摘要：二氧化碳相变爆破裂岩技术作为一种新兴的低温爆破致裂岩石开挖技术，其无高温、无明火、振动小和低污染、社会危害性小等特点受到爆破行业的关注，在爆炸物品严格被管控的国家法律条件下和崇尚环境保护的绿色施工创导下，特别是人文与环境因素，越来越多的城市建设项目爆破工程，无法采用炸药爆破方法施工。因此，二氧化碳相变裂岩技术在土石方爆破中的应用研究具有十分重要的意义。
本文从二氧化碳相变裂岩技术入手，阐述二氧化碳裂岩技术的理论基础、二氧化碳相变裂岩装置、施工工艺流程、施工技术参数、施工工艺等方面的研究，通过实验提出优化技术和措施。
实验证明，二氧化碳相变爆破裂岩技术，在国内具有应用的社会价值和实用性，二氧化碳相变裂岩技术对建设工程、地下工程、基础工程石方项目具有应用价值和新技术应用研究的意义，在作者的爆破公司的工程项目中应用本项技术获得了企业利益、产生了社会价值。
关键词：二氧化碳相变；裂岩技术；爆破
Experimental application of liquid carbon dioxide phase change expansion blasting technology in rock and soil blasting in complex urban environment.
Dai Lin
Huizhou zhongte special blasting technology engineering co.，LTD.General manager
Co2 phase change rupture rock blasting technology as a new low temperature crack of the rock excavation blasting technology，the high temperature without the halogen-light characteristics such as small little vibration and low pollution harmful to the society by blasting industry attention，in explosives are strictly controlled under the condition of the legislation of the country and advocate environmental protection green construction and guide，especially the cultural and environmental factors，more and more city construction project of blasting engineering，cannot use dynamite blasting construction，therefore，co2 phase change of cracked rock technology in blasting conditions applied research is of great significance This article obtains from the carbon dioxide phase change crack rock technology，carbon dioxide crack rock is introduced the theoretical basis of carbon dioxide phase change crack rock unit construction technological process technical parameters，construction technology and other aspects of th e research，optimization techniques and measures are put forward through the experiment the experiment proved that carbon dioxide phase rupture rock blasting technology，in domestic has the social value and practicability of the application，carbon dioxide phase transformation and rock