《干冰粉靜態(tài)氣動(dòng)壓裂破巖技術(shù)及工藝規(guī)程》

ICS07.060

P13

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/JSUSS01—2023

干冰粉靜態(tài)氣動(dòng)壓裂破巖技術(shù)及工

藝規(guī)程

（征求意見(jiàn)稿）

2023-12-31發(fā)布2023-12-31實(shí)施

江蘇省地下空間學(xué)會(huì)發(fā)布

1總則

為了促進(jìn)工程進(jìn)展，保證巖石壓裂破碎工程的施工質(zhì)量，提高施工人員操作技術(shù)水平，

保證施工人員和周邊環(huán)境安全，特制定本文件。

本文件適用于干冰粉靜態(tài)氣動(dòng)壓裂破巖的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工程，重點(diǎn)包括城市隧道施工破巖工

程、城市基坑開(kāi)挖、頑石/孤石安全拆除、隧道與地下空間施工等傳統(tǒng)鉆爆法無(wú)法使用的工

程領(lǐng)域。

各分項(xiàng)工程的安全注意事項(xiàng)，除應(yīng)執(zhí)行本文件外，還應(yīng)嚴(yán)格遵循相關(guān)法律法規(guī)。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。凡是注日期的

引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括

所有的修改單)適用于本文件。

JC/T無(wú)聲破碎劑

GB6722爆破安全規(guī)程

GB16423金屬非金屬礦山安全規(guī)程

GB/T9969工業(yè)產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)

GB50201土方與爆破工程施工及驗(yàn)收規(guī)范

GB/T50218-2014工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3術(shù)語(yǔ)與定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

干冰粉靜態(tài)氣動(dòng)壓裂破巖技術(shù)（dryicepowderstaticpneumaticfracturingrock-breaking

technology）

一種采用固態(tài)干冰粉，結(jié)合干冰粉靜態(tài)氣動(dòng)壓裂破巖器材(主要包括二氧化碳聚能劑、

干冰致裂器)，利用二氧化碳聚能劑在固、液、氣混相二氧化碳中的燃燒放熱促使干冰粉迅

速氣化膨脹進(jìn)而致裂巖體的技術(shù)。

3.2

二氧化碳聚能劑（carbondioxidefusionagent）

一種在特定溫壓條件下能夠在液態(tài)、氣態(tài)或固液氣共存的二氧化碳中快速穩(wěn)定燃燒，并

3

釋放熱量的藥劑。由二氧化碳聚能劑圓棒、二氧化碳聚能劑環(huán)管、二氧化碳聚能劑粉體、引

火頭、電阻絲、導(dǎo)線(xiàn)制成，用于加熱干冰。

3.3

干冰致裂器（dryicecracker）

二氧化碳聚能劑在運(yùn)輸和存儲(chǔ)過(guò)程中使用的一種鐵制管式容器，能夠隔絕外界腐蝕性物

質(zhì)、撞擊等復(fù)雜環(huán)境（如圖3-1所示）。

圖3-1干冰致裂器實(shí)物圖

3.4

振動(dòng)速度峰值（peakvibrationspeed）

振動(dòng)速度峰值是指在振動(dòng)過(guò)程中達(dá)到的最大速度值。它表示了振動(dòng)物體在某一時(shí)刻的最

大速度。

3.5

主振頻率（mainvibrationfrequency）

介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)最大振幅所對(duì)應(yīng)波的頻率。

3.6

炮被（cannon）

炮被，屬于爆破防護(hù)器材。一般炮被由廢舊車(chē)胎編織而成，也可以叫橡膠炮被，炮皮，

爆破防護(hù)網(wǎng)等。主要用于大中小型的開(kāi)山爆破、隧道爆破、露天采石等爆破工程。

4氣動(dòng)壓裂破巖參數(shù)設(shè)計(jì)

4.1致裂器選型

應(yīng)根據(jù)需要的一次破巖深度進(jìn)行選型，目前干冰致裂器有3種型號(hào)：L-600型（長(zhǎng)度為

600mm）；L-1000型（長(zhǎng)度為1000mm）；L-1200型（長(zhǎng)度為1200mm）。具體選擇方案

4

見(jiàn)表4-1：

表4-1致裂器選型表

一次破巖深度（m）2-33-44-5

致裂器型號(hào)L-600L-1000L-1200

4.2鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)

