地层排出，不会对地层造成危害。
所以，液态二氧化碳压裂技术是一种真正的无伤害工艺。
浅谈CO2相变致裂技术在瓦斯抽采中的研究与应用
浅谈CO2相变致裂技术在瓦斯抽采中的研究与应用摘要：建新公司井田回采至42盘区时，出现瓦斯异常区域。
由于煤层厚度、顶底板岩性及瓦斯赋存差异导致煤层瓦斯分布不均匀，特别是煤层透气性差、吸附性强、瓦斯解吸慢，给煤层瓦斯预抽带来了极大的难题。
在采取CO2预裂增透技术后，可以促使工作面未回采区煤层产生新的裂隙，增加煤层透气性、增大钻孔瓦斯抽采半径，另外预裂后，使煤体产生更多裂隙，极利于顶煤的回收，也提高了顶煤回收率。
关键词：煤层；二氧化碳预裂；瓦斯；抽采1.问题的提出建新煤化公司回采至42盘区时，由于煤层厚度、顶底板岩性及煤层原始赋存瓦斯差异导致工作面瓦斯分布不均匀。
为主动采取措施，超前治理瓦斯，主要以采空区埋管、上隅角插管、卸压区高低位裂隙钻孔和未采区深孔预抽开展瓦斯抽放为主、风排为辅的方案积极开展瓦斯治理工作。
但由于煤层透气性差，本煤层瓦斯预抽效果较差，预抽浓度在0.5%—1%之间，如何进一步提高本煤层瓦斯预抽效果，提高钻孔利用率，就成为了瓦斯治理方面的难题。
2.CO2预裂增透技术原理及特点在爆破孔内装入预先注入液态CO2的爆破管，并将其与低压起爆器间连接；接通电流引爆爆破管的起爆头后，管内CO2迅速从液态转化为气态，当爆破管内气态CO2压力达到预设压力时，释放头内的破裂盘被打开，CO2气体透过排放孔迅速向外爆发，瞬间产生强大的膨胀能破碎煤体，膨胀系数为600倍，从而达到煤体预裂效果，增加透气性系数的目的。
3.主要技术创新点3.1 CO2预裂爆破全过程没有火花外露,?安全度高。
3.2 采用低压起爆器,?起爆电压只有9V,?安全可靠。
3.3 通过预裂技术，提升煤层透气性，提高瓦斯预抽效果。
3.4 同水力压裂、水力割缝相比，CO2预裂爆破高效增透技术和装备的作用范围更大、效果更好、系统更简单、操作更灵活。
3.5 该技术的单孔预裂有效半径在10m以上，在较难抽采煤层中瓦斯抽出浓度可由原来的2-3%骤升至5-10%，瓦斯抽采纯量也相应增加，从而大幅度减少钻孔工程量、简化抽采系统、降低抽采成本，极大地提高了抽采效率。
iData_液态CO_2相变致裂的TNT当量研究_董庆祥
中国安全科学学报 China Safety Science Journal
Vol． 24 No ． 11 Nov ． 2 0 1 4
液态 CO2 相变致裂的 TNT 当量研究*
董庆祥1 王兆丰1，2 研究员 韩亚北1 孙小明1
（ 1 河南理工大学 安全科学与工程学院，河南 焦作 454003 2 瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室培育基地，河南 焦作 454003）
K －1
[ ( ) ] Eg=ຫໍສະໝຸດ pV K －11－
0． 1013 K p
× 103
（ 1）
式中： Eg 为气体的爆破能量，kJ； p 为容器内气体的 绝对压力，MPa； V 为容器的容积，m3 ； K 为气体的绝
热 指 数，即 气 体 的 定 压 比 热 与 定 容 比 热 之 比，
取 1. 295。
【关键词】 液态 CO2 ； 相变致裂； LS-DYNA3D； TNT 当量； 数值模拟
Ｒesearch on TNT equivalent of liquid CO2 phase-transition fracturing
DONG Qing-xiang1 WANG Zhao-feng1，2 HAN Ya-bei1 SUN Xiao-ming1 （ 1 School of Safety Science ＆ Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo Henan 454000，China