crack technology for construction of underground engineering foundation engineering regarding the project has the application value and the significance of new technology application，in the author's blasting the company's engineering project in the application of this technique to obtain the social value of corporate interests
1 绪 论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
国爆破行业协会2018年度工作报告，是汪平秘书长作的年度报告。中国爆破行业协会汪旭光院士要求爆破行业向技术创新、安全高效、节能环保的趋势发展；爆破行业基于互联网、安全管控系统的研发与应用；积极开展二氧化碳膨胀爆破技术调研，推动行业健康可持续发展。2016年10月中国爆破行业协会已经将二氧化碳相变膨胀裂岩技术研究列入中国爆破行业科技进步中长期发展规划。
二氧化碳膨胀爆破是以液态二氧化碳受热气化膨胀做功的一种应用技术，在地下煤矿某些特殊环境中的应用具有不可替代性，应用于水下爆破作业对水生物保护效果明显，受到广泛关注。
炸药爆破方法始于18世纪30年代，诺贝尔发明炸药后，匈牙利人首先使用炸药爆破方法开挖石方，炸药爆破方法利用了炸药爆炸产生的巨大能量破碎岩石，给土石方开挖施工带来快速、经济、便捷的经济效益，同时采用炸药爆破带来的有害效应与负面效应是地震、个别飞散物、空气冲击波、噪声、水中冲击波、动水压力、涌浪、粉尘、有毒气体等。
2018年政府工作报告明确指出“树立绿水青山就是金山银山理念，以前所未有的决心和力度加强生态环境保护”；党的十九大报告也指出要“加强对生态环境的保护，坚决制止和惩处破坏生态环境行为”；我国政府部门以及各行各业管理部门要求采用新技术、新工艺、新材料、新设备，加快我国各行业科技与安全技术的应用，爆破行业要坚持“安全第一、节能减排、环境保护”的方针，保障人民生命和财产安全，重视生态环境保护，努力减少爆破造成的各种负面有害效应。
近几年社会上的无资质、无备案、无安全措施的野蛮施工队采用了“二氧化碳相变膨胀裂岩施工”，引发了一些安全隐患和施工事故，甚至有个别人员打着二氧化碳相变膨胀裂岩的幌子进行非法爆破的违法行为，引起了我国公安部门的高度重视并进行了治安治理，凡是“三无”不安全行为施工的都应该取缔或制止。
为了合规的、安全的、安全规范的采用“二氧化碳相变膨胀裂岩技术”，减少土石方爆破对周边环境的有害影响，保护人民群众生命与财产安全，减少施工和项目建设风险，对二氧化碳相变膨胀裂岩技术的应用值得深入应用实验与研究。因此，广东省爆破行业协会选择惠州中特特种爆破技术工程有限公司为“广东省二氧化碳相变膨胀裂岩技术的试验应用研究工作”首家单位，研究总结二氧化碳化碳相变膨胀裂岩试验效果、工法、安全操作规程、安全管理等方面内容，使二氧化碳相变膨胀裂岩安全管理方面走在全国前列。
1.1.2 研究意义
炸药爆破方法受限制于爆破环境和周边人文环境。在不允许采用炸药爆破情况下，只能采用机械凿岩施工方法或静态膨胀剂裂岩施工方法，机械凿岩施工方法或静态膨胀剂裂岩施工方法的施工成本高、速度慢、机械化程度低、效率低、工期长的缺点。
二氧化碳相变膨胀裂岩技术作为一种新型的应用型的裂岩技术，其具有的无高温、无明火、振动小和污染低、可以控制、爆破材料本质安全、社会危害性小等的优点，可以弥补炸药爆炸爆破方法的不足和避免炸药爆破带来的强大有害效应影响。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
国外在二氧化碳相变致裂技术这一领域的研究起步比较早，从19世纪30年代就已开始研究，同时推广到采石场的采石等行业，国外主要是对煤矿的二氧化碳相变致裂技术应用的研究，在煤矿山高瓦斯或环境恶劣情况下，二氧化碳相变致裂技术的应用更为安全与高效。
1.2.2 国内研究现状
国内对二氧化碳致裂技术的研究起步相对较晚，最早在19世纪70年代，煤炭科学研究总院的郭志兴等应用二氧化碳相变致裂技术进行了模拟爆破煤岩体的物理实验，成果为相变后产生的膨胀气体是一种类似蒸汽推动活塞的做功效应，在二氧化碳相变致裂技术应用方面，国内主要应用于煤炭和采矿领域。