鉆孔參數(shù)主要包括孔徑、孔深、孔間距，對(duì)于確定型號(hào)的致裂器提供具體參數(shù)要求如下：

4.2.1鉆孔孔徑要求

所有型號(hào)的致裂器的直徑均為90mm，鉆孔直徑應(yīng)為105-120mm，根據(jù)鉆孔直徑要求

選用合適的鉆頭。

4.2.2孔深要求

應(yīng)通過(guò)表4-2對(duì)應(yīng)的致裂器的孔深要求選用合適的鉆孔深度。

表4-2孔深設(shè)計(jì)參數(shù)表

致裂器型號(hào)L-600L-1000L-1200

鉆孔深度（m）2.5-3.53.5-4.54.5-5.5

4.2.3孔間距要求

孔間距需要同時(shí)考慮致裂器型號(hào)和巖體物理力學(xué)性質(zhì)，應(yīng)通過(guò)表4-3設(shè)計(jì)孔間距參數(shù)：

表4-3孔間距參數(shù)設(shè)計(jì)表

致裂器型號(hào)工程巖體分級(jí)孔間距（m）

L-600I0.9-1.2

II1.2-1.5

III1.5-1.8

IV1.8-2.0

L-1000I1.2-1.5

II1.5-1.8

III1.8-2.0

IV2.0-2.2

L-1200I1.5-1.8

II1.8-2.0

III2.0-2.2

IV2.2-2.4

5氣動(dòng)壓裂破巖作業(yè)基本規(guī)定

5.1施工人員配備

應(yīng)根據(jù)施工規(guī)模合理配比施工人員，通常一個(gè)工作面配備3-6個(gè)工作人員，具體包括:

從事干冰粉靜態(tài)氣動(dòng)壓裂技術(shù)人員1-2名，安全工程師1-2名，輔助人員1-2名。

5

5.2施工人員培訓(xùn)

參與干冰粉靜態(tài)氣動(dòng)壓裂破巖器材作業(yè)的施工人員，應(yīng)經(jīng)過(guò)干冰粉靜態(tài)氣動(dòng)壓裂破巖器

材生產(chǎn)單位培訓(xùn)，并取得產(chǎn)品生產(chǎn)單位頒發(fā)的干冰粉靜態(tài)氣動(dòng)壓裂器材作業(yè)合格證書(shū)的，才

能上崗。

5.3材料與設(shè)備準(zhǔn)備

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)配套專(zhuān)業(yè)施工材料與設(shè)備，具體包括干冰箱、電加熱裝置、激發(fā)裝置吊裝裝置、

專(zhuān)用封孔材料與設(shè)備、專(zhuān)業(yè)工具箱、發(fā)電機(jī)等。

5.4電加熱裝置功率要求

電加熱棒應(yīng)并聯(lián)工作，并聯(lián)個(gè)數(shù)依據(jù)發(fā)電機(jī)功率來(lái)定，每個(gè)致裂器需要占用300W功率，

且需要留出20％的余量功率。

5.5安全泄壓裝置裝配

安全泄壓裝置應(yīng)安裝于致裂器上，根據(jù)需要由人工啟動(dòng)，亦或者壓力大于安全閥值（自

主選擇）自動(dòng)啟動(dòng)。

5.6激發(fā)裝置要求

電阻絲加熱激發(fā)應(yīng)在環(huán)境溫度25℃條件下，安全電流≤0.95A，激發(fā)電流>2A，一次激

發(fā)數(shù)量最大為30個(gè)鉆孔。

5.7二氧化碳聚能劑運(yùn)輸要求

聚能劑運(yùn)輸時(shí)應(yīng)保證盛裝器皿包裝完好無(wú)損，輕拿輕放，嚴(yán)禁拋擲、翻滾和踩踏；運(yùn)輸

過(guò)程中應(yīng)謹(jǐn)防受潮、擠壓及雨淋；嚴(yán)禁與腐蝕性物品同時(shí)運(yùn)輸；嚴(yán)禁與危險(xiǎn)化學(xué)品同時(shí)運(yùn)輸。