numerical simulation
* 文章编号： 1003 － 3033（ 2014） 11 － 0084 － 05； 收稿日期： 2014 － 08 － 26； 修稿日期： 2014 － 09 － 28
“液态”二氧化碳压裂增透技术
“液态”二氧化碳压裂增透技术一、背景技术随着浅部煤炭资源逐渐减少甚至枯竭，矿井进入深部开采以后，煤层突出危险程度日趋增加，瓦斯灾害的防治难度进一步增大，瓦斯抽采困难。
我矿进行了多种增透试验，包括煤层注水、水力压裂、水力割缝、水力冲孔技术等，并取得了一定的应用效果。
但相关研究表明：水分具有抑制煤层瓦斯解吸的作用，煤层注水减缓了瓦斯放散初速度，对瓦斯解吸起到了一定的封堵效应。
二、解决的技术问题与水力压裂相比，CO2压裂具有以下几方面的优势：①煤对CO2的吸附能力高于CH4，在含瓦斯煤体中注入CO2可通过驱替置换等作用促进瓦斯解吸；②低温液态CO2从岩层中吸热产生气体膨胀比约1:600，对钻孔周围岩体有巨大的气体压力促进钻孔裂隙发育；低温产生的收缩应力超过煤岩的抗拉强度后，煤岩内部结构发生破坏，产生热应力裂缝；③CO2遇到岩层中的水分会形成酸性混合物，可以酸化并移出堵塞于煤岩裂隙中的一些杂物；④液态CO2粘性较低，可以很容易地连接煤层中微裂隙，提高裂隙导流能力；⑤静态压力下煤（岩）层中某些区域的液态CO2能转变为超临界状态，超临界CO2作为一种溶解能力较强的溶剂，具有萃取煤中可溶有机质（如醚、酯、内酯类、环氧化合物等）的能力，可溶有机质经超临界CO2萃取后，煤体的孔隙率和渗透性增大；⑥液态CO2（-37℃）与煤（岩）层相比温度更低，能在钻孔周围形成温度梯度并引起温度应力。
三、具体实施方式2019年5月15日至2019年6月23日，在2121（1）西段瓦斯治理巷29#、30#钻场进行了向上穿层钻孔液态CO压裂增透试验。
此次试验共分为两个阶段，2第一阶在29#钻场预先打好压注孔与考察孔，以边压边抽方式考察抽采效果；考虑到打钻对原始煤岩的影响，第二阶段在30#钻场先布置压注孔，采取先压后抽的方式考察抽采效果。
截止2019年6月23日，课题组完成30#钻场的压注试验，约5m3，压注结束，实施考察孔。
共压注液态CO21、试验目的（1）研究先压后抽方式煤岩致裂增渗及瓦斯抽采效果;（2）穿层钻孔边压边抽和先压后抽的效果对比分析；致裂增渗煤岩的效果及影响范围。
MZL系列二氧化碳致裂器技术简介
二、 二氧化碳致裂器技术介绍
1、二氧化碳致裂器
图例
二氧化碳致裂器结构示意图
致裂器主管
致裂器充气头
致裂器热源体
致裂器充气头
致裂器释放头
致裂器释泄能片（释放前）
致裂器释泄能片（释放后）
2、工作原理 将一定质量液态CO2充入致裂器主管。激发时将起爆装置连接到致裂器装置 上，通过电激励致裂器内的启动器使化学热反应器迅速放热给液态CO2，利用CO2 温度超过31℃时，无论压力多大液态CO2将在40毫秒内气化的物理特性和CO2从液 态变成气态时体积增加到原体积的600倍。当瞬间膨胀压力达到定压泄能片的屈 服压力时，泄能片破断，高压气体作用到钻孔壁，使周围材料破断，整个过程 在1秒内完成。
二氧化碳致裂器还有很多难题需要攻克， 期待有志于此的专家一起共同努力！
中煤科工集团工程科技有限公司
5、 CO2气体致裂过程是可控压力致裂，根据需要选定不同规格的致裂片，致裂安全管理 简单。不必考虑多装药问题，也不用考虑炮眼封堵长度、压力要求，可根据煤层致裂需求， 适当调节爆破压力，达到理想的预裂效果； 6、致裂震动比火药爆破小，不会产生破坏性震动，对上下巷和工作面支护不会产生破坏， 爆破时诱发煤与瓦斯突出可能性小，也不易破坏煤层引起突水事故； 7、抛煤距离短，不会崩倒支柱，有利于工作面顶板管理； 8、致裂器储存及运输过程中没有任何危险，管理容易，不会对社会造成危害； 9、不产生任何有毒气体（如火药爆破产生的对人体极其有害的CO、NO、NO2等气体）； 10、致裂过程产生粉尘少，不会造成粉尘飞扬；对井下作业人员的职业病防治、降低工 人发病率有积极作用，在安全高效的同时具有较高的环保效益； 11、躲炮距离短，致裂后可立即返回工作面； 12、在相同效果下比传统爆破布置炮眼少，可以减少爆破作业时间； 13、机理与火药爆破不同，从而使产炭块率提高30%-40%。