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 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 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。
三、二氧化碳爆破产品优势
对于传统开采方法的一场新革命。用于煤矿采煤工作面,替代传统炮采方法，实现
工作面落煤,爆破威力大、抛煤量多、块大、抛出距离短,减少工人的强力,且不会造成放
炮崩人事故的发生。另外爆破煤块成块率高,煤粉比率明显降低,基本不扬尘,大大降低了
煤尘爆炸隐患。煤矿应用此技术可带来产量猛烈增长与利润大幅度提高。具体优势
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。
６、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。
四、实施方案
二氧化碳爆破在煤矿中使用主要分为五个工作步骤。第一步骤地面操作间的装管。
第二步爆破工作面的打眼。第三步将装好气的致裂管运输到工作面。第四步把二氧化
碳致裂管放炮眼里面，并且封孔，放炮。第五步回收。
（一）地面操作间装管
1、二氧化碳致裂管灌装前的准备工作：
①需要给充装机、拆装机供应 380V 交流电。
②储液罐有足够的液态二氧化碳。
③致裂器和相应的耗材（加热棒、爆破片、垫片）。
④万用表、钳子、扳手、内六角等工具。
2、工作流程
操作间设备布置图
3、操作方法
3.1 组装
① 将致裂器储液管放在陈列架上，将铁丝插入主管中，并使带钩的一端从主管刻字的
一端伸出。然后把用铁丝勾住加热装置的导线并拉动铁丝使导线从储液管的另一端伸
出。
② 将定压剪切装上密封垫，并与加热装置的导线连接在一起（注意定压减切片凸起的
一端朝里）。然后拉出加热装置，使定压减切片完全进入储液管内。
③ 先拧紧释放管，再拧紧充装阀，均拧到手无法拧动为止。
④ 将拧好的致裂器放在拆装机钳口上，并将充装阀一头插入拆装头里。然后顺时针旋转急停按钮，按下启动按钮以启动拆装机。
⑤ 按住夹紧按钮压力上升到 10MPa 以上后放开。然后按住紧固按钮当压力上
升至 10MPa 时，放开紧固按钮。
⑥ 按住松开按钮，然后将致裂器掉头。
⑦ 重复步骤⑤
⑧测量电阻，电阻在 1-2 欧姆为正常。
3.2 充气
①将致裂器放在充装台上对好充装孔，拧紧夹紧杆并用内六角扳手打开充装阀。然后打开致裂器所对应的球阀，关闭没有致裂器的球阀。
②按下充装机上的清零键，将称重仪表清零。
③放气：每天首次工作前，需要放气，将整个管道排空。先打开充装台上的进口球阀和出口球阀。然后按下放气按钮，直到出口球阀喷出连续不断的白色气体后，关闭出口球阀。
④洗管：按下放气按钮后，关闭进口球阀然后打开出口球阀，将致裂 器内的二氧化碳放出，放出一大部分后关闭出口球阀。重复两到三次，
⑤充装：关闭出口球阀后，按下增压按钮，待致裂器充满后机器会自动停止。机器停止后，用内六角扳手将致裂器的充装阀关闭，然后关闭进口球阀，再打开出口球阀将多余气体放出。
⑥测试密封性：将致裂器的充装阀和释放管分别放入水中，确保没有大量气泡。
（二）钻孔施工
钻孔布置如图 1 所示，采取钻孔进行爆破。
图 1 钻孔布置图
施工在巷道中心打一个空孔
1) 施工在巷道中心打一个空孔。
2) 施工钻孔，设计孔深 1m，然后进行爆破，爆破后抽出爆破器和连接管，及时进行封孔处理、连接抽放管路进行抽放，每天上下午两次测量爆破孔的抽采浓度、负压等指标。
（三）设备运输
（1）储液管长 1m，外径 73mm，灌装液态二氧化碳后质量约为 25Kg。储液管采用优
质进口钢材加工而成，结实耐用，可重复使用 4000 次，除了接通电路能启动爆破外，
磕碰、撞击、高温都不会对装置产生损坏。
（2）储液管在地面灌装液态二氧化碳后，由矿方安排人员提前用矿车运输至爆破地点。