5.8干冰粉體粒度要求

干冰粉體粒度應(yīng)為0.5mm~3mm。

5.9專(zhuān)用封孔材料凝固要求

應(yīng)使用自制快干水泥，保證初凝時(shí)間≥20分鐘，達(dá)到終凝強(qiáng)度的30%，封孔深度應(yīng)大于

60cm。

6

5.10場(chǎng)地要求

干冰粉氣動(dòng)壓裂破巖工藝應(yīng)采用現(xiàn)場(chǎng)混裝作業(yè)方式，作業(yè)場(chǎng)地主要取決于施工現(xiàn)場(chǎng)情況

和環(huán)境，主要包括礦山開(kāi)采場(chǎng)地、隧道掘進(jìn)場(chǎng)地、基坑及道路施工場(chǎng)地等?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)有臨空面，

且場(chǎng)地能提供平坦（坡度小于20°）作業(yè)平臺(tái)10平方米以上。

5.11露天作業(yè)要求

應(yīng)保證爆孔為圓心半徑50m范圍內(nèi)無(wú)人員密集區(qū)或建筑群。

5.12地下作業(yè)要求

應(yīng)保持通風(fēng)通暢，且以爆孔為圓心半徑30m范圍內(nèi)無(wú)機(jī)械設(shè)備和人員。

6施工流程與注意事項(xiàng)

6.1施工流程與工藝

6.1.1裝填干冰粉體

應(yīng)采用漏斗向干冰致裂器內(nèi)添加干冰粉體至指定質(zhì)量。

6.1.2封裝和接線(xiàn)

應(yīng)使用管鉗擰緊致裂器端部蓋子，封裝好干冰粉，并連接套管上的加熱線(xiàn)和電激發(fā)線(xiàn)路，

組裝結(jié)構(gòu)如圖6-1所示。

1-密封堵頭；2-接線(xiàn)螺釘；3-密封墊片；4-接線(xiàn)端部；5-致裂體；6-底部。

圖6-1干冰致裂器結(jié)構(gòu)示意圖

6.1.3填充固化和封孔

在致裂器與鉆孔壁之間存在少量空隙，應(yīng)向空隙間注入專(zhuān)用封孔材料，封孔材料快速進(jìn)

入空隙固化，封孔示意圖如圖6-2所示。

7

封孔劑封堵

鉆屑粉充填

地層巖體

鉆屑?jí)K充填

鉆屑粉充填

致裂器

圖6-2封孔示意圖

6.1.4加熱

應(yīng)先檢查加熱線(xiàn)路，再接通加熱電源（施工現(xiàn)場(chǎng)可由發(fā)電機(jī)供電），加熱時(shí)間根據(jù)具體

干冰添加量確定，每增加1kg干冰，加熱時(shí)間宜增加10分鐘，但增加熱時(shí)長(zhǎng)應(yīng)不超過(guò)50min。

6.1.5點(diǎn)火激發(fā)

加熱完成后應(yīng)在3小時(shí)內(nèi)接通激發(fā)電源：使用電阻表檢查電線(xiàn)與電阻絲激發(fā)裝置形成的

閉合回路連通性，檢查完畢后，接通電激發(fā)裝置，并按照規(guī)定啟動(dòng)電激發(fā)裝置，完成干冰粉

氣動(dòng)壓裂作業(yè)。

6.2施工安全與注意事項(xiàng)

6.2.1防凍傷

固體干冰粉溫度-78℃，禁止皮膚直接接觸，以防凍傷。干冰粉運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)灌裝過(guò)程中

應(yīng)采用專(zhuān)用防凍手套作業(yè)。

6.2.2人員安全距離

干冰粉氣動(dòng)壓裂作業(yè)過(guò)程中，非現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員應(yīng)在安全距離外，現(xiàn)場(chǎng)安全距離應(yīng)為距離

爆孔不小于25m。

6.2.3警戒距離

在接通起激發(fā)裝置之前，應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)清場(chǎng)，所有現(xiàn)場(chǎng)人員一律撤退至警戒距離外，一般距離

爆孔不小于30m。

6.2.4振動(dòng)保護(hù)距離

民房周?chē)?0m應(yīng)為禁止布孔線(xiàn)，公共交通如公路、鐵路周?chē)?0m應(yīng)為禁止布孔線(xiàn)，

支護(hù)結(jié)構(gòu)如邊坡周?chē)?0m應(yīng)為禁止布孔線(xiàn)。

6.2.5炮被保護(hù)

8

在起爆前應(yīng)在臨空面設(shè)置炮被，防止飛石造成人員和財(cái)產(chǎn)損失。

6.2.6爆破安全振動(dòng)速度要求

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》中關(guān)于振動(dòng)安全的振動(dòng)主頻率和振動(dòng)速度峰值的要求，對(duì)振動(dòng)安