1.3 研究目的与研究内容
1.3.1 研究目的
本文研究应用二氧化碳相变膨胀裂岩技术在城市复杂环境岩土爆破中的应用研究，研究目的是建设工程土石方施工中遇到如下四种施工环境条件下，将可以采用二氧化碳相变膨胀裂岩技术，在不能使用炸药爆破施工方法情况下，二氧化碳相变膨胀裂岩是一种高效的石方施工工法。四种特殊环境是：一是在使用炸药可能引起次生灾害的地质环境或水文环境；二是施工周边环境或人文环境不宜采用炸药爆破的环境；三是采用炸药爆破引起周边居民投诉，可能导致经济纠纷或索赔的项目环境；四是采用机械凿岩成本大、速度慢、效率低的岩石环境；
研究目的是应用二氧化碳相变膨胀裂岩技术能避免炸药爆破危害，又能带来经济效益的石方施工工法。
1.3.2研究内容
本文主要研究二氧化碳相变膨胀裂岩技术在土石方爆破工程中的应用，引用和设计二氧化碳相变膨胀裂岩装置，制定安全爆破工艺流程，实验确定二氧化碳相变膨胀裂岩最佳效果爆破技术参数，并通过试验提出优化措施，最后能够应用于实际工程案例并且获得良好效果和经济效益。研究二氧化碳相变膨胀裂岩技术实验应用的总结与期望前景。
2 二氧化碳相变技术和基础理论
2.1 二氧化碳性质
二氧化碳化学式为CO2，分子具有直线型结构，为无色略有酸味的气体。其密度为1.977g/L，熔点为-56.6℃，沸点为-78.5℃，临界温度为31.1℃。常温下70倍大气压时变为无色液体。液体CO2密度为1.1g/cm3。液态CO2蒸发时或在加压冷却时冷凝为固体CO2，也就是我们俗称的干冰，具有冷却作用，二氧化碳标准为1.56g/cm3的密度。二氧化碳处于三相点31.1℃的温度和7.382MPa的压力环境时，CO2呈现出特殊的固、液、气三相统一状态。压力超过7.382MPa，成超临界状态。
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图2.1-1二氧化碳三相图
2.2 二氧化碳相变裂岩技术
二氧化碳相变裂岩技术是通过二氧化碳CO2从液态转成气态，其体积突剧膨胀所产生的膨胀扩张能量对岩石施加物理气动力荷载，从而实现爆破裂岩。
2.3 二氧化碳相变裂岩施工原理
二氧化碳CO2裂岩施工原理流程如图所示。
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图2.3-1二氧化碳相变裂岩技术施工原理
在充满液态二氧化碳CO2的致裂管中，发热装置的热能使得致裂管内液态的CO2瞬间从液态转化为气态，体积膨胀500～600倍，致裂管内部瞬间达到200～300MPa以上高压压力荷载。高压气体瞬间从致裂管中泄出，泄出的高压CO2气体对周围介质产生强烈的冲击膨胀压力作用，这就是裂破岩石的能量来源，达到爆破裂岩的效果。
在充满液态二氧化碳CO2的致裂管中，从点火激发发热管至相变液态得二氧化碳CO2，整个过程只需0.4～1.0ms，其瞬间释放出高压气体破裂和推弃岩石。
岩石的抗拉强度10～40MPa，相变的二氧化碳CO2压力拉裂岩石理论上成立。岩石的抗压强度一般大于200MPa，相变的二氧化碳CO2压力不能压碎岩石，岩石被压碎理论上不成立，高压气体裂岩都是出现岩石被膨胀拉裂现象，不可能出现岩石粉碎现象。
2.4 炸药爆破与二氧化碳相变爆破
2.4.1炸药爆破
炸药爆破岩石是通过炸药本身的氧化-还原爆炸反应产生爆炸应力波、冲击波和爆炸高温高压气体，爆炸应力波使岩石产生纵向和环向裂纹并且岩石产生压缩和拉伸，初始爆炸冲击应力的传播使岩石产生岩石裂纹破坏，炸药爆炸初始应力波、爆炸冲击波达到几万兆帕、温度3000°C，爆炸爆破产生的压缩和拉伸应力远大于200MPa，使岩石粉碎破坏，爆炸冲击波破裂岩石厚，紧接着，高温高压爆炸气体对岩石产生推移和抛出作用。炸药爆破是爆炸应力和高温高压爆炸气体共同先后对岩石双重作用破坏的过程。
炸药为国家公安部门严格管控物质，工程使用受到严格限制，炸药爆破可能给周边环境带来强大有害效应与负面效应的影响。
2.4.2二氧化碳相变裂岩
二氧化碳相变膨胀裂岩爆破技术是以液态二氧化碳受热气化膨胀做功的一种低温爆破致裂岩石的技术，是通过二氧化碳液相和气相状态的转换形成能量交换，属于物理爆炸范畴。二氧化碳相变膨胀裂岩技术具有无高温、无明火、无爆炸冲击波和材料环保的特性。
二氧化碳相变膨胀裂岩没有炸药爆破产生的爆轰波和爆炸冲击波的特征，无法产生爆炸应力波破坏、压碎岩石，只能以气压气涨方式膨胀致裂岩石，因此，裂岩效果远远不如炸药爆破效果。二氧化碳相变膨胀裂岩爆破产生的有害效，如震动、空气冲击波效应小，破岩效果比炸药爆破差，施工效率低于炸药。