在保护煤炭资源、提高资源利 用价值的同时，煤矿企业经济效益大幅增长； 14、使用成本低：该产品操作简单，操作人员少，低耗材、充填迅速、生产效率高； 15、利用CO2相较于CH4亲煤特性，在致裂的过程置换出一定数量的吸附CH4，更好地降低 煤体瓦斯赋存量。
二氧化碳气液相变裂岩技术
二氧化碳液气相变裂岩器安能钻凿设备科技有限公司深圳摘要：二氧化碳液气相变裂岩设备（也称作；二氧化碳致裂器、二氧化碳开采器），关键词：二氧化碳气液相变静态裂岩前言当今，矿山破岩、金属、非金属矿、煤矿的开采施工、地铁隧道岩石开挖、城市建筑施工，除了机械破岩施工，就是雷管炸药施工，前者效率低，后者危险极大，不仅影响环境，甚至会引发安全特大事故和暴恐事件。
二氧化碳液气相变裂岩器（也称作；二氧化碳致裂器、二氧化碳开采器），是一种理念先进、方法安全、效果显著的爆破设备，其工作原理属于物理变化，具有破岩过程无火花外露、裂岩威力大、无需验炮、操作简便的优点。
因此，二氧化碳液气相变致裂设备可以在雷管炸药受限的破岩情况下，二氧化碳液气相变裂岩器是破岩施工首选。
设备工作原理及主要部件二氧化碳液气相变裂岩器的原理：利用液态二氧化碳吸热体积瞬间膨胀的原理，将液态二氧化碳通过高压低温充装设备注入到二氧化碳储液钢管（也称致裂主管）内，装入泄压释能片、发热装置和密封圈，并保持储液管内液态二氧化碳压力在5—9MPa。
将致裂管和起爆器通过电源线连接，把致裂管插入钻孔中固定好，启动起爆器，触发加热装置产生大量热量，使管内液态二氧化碳瞬间气化（二氧化碳液、气变化临界温度：31.06℃，临界压力：7.383MPa，当温度高于31°时液态二氧化碳会迅速气化）体积膨胀600倍，当管内气体压力超过泄压释能片极限强度（可设定）时，气体冲破泄压释能片，从泄能孔释放出来，瞬间产生强大的气团冲击力，沿着目标体自然裂隙冲开物料并将其推离主体，从而达到预裂松动的目的。
致裂管每次使用后可以装填新的加热装置（发热剂）、泄压释能片，充装液态二氧化碳再次使用。
二氧化碳液气相变裂岩设备主要组件有：1、致裂主管，是高强度可重复使用的钢管---- 高屈服强度合金钢材、耐高压、高温管状容器，用于储存液态二氧化碳。
2、加热装置（发热器）----有启爆器、化学发热材料、PVC或者牛皮纸包装物组成，是提供热量的装置。
液态CO2相变致裂的振动特性探讨
107中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2018.07 （上）1 液态CO 2相变致裂技术背景液态CO 2相变致裂技术起源于英国CARDOX 公司，最初主要是用在高瓦斯矿井下，用来代替炸药，避免引起瓦斯爆炸，在提高块煤率和提高采煤效率等方面起到重要的作用。
由于对危化物的管控力度加大，运用传统炸药爆破岩石技术进行石方开挖受到了约束。
近几年，液态CO 2相变致裂技术在爆破能力方面表现出能够替代炸药的趋势，并且得到快速推广，为解决传统炸药爆破岩石技术进行石方开挖受到政策约束的问题提供了新方法。
据统计，在我国企业职工伤亡事故中，各类爆炸事故总数（包括由爆破引起的事故）占伤亡事故总数的40％以上。
相对于传统炸药爆破，液态CO 2相变致裂不仅安全性能可靠，而且拥有致裂时产生的振动速率小、飞石少、扬尘小、无明火、操作简单、成本低等优点。
液态CO 2致裂技术是国内近几年新兴的非炸药破岩技术，具有安全、环保、经济、高效的特点，因此，相比较于传统炸药爆破，对液态CO 2相变致裂的态度不存在抵触心理。