全提出更高的要求，詳細(xì)見(jiàn)下表。

表6-1爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)

安全允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度V，cm/s

序號(hào)保護(hù)對(duì)象類(lèi)別

f≤10Hz10Hz≤f≤50Hzf>50Hz

1土窯洞、土坯房、毛石房屋0.10~0.400.40~0.80.8~1.4

2一般民用建筑物1.2~1.81.8~2.22.2~2.8

3工業(yè)和商業(yè)建筑物2.0~3.03.0~4.04.0~4.8

4一般古建筑與古跡0.1~0.150.15~0.250.25~0.4

運(yùn)行中的水電站及發(fā)電廠中

50.4~0.50.5~0.60.6~0.8

心控制室設(shè)備

6水工隧洞6~77~99~14

7交通隧道8~1010~1212~18

8礦山巷道12~1515~1818~28

9永久性巖石高邊坡4~88~1210~13

新澆大體積混凝土（C20）：

齡期：初凝~3d1.2~1.81.8~2.02.0~2.5

10

齡期：3d~7d2.0~3.03.0~4.04.0~6.0

齡期：7d~28d6.0~7.07.0~9.09.0~11

6.3盲孔處理

6.3.1盲孔排查

完成干冰粉靜態(tài)氣動(dòng)壓裂破巖施工后，應(yīng)對(duì)所有干冰致裂器致裂范圍進(jìn)行排查，確定未

發(fā)生致裂破巖的致裂器，具體排查方法如下：

①初步排查：根據(jù)單孔致裂范圍確定，分析單孔圓周范圍內(nèi)巖體完整性和裂縫擴(kuò)展形態(tài)，

判斷單孔致裂器是否產(chǎn)生致裂效果。若單孔周邊圍巖完整，裂縫不發(fā)育，則需判斷致裂器是

否啟動(dòng)；

②進(jìn)一步排查：通過(guò)萬(wàn)能表測(cè)量電阻判斷電阻絲是被否激發(fā)；③最終排查：?jiǎn)?dòng)安全卸

壓管路和堵頭，釋放高壓氣體，若未見(jiàn)高壓氣體排放，則表明干冰致裂器產(chǎn)生致裂效果，反

之則未產(chǎn)生致裂效果。

6.3.2盲孔處置

針對(duì)未產(chǎn)生致裂效果的致裂器，應(yīng)由專(zhuān)業(yè)人員處置，具體處置程序如下：使用活動(dòng)扳手

擰開(kāi)安全卸壓閥，或直接使用專(zhuān)用鉗剪斷安全卸壓管路。在泄壓之后應(yīng)等待30分鐘后才可

9

以允許人員接近。

應(yīng)在啟動(dòng)安全卸壓閥或者剪斷安全卸壓管路30分鐘后進(jìn)行破碎巖石和致裂器的清理工

作。

7質(zhì)量驗(yàn)收

7.1鉆孔驗(yàn)收

鉆孔應(yīng)與設(shè)計(jì)參數(shù)一致，包括孔深、傾角和方位角，允許誤差范圍為：孔深誤差≤0.1m，

傾角誤差≤5°，方位角誤差≤5°。在確定參數(shù)無(wú)誤后，應(yīng)保護(hù)好鉆孔防止鉆屑漏入孔中。

7.2封裝驗(yàn)收

氣密性要求：干冰粉封裝后，放置自然環(huán)境5min后，應(yīng)采用水檢法、肥皂泡沫法等方

法檢查氣密性，在表面潑水或肥皂水不產(chǎn)生氣泡表示不漏氣。

質(zhì)量要求：干冰粉裝填質(zhì)量采用稱(chēng)重法檢查，誤差應(yīng)在±3%以?xún)?nèi)。為了避免干冰粉升華

造成質(zhì)量損失，封裝過(guò)程應(yīng)控制時(shí)間在15分鐘之內(nèi)。

7.3封孔驗(yàn)收

封孔深度：應(yīng)滿(mǎn)足5.4要求。

封孔時(shí)間：?jiǎn)慰滋畛涔袒瘯r(shí)間應(yīng)大于40min。

封孔材料硬度要求：使用手感覺(jué)材料的含水率應(yīng)降至20％以下，硬