二氧化碳相变裂岩器材材料不属于国家公安部门严格管控爆炸物品，仅发热管属于危险化学品和属于易制爆管理范畴，其安全性远高于炸药和雷管爆炸物品。
2.4.3 二氧化碳相变裂岩与炸药爆破优缺点
2.4.3.1二氧化碳CO2裂岩的优缺点分析与经济技术成本指标分析
（1）材料本质特性：二氧化碳相变膨胀裂岩技术是以液态二氧化碳受热气化膨胀做功的一种低温爆破致裂岩石的技术，是通过二氧化碳液相和气相状态的转换来提供能量，属于物理爆炸爆破范畴，材料具有本质的安全性特点。
（2）二氧化碳CO2爆破其爆破产物为气态的二氧化碳，属于无毒无害的气体，不会对环境和人体产生任何有害的影响，二氧化碳相变膨胀裂岩震动小、飞石可以控制、破岩能量可以人为控制。
（3）二氧化碳相变膨胀裂岩爆破裂岩效率低、效果没有炸药爆破效果好。
（4）二氧化碳CO2爆破裂岩经济指标分析：二氧化碳相变膨胀裂岩施工成本，以沙砾岩破碎标准最大边长小于80cm为例，爆破后需要使用液压机械挖掘机破碎锤第二次破碎。按工、机、料、包含爆破后岩石二次破碎直接费计算，实验施工成本≈38元/m3，其中二次破碎破碎机械费10元m3。
（5）理论上，二氧化碳相变膨胀裂岩技术可以应用于各种爆破环境。
2.4.3.2炸药爆破的优缺点分析与经济技术成本指标分析
（1）炸药是危险爆炸物品，本身具有爆炸性，炸药为国家严格管控物质。需要国家规定的行政审批许可。
（2）炸药爆破能量威力巨大，炸药爆破产生较强的有害效应，如地震、爆破飞散物、空气冲击波、噪声、水中冲击波、动水压力、涌浪、粉尘、有毒气体。
（3）炸药爆破裂岩效率高、效果好。
（4）炸药爆破裂岩经济指标分析：炸药爆破岩石施工成本，以沙砾岩破碎标准最大边长小于80cm为例，爆破后超出岩块最大边长大于80cm的，需要再使用液压机械挖掘机破碎锤第二次破碎。按工、机、料、包含大块岩石二次破碎直接费计算，实验施工成本≈14元/m3，其中二次破碎破碎机械费2.0元m3。
（5）实际工程建设中，炸药爆破应用不是在任何地方、任何环境都可以应用。
3 二氧化碳相变裂岩装置与施工工艺
3.1 二氧化碳相变裂岩装置
（1）二氧化碳相变裂岩设备装置组成如下图：
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图3.1-1液态二氧化碳存储罐 图3.1-2液态二氧化碳存充装设备
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图3.1-3发热管
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图3.1-4致裂管
（2）致裂装置总成由充装单向阀、发热管装置、致裂管组成，如下图：
图示1.充装单向阀 2.薄壁管或PE材料 3.发热装置与电点火柴 4.前堵盖 5.后堵盖
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图3.1-5致裂器结构图
3.2 二氧化碳相变裂岩工艺
二氧化碳相变裂岩工艺流程。首先创造爆破工作临空面，不能采用气裂爆破方法创造爆破工作临空面，采用机械凿岩方法，凿出垂直临空面，高度与设计的施工台阶相等，然后紧邻临空面按设计施工图钻炮孔、验收炮孔、放置致裂管，然后孔外充装液态的二氧化碳CO2进入致裂管、网路连线与网路检测、填塞炮孔、安全防护覆盖、安全警戒、充电起爆、爆破后安全检查、二次机械解小破碎。工序如下图所示：
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图3.2-1施工工艺流程图
4 二氧化碳相变裂岩技术参数
4.1 二氧化碳裂岩技术参数
二氧化碳相变膨胀爆破技术参数为台阶临空面坡角、钻孔孔径、致裂管管径、致裂管管长、充装二氧化碳的压力®、充装液态co2重量、孔间距a、孔排距b、孔排数n、底盘抵抗线W1、最小抵抗线W。以上11个施工技术参数，其直接影响爆破效果和爆破有害效应数据大小。二氧化碳相变膨胀裂岩施工技术参数因素的如下图所示：
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图4.1-1底盘抵抗线与孔间距、孔排距、孔排数参数关系图
4.2 试验研究
4.2.1 试验目的
实验施工的工程地质岩石为致密坚硬的沙砾岩，其f值≥12.0～16.5。
实验确定二氧化碳相变膨胀爆破技术的可靠性、安全性、可行性。
实验确定以下11个施工技术参数最佳效果数值，二氧化碳相变膨胀爆破技术参数为台阶临空面坡角、钻孔孔径、致裂管管径、致裂管管长、充装二氧化碳的压力®、充装液态co2重量、孔间距a、孔排距b、孔排数n、底盘抵抗线W1、最小抵抗线W。