随着液态CO 2相变致裂能力的提升、技术的完善，预计5年内逐渐形成行业规模，在道路施工、地铁施工、露天采石等方面将有很大发展前景，被视为传统爆破技术应用的有效补充。
但液态CO 2致裂技术也存在着问题。
例如，液态CO 2相变致裂能力等没有定量的数据，设计无理论和规律可循；液态CO 2相变致裂技术设备成套性差、自动化程度差；液态CO 2相变致裂技术爆破机理研究滞后，液态CO 2加热膨胀的温度、压力等过程不清楚等，均是液态CO 2相变致裂技术亟需解决的问题。
液态CO 2相变致裂的振动特性探讨吴殿勇(泰安市公安局治安警察支队枪爆大队，山东 泰安 271000)摘要：近几年高压液态CO 2相变致裂破岩技术飞速发展，通过电极将液态CO 2致裂器中的液态CO 2加热使其相变，体积瞬间膨胀从泄能口释放出来，达到将岩石致裂的效果。
CO2深孔预裂爆破方案
液态CO2煤层深孔预裂爆破强化预抽效果考察实施方案格目底矿业中井煤矿国家安全监管总局信息研究院2015年1月目录一、液态二氧化碳相变致裂技术简介 (1)二、实施方案 (2)三、施工安全技术措施 (3)（一）注意事项 (3)（二）试验安全技术措施 (5)一、液态二氧化碳相变致裂技术简介液态二氧化碳相变致裂技术是一种理念先进、方法安全、效果显著的爆破技术，属于物理爆破技术，具有爆破过程无火花外露、爆破威力大、无需验炮、操作简便、不属于民爆产品，其运输、储存和使用获豁免审批等优点，被广泛应用于采煤、清堵、建筑物拆除。
因此，液态二氧化碳相变致裂技术有望取代炸药预裂爆破、水力扩孔、水力压裂来强化提高煤层透气性，快速消除突出危险性或冲击地压。
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130MPa~270MPa，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。
图1液态二氧化碳相变致裂装备结构示意图二、实施方案为了充分考察爆破钻孔的爆破影响半径，保证试验地点在效果考察期间不受干扰，选择在10903运输顺槽掘进迎头后方未施工瓦斯抽采钻孔的位置，施工1组钻孔进行测试。
（一）钻孔施工钻孔布置如图2所示，采取6#孔进行爆破、抽采，其他钻孔安装U型压差计进行负压监测试验方案。
其中6#孔作为预裂孔，预裂过后可安装瓦斯抽采设备连接抽采管路进行抽采。
试验钻孔的布置示意图如图2所示。
图2 试验钻孔布置图初步计划1月27日开始施工1#、2#、3#、4#、5#、7#、8#、9#、10#、11#钻孔、最后施工6#钻孔，然后对6#进行爆破。
基于液态CO2相变致裂增透技术的煤层瓦斯治理
上述学者的研究取得了一定效果，但是对于 液态 CO2 爆破致裂增透的研究目前尚处于起步阶 段，关于瓦斯压力对煤体致裂作用机理的研究还 非常少。
基于此，本文分析了液态 CO2 爆破技术增透 机理，并在马堡煤业 152 胶带下山煤层巷道掘进 面 进 行 了 CO2 预 裂 爆 破 技 术 现 场 实 验 研 究 。
［关键词］ 煤层透气性；气爆致裂增透；瓦斯抽采效果；煤体裂隙 ［中图分类号］ TD712 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1672蛳9943（2019）03蛳0004蛳03
0引言
近年来，随着煤层开采深度的不断增加，瓦斯 含量也随之增加，而煤层的透气性却越来越低。我 国煤矿正面临着一系列难题，诸如煤层抽采周期 过长、瓦斯压力增大、煤与瓦斯突出等。这些问题 严重影响了我国煤矿的安全和生产咱1-2暂。为解决这 个难题，众多研究人员开展了液态 CO2 相变爆破 致裂煤体的研究。
2.3 数值模拟结果分析 根据前人对低渗透高瓦斯煤层增透方面的研
究成果，项目主要开展了瓦斯压力对液态 CO2 相 变气爆致裂煤体的数值模拟研究，从定性及定量 角度，分析研究瓦斯压力变化对煤层液态 CO2 相 变气爆致裂增透的效果咱7暂。
