CO?相变致裂是以超临界CO?与气态CO?之间的能量差作为破岩动力，致裂时液态CO?首先吸热转化为超临界态，再卸压膨胀转换为高压气体，破碎岩石。
该技术起源于20世纪初，最初用于英国煤矿中的低透气高瓦斯煤层增透和开采，以达到减少开采煤尘、降低瓦斯爆炸风险的目的，随后在美、德、法等国的煤矿中大量使用。
得益于煤矿机械化生产的快速发展，上世纪70年代末，英国在采煤领域全方位推广了机械化开采，停止了CO?相变致裂管的使用。
与此同时，此技术开始在钢铁、水泥、电力等领域崭露头角，用于结块清除、管道清堵、料仓破拱。
1.设备介绍
CO?相变致裂对机械设备要求较高，使用时需配备CO?储液罐、CO?充填设备、CO?相变致裂管。CO?相变致裂管由充装头、发热管、储液管、密封垫、剪切片及泄能头组成，如图1、2所示。
图1二氧化碳相变致裂设备
图2二氧化碳相变致裂管结构图
2.原理介绍
当温度超过31.3℃且压力超过7.39MPa时，二氧化碳进入超临界态。CO?相变致裂时，发热管通电释放大量热量，储液管内的液态CO?受热相变为超临界态，管内压力升高。当管内压力超过剪切片的额定压力时，剪切片发生破断，超临界CO?瞬间卸压膨胀为高压气体，破碎岩石。
现有观点普遍认为，致裂时高压气体冲击钻孔壁，激发强烈的应力波，致裂孔近区岩体内部压应力远高于岩石的极限抗压强度，岩石受压破碎，形成压碎区。压碎区外岩体内部压应力低于岩石动抗压强度，但岩体受压产生的环向拉应力大于岩石的极限抗拉强度，岩石受拉破坏；高压气体随后进入拉破坏裂隙，初始裂隙发生二次扩展，这部分区域被称为裂隙区。应力波在裂隙区外侧不断衰减，该区域岩体仅受弹性波作用产生震动，属于震动区。
CO?相变致裂荷载下的岩石破碎本质上是应力波与高压气体共同驱动下的岩体裂纹扩展行为。冲击动应力在高压CO?气体释放的瞬间破坏岩石，使其产生初始裂隙，裂纹尖端进而在远场应力与高压气体压力作用下向前扩展。裂纹扩展受气体压力、裂纹尺寸形状、射流方向等多因素共同控制。
图3贯通式锥型破碎
图4钻孔围岩分区示意图
声明：本站部分 章内容系出于传递信息之目的源自于第三方 站转载，行业企业、终端用户投稿。若对稿件内容有任何疑问或质疑，请立即与本 站联系，本 站将迅速给予回应并第一时间做出处理（联系邮箱：jinwei@zod.com.cn）。