4.2.2 试验地点
实验地点惠州中特特种爆破技术工程有限公司位于广东省惠州市大亚湾区泰丰地块。
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图4.2.2-1实验地质与环境
4.2.3 试验技术参数设计
二氧化碳相变施工技术参数设计如下表所示：
表4.2.3-1二氧化碳相变致裂器技术参数
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4.2.5 技术参数试验
实验项目岩石为致密沙砾岩，f值≥12.0。实验参数项目是孔排距a、孔间距b、孔排数n、底盘抵抗线W四个施工技术参数，其余施工参数按表4.2.3-1二氧化碳相变致裂器技术参数。每组实验均为6个炮孔。
（1）试验一：孔排数n的效果数据
实验程序：孔间距a、孔排距b、底盘抵抗线W以及其他参数设定取值为经验常数，实验时不变。孔排数n为变量参数，分别进行4次的孔排数n变量试验，试验出不同的孔排数n对岩石破裂裂隙率、致裂振动、致裂飞石、空气冲击波和致裂噪声的数据与影响。
（2）试验二：底盘抵抗线W的效果数据
实验程序：孔间距a、孔排距b、孔排数n以及其他参数设定取值为经验常数，实验时不变。底盘抵抗线W为变量参数，分别进行6次的底盘抵抗线W变量试验，试验出不同的底盘抵抗线W对岩石破裂裂隙率、致裂振动、致裂飞石、空气冲击波和致裂噪声的数据与影响。
（3）试验三：孔间距a的效果数据
实验程序：孔排距b、孔排数n、底盘抵抗线W以及其他参数设定取值为经验常数，实验时不变。孔间距a为变量参数，分别进行6次的孔间距a变量试验，试验出不同的孔间距a对岩石破裂裂隙率、致裂振动、致裂飞石、空气冲击波和致裂噪声的数据与影响。
（4）试验四：孔排距b对致裂效果的影响
实验程序：孔间距a、孔排数n、底盘抵抗线W以及其他参数设定取值为经验常数，实验时不变。孔排距b为变量参数，分别进行6次的孔排距b变量试验，试验出不同的孔排距b对岩石破裂裂隙率、致裂振动、致裂飞石、空气冲击波和致裂噪声的数据与影响。
通过以上四组试验可以评价出每次试验的最佳效果施工技术参数，然后把每次试验的最佳参数组合起来就可以得到二氧化碳裂岩最佳技术参数组合。最佳参数的确定要综合考虑岩石破裂裂隙率、致裂振动、致裂飞石、空气冲击波和致裂噪声这4个因素，具体参数实验确定方法在下一节进行介绍。
4.2.6 因素评价值f的确定
每做一次试验就能够得到岩石破裂裂隙率、致裂振动、致裂飞石、空气冲击波和致裂噪声这五个数据，为了求得每次试验的最佳参数，对这些数据进行归一化处理，转化为0到1之间的某个评价值f，其中，0表示本次试验测得的数据超出了国家的安全标准，因素的评价效果极差，不能用于工程实践；1表示本次试验测得的数据完全符合国家的安全标准，因素的评价效果极好，可充分用于工程实践中；0—1之间的评价值表示本次试验测得的数据符合国家的安全标准，评价值越高越好。为了确定每个因素的评价标准，参照国家制定的标准《爆破安全规程》（GB6722-2014）关于爆破有害效应引起的振动、个别飞散物、空气冲击波、噪声的允许值如下：
表4.2.6-1爆破安全规程规定的有害效应允许值
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在二氧化碳相变膨胀裂岩过程中，为了保证其安全可靠性，本试验取《爆破安全规程》（GB6722-2014）关于爆破有害效应引起的振动、个别飞散物、空气冲击波、噪声允许值的最小值，即致裂振动的安全范围为0～1.5cm/s、致裂飞石的安全范围为0～100m、空气冲击波的安全范围为0～0.02×105Pa、致裂噪声的安全范围为0～80dB，本试验将致裂飞石的安全范围调整为0～50m。在得到每一个因素的安全范围后，采用等分的方式将每一个因素的安全范围平分为五个区间，分为对应（0，0.2）、[0.2，0.4）、[0.4，0.6）、[0.6，0.8）、[0.8，1]的中间值0.1、0.3、0.5、0.7、0.9作为其评价值，每一个因素转化后的评价值如下表：
表4.2.6-2致裂振动对应的评价值
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致裂效果评价值公式：f=f（a、b、n、W）= f=f（a）•f（b）•f（n）•f（W），式4.2.6-1
根据计算出的致裂效果评价值f，就可以找出每组试验的最佳参数。