分别模拟煤层瓦斯压力分别为 1、2、3、4 MPa 情况下，液态 CO2 相变气爆致裂的塑性区分布。通 过煤体瓦斯压力气爆后塑性区分布结果对比分析 可看出，随煤体瓦斯压力的增加，液态 CO2 相变气 爆致裂煤体的影响范围有增加的趋势。液态 CO2 相变气爆致裂影响半径与瓦斯压力变化的关系拟 合曲线如图 3 所示。从该拟合曲线可以进一步定 量说明瓦斯压力对气爆致裂影响范围的作用，即 随煤层瓦斯压力的增加，气爆致裂影响半径随之 线性增 大，二者 拟合 函数 可表达 为 y= 0.041 x+ 0.743，相关性系数为 0.981。
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一
项目名称： 液态二氧化碳相变致裂技术研究
1-起爆头；2-发热管；3-主管； 4-密封垫；5-泄能片；6-泄要性
•
胡家河矿井目前需要采取顶板预裂、帮部或迎头爆破措施 进行卸压解危，还需要对回采工作面上下隅角进行强制放顶， 由于在高瓦斯矿井放顶煤工作面不允许使用火药爆破，并且炸 药爆破工序复杂、危险性高，火工品管理严格，问题处理难度 大，在工作面生产过程中给安全带来一定的影响。 • CO2 致裂技术一旦应用成功，其研究成果可以在彬长集团 甚至陕煤化集团大规模推广，为冲击地压和高瓦斯工作面的安 全生产提供了更好的解决方案。其在冲击地压防治、放顶煤、 瓦斯抽采增透等领域发挥不可替代的作用，市场需求广泛。
研究液态CO2相变致 裂煤层强化增透技术：根 据矿井抽采钻孔布置方式 确定相变致裂增透影响半 径，确定钻孔CO2相变致 裂间距及技术参数。分析 致裂增透效果。
5
四
•
现有工作基础
胡家河矿井与煤科集团沈阳 研究院合作，结合矿井实际 情况，开展液态 CO2 相变致 裂解危新技术。目前已经采 购了相关设备和材料，编制 完成实施方案，并对施工人 员进行了预裂原理和操作技 能等方面的培训，对液态 CO2 的充装，验证气压，技 术操作关键点掌握及爆破均 进行了实际的试验。
9
六
预期成果
1、达到三个要求——液态 CO2相变致裂强矿压解危 技术要求；液态CO2相变 致裂顶板弱化预裂技术要 求；液态CO2相变致裂回 采工作面强化增透技术要 求。
2、形成三项技术——强矿 压煤层快速解危技术；坚硬 煤层液态CO2相变致裂顶板 弱化预裂技术；液态CO2相 变致裂煤层强化增透技术， 并形成适合矿井实际的配套 技术操作规范。
4
三
主要工作内容及关键技术
3 2
1
研究液态CO2相变致 裂冲击地压解危技术： 确定适合胡家河矿井强 矿压解危CO2相变致裂 半径和装液量，主要包 括回采工作面顺层钻孔 卸压、掘进工作面迎头 卸压、两帮卸压及底板 卸压。
研究液态CO2相变致 裂顶板弱化预裂技术：确 定回采面顶板弱化预裂效 果，钻孔布置参数及装液 量，包括采面顶煤弱化， 两顺顶板断裂技术。
10
七
资金来源：自筹
11
3
三
可行性分析 主要目标
达到三个要求：
液态CO2相变致裂冲 击地压解危技术要求 ；液态CO2相变致裂 顶板弱化预裂技术要 求；液态CO2相变致 裂回采工作面强化增 透技术要求。
形成三项技术：
冲击地压煤层快速解 危技术；坚硬煤层液 态CO2相变致裂顶板 弱化预裂技术；液态 CO2相变致裂煤层强 化增透技术，并形成 适合矿井实际的配套 技术操作规范。
6
四
现有工作基础
罐装装置
加压操作台
7
陕西彬长胡家河矿业有限公司
四
现有工作基础
罐装操作培训
致裂器称重
8
五
项目创新点
• 液态CO2预裂爆破爆破工艺的实施，在井下利用国产液态 CO2致裂设备进行实施研究尚属首次，其具有的安全性、 可靠性、高效性和环保性都将取代炸药爆破工艺，对防冲 卸压、弱化顶板、煤体增透等的研究与实施成果，将标志 着我国领域的研究水平迈向一个新的台阶。