（3）实验无法进行或是用不完的储液管必须及时回收升井，妥善保管。
（四）放炮
① 打孔：Φ73 致裂器需要打 Φ90 的孔。
② 将第一根致裂器和第二根致裂器先连 接好，插好插销。并将第一根致裂器的 DC 插头剪短，把两个线缠在一起，并用绝缘胶布缠好。然后把锥头连上。
③ 先插入连接好的两根致裂器插入孔中，插入前先把提拉杆插到第二根致裂器的释放管中，然后插入孔中，利用提拉杆支撑致裂器，不然致裂器掉下去。
④ 将第三根致裂器与第二根致裂器连接好，将第二根提拉杆插入第三根致裂器的释放管中。然后拔出第一个提拉杆，再把致裂器放入孔中。
⑤ 重复步骤 ④ 将剩余的致裂器连接好。
⑥用干细沙用细木根吧眼给封孔，确保管不能飞管
⑦用 15 的钢丝绳把每个致裂管的头部栓起来。
⑧ 根据智能云安全发爆器功率将所有致裂器用导线连接好。（单个孔中的致裂器为串联，电阻值累计增加）
（五）回收
① 将回收好的致裂器用矿车运到操作间，把致裂器放在拆装机钳口上，并将充装阀一
头插入拆装头里。然后顺时针旋转急停按钮，按下启动按钮以启动拆装机。
② 按住夹紧按钮压力上升到 10MPa 以上后放开。然后按住拆卸按钮，旋转一至两圈后，
放开拆卸按钮。
③ 按住松开按钮，然后将致裂器掉头。
④ 重复步骤 ②。
⑤ 将致裂器内部的残渣清理干净，以便下次使用。
五、施工安全技术措施
在液态二氧化碳相变致裂实施过程中，所有施工人员除均需严格遵守《煤矿安全
规程》和矿井所有的安全施工措施外，还需要执行与液态二氧化碳相变致裂相关的安
全实施规程。
（一）注意事项
1）设备保存
（1）注液设备安置在地面，需安排库房值班人员妥善保爆破器材，无关人员禁止操作
设备。
（2）二氧化碳钢瓶安置在通风、阴凉处，发现钢瓶有腐蚀、损伤、裂纹等缺陷时，及
时向试验人员汇报并安排更换。
2）设备灌装
（1）井下致裂前一天对储液管进行二氧化碳灌装，做到随用随灌，不长期保存。
（2）灌装前，无关人员离开库房，试验人员对空压机、注液泵性能进行检查，确保装
置一切正常时开始灌装二氧化碳。
（3）灌装过程中，严格按照《液态二氧化碳预裂装置操作手册》，试验期间由信息研 究院技术人员操作执行，若出现漏气应及时停止，排查故障。
（4）灌装后，将储液管两端分别插到水中，检验是否漏气；灌装前后对储液管称重，
核实灌入液态二氧化碳的质量；对线路进行导通测试，确保线路正常；充装完成后，
上好两端保护盖。
（二）试验安全技术措施
1）钻孔施工由矿方负责。
2）钻孔施工严格按照、实施方案施工。由矿方项目负责人负责协调，并安排专人对钻
孔施工负责人、现场操作打钻工等进行钻孔布置要求的专项指导，确保打钻操作人员
理解并掌握钻孔施工要求。
3）加热器电流使用矿用智能云安全发爆器进行导电，由放炮队爆破工进行接通电流。
由我公司安排专人对对爆破工讲明操作要求。
4）井下进行实验前，要先在井上进行云计算智能云安全发爆器试验，检查好智能云安
全发爆器，只有智能云安全发爆器性能能够适应井下变相致裂试验标准后方可在井下
使用。
５）在进行钻孔预裂前安检队瓦斯检查员检查巷道内瓦斯，只有当瓦斯浓度在 0.5%以
下时，二氧化碳浓度在 0.5%以下时，方可开始进行试验。
６）钻孔预裂后，由通风调度查看巷道内探头瓦斯浓度，只有巷道内瓦斯浓度在 0.5%
以下、二氧化碳浓度在 0.5%以下时，瓦斯检查工进入巷道检查巷道内瓦斯和二氧化碳
浓度，确认都在 0.5%以下时，其他人员方准进入底抽巷。如果有冲击地压危险、瓦斯
仍然高值或有其它异常，现场矿方人员应根据实际情况，联合各科室制定措施，进行
处置。
７）撤人停电、警戒范围：
（1）撤人范围：按照炸药爆破安全规程执行。
（2）停电范围：按照炸药爆破安全规程执行。
８）液态二氧化碳相变致裂试验前，由矿上组织，对参加实验的相关人员学习本措施。
参加实验的人员必须固定，需要调整人员时，参加人员必须学习本措施，学习后方准
上岗作业。打钻工区自主组织学习，打钻机组人员必须固定。
９）该安全措施未涉及的部分均按矿相关规程严格执行。
六、设备配置表