4.2.7 试验分析
根据第三章的施工工艺和第四章设计的试验，可以得到4组试验数据。本节对这4组试验数据进行分析，确定每一次试验的最佳参数，得出二氧化碳裂岩最佳技术参数组合以及实验过程中的否决项。
（1）孔排数n最佳参数的确定
在试验一的条件下，设置常量参数孔间距a=2.5m、孔排距b=2.5m、底盘抵抗线W=2.5m以及其他参数设定取值为经验常数，实验时不变。孔排数n为变量参数，分别进行4次孔排数n为变量的气裂试验，得出其试验结果如下表所示：
表4.2.7-1不同孔排数的致裂结果
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基于试验一的试验数据岩石破裂裂隙率、致裂振动、致裂飞石、空气冲击波和致裂噪声，其对应的评价值，运用公式4.2.6-1可以计算出不同孔排数n的致裂效果评价值。如下表所示：
表4.2.7-2不同孔排数的致裂效果评价
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为了直观的反应不同孔排数n的致裂效果，将上表的数据用图形的形式表示出来，如图4.2.7-1所示：
由上图可以看出，随着孔排数的增加，致裂效果先增加再减少，在孔排数n=2时达到最大，孔排数n的最佳施工技术参数为2。
实验过程中，出现1次第二排1个炮孔冲孔现象；出现1次第三排4个炮孔冲孔现象；出现1次第四排5个炮孔冲孔现象。原因是第一排致裂效果影响或岩石夹制作用，发生“冲炮”现象即列为“否决项”。取消采用孔排数n的最佳施工技术参数为2的结果，施工将严格采用n=1。
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图4.2.7-1不同孔排数的致裂效果评价图
（2）底盘抵抗线W最佳参数的确定
在试验二的条件下，设置常量参数孔间距a=2.5m、孔排距b=2.5m、孔排数n=1排以及其他参数设定取值为经验常数，实验时不变。底盘抵抗线W为变量参数，分别进行6次底盘抵抗线W为变量的气裂试验，得出其试验结果如下表所示：
表4.2.7-3不同底盘抵抗线的致裂结果
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基于试验二的试验数据岩石破裂裂隙率、致裂振动、致裂飞石、空气冲击波和致裂噪声，找到其对应的评价值，再运用公式4.2.6-1可以计算出不同底盘抵抗线W的致裂效果评价值。如下表所示：
表4.2.7-4不同底盘抵抗线的致裂效果评价
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为了直观的反应不同底盘抵抗线W的致裂效果，将上表的数据用图形的形式表示出来，如图所示：
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图4.2.7-2不同底盘抵抗线的致裂效果评价图
由上图可以看出，随着底盘抵抗线的增加，致裂效果总体上也是呈先增加再减少的趋势，在底盘抵抗线W=1.8~2.0m时达到最大，底盘抵抗线W的最佳参数为1.8~2.0m。
（3）孔间距a最佳参数的确定
在试验三的条件下，设置常量参数孔排距b=2.5m、底盘抵抗线W=1.8-2.0m、孔排数n=1排以及其他参数设定取值为经验常数，实验时不变。孔间距a为变量参数，分别进行6次孔间距a为变量的气裂试验，得出其试验结果如下表所示：
表4.2.7-5不同孔间距的致裂结果
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图4.2.7-3不同孔间距的致裂效果评价图
基于试验三的试验数据岩石破裂裂隙率、致裂振动、致裂飞石、空气冲击波和致裂噪声，找到其对应的评价值，再运用公式4.2.6-1可以计算出不同孔间距a的致裂效果评价值。如下表所示：
表4.2.7-6不同孔间距的致裂效果评价
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为了直观的反应不同孔间距a的致裂效果，将上表的数据用图形的形式表示出来，如图所示：
由上图可以看出，随着孔间距的增加，致裂效果呈先增加再减少的趋势，在孔间距a=2.0m时达到最大，故孔间距a的最佳参数为2.0m。
（4）孔排距b最佳参数的确定
在试验五的条件下，设置常量参数孔间距a=2.0m、底盘抵抗线W=1.8-2.0m、孔排数n=1排以及其他参数设定取值为经验常数，实验时不变。孔排距b为变量参数，分别进行6次孔排距b为变量的气裂试验，得出其试验结果如下表所示：
表4.2.7-7不同孔排距的致裂结果
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基于试验四的试验数据岩石破裂裂隙率、致裂振动、致裂飞石、空气冲击波和致裂噪声，找到其对应的评价值，再运用公式4.2.6-1可以计算出不同孔排距b的致裂效果评价值。如下表所示：
表4.2.7-8不同孔排距的致裂效果评价
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为了直观的反应不同孔排距b的致裂效果，将上表的数据用图形的形式表示出来，如图所示：
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图4.2.7-4不同孔排距的致裂效果评价图
由上图可以看出，随着孔排距b的增加，致裂效果呈先增加再减少的趋势，在孔排距b=1.8m时达到最大，故孔排距b的最佳参数为1.8m。
实验过程中，出现2次第二排1个炮孔冲孔现象；出现1次第二排2个炮孔冲孔现象。原因是第一排致裂效果影响或岩石夹制作用，发生“冲炮”现象即列为“否决项”。取消采用孔排距的最佳施工技术参数为1.8m的结果，施工将严格采用单排施工，紧临临空面单排设计爆破施工。
5 总结与展望
5.1 总结
本文阐述二氧化碳相变膨胀裂岩爆破技术的工作原理、特性、影响因素、致裂装置及施工工艺，通过爆破试验的方式从技术参数、施工工艺、致裂装置方面提出优化措施，取得最佳的致裂岩石效果，本文得出的结论如下：
第一，二氧化碳裂岩爆破技术与传统炸药和雷管等爆破技术施工方法、施工原理、破岩特征不同，其为物理爆破，二氧化碳裂岩爆破是利用二氧化碳液态气态转化为气态产生的转换能量来实现爆破岩石，相比于传统炸药爆破方法，二氧化碳裂岩爆破具有无高温、无明火、成本低、振动小和污染低等明显特点。
第二，二氧化碳相变膨胀裂岩爆破技术主要影响参数为为台阶临空面坡角、钻孔孔径、致裂管管径、致裂管管长、充装二氧化碳的压力®、充装液态co2重量、孔间距a、孔排距b、孔排数n、底盘抵抗线W1、最小抵抗线W。
第三，采用5kg致裂管爆破岩石，施工爆破台阶高度设置为5.0m。采用控制爆破变量法对气裂裂岩爆破技术参数进行多组的试验，实验得出最佳施工技术参数为：孔排数n=1排、底盘抵抗线W=1.8~2.0m、孔间距a=2.0m，爆破施工能取得较为理想的爆破致裂效果和达到安全控制效果。
第四，采用一次性气体膨胀管，淘汰“重复使用的二氧化碳CO2致裂管装置设计”，避免“冲管”危害效应。
第五，在使用炸药可能引起次生灾害的地质环境或水文环境，如高瓦斯煤矿、地铁下穿建筑物的环境、水域生物需要保护的环境，具有应用前景；施工周边环境环境不宜采用炸药爆破的建设项目，或可能引起爆破振动危害纠纷的，或周边环境限制了不允许使用炸药爆破的，并且采用机械凿岩成本大于45元/m3，可以获得良好经济效益；爆破作业毗邻重要设施，如邻近古文物、地铁、建构筑物、铁路、高压线、核电站等限制采用炸药爆破的环境，采用二氧化碳膨胀爆破技术，是一种高效的施工工法；
第六，爆破复杂环境，爆破区边缘200米范围内有保护人群或物体的城市建设项目工程环境，我公司实践证明，不宜采用重复性钢管作为致裂管爆破，必须采用“一次性致裂管爆破”和孔内充装气体的工艺。
第七，发热管致热能量方面需要进行技术性发展，希望提高激发能量和反应速度；致裂管需要提高机械加工精度和安全性能，避免引起操作事故。这是对产品方面的期望。
第八，工程环境虽然可以采用炸药爆破，但其爆破施工费、安全评估费、爆破安全监理费、爆破有害效应监测费、爆破管理费、强制性使用电子雷管等的综合价格接近40元/m3的施工项目，而且施工工程量又比较小的项目，采用二氧化碳膨胀爆破施工，具有较大的优势。
第九，建设单位为确保项目的安全，为避免不必要的经济纠纷或索赔，特别是避免项目停止的巨大经济损失，直接提出应用二氧化碳膨胀爆破技术的项目，将获得较好的社会、经济价值。
第十，实施方案应通过行业协会专家评估后，并且在属地公安管理部门备案后，方可应用、实施本项爆破技术。二氧化碳相变膨胀爆破裂岩技术可以应用于工程建设项目的石方施工。
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论文作者:戴霖
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/14
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