二氧化碳相變致裂技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用與未來展望

二氧化碳相變致裂技術(shù)作為一種以物理相變?yōu)楹诵牡男滦途G色破巖技術(shù)，經(jīng)過十余年的發(fā)展與工程實(shí)踐，已形成了涵蓋煤礦瓦斯治理、礦山開采、隧道掘進(jìn)等領(lǐng)域的成熟應(yīng)用體系。本文在系統(tǒng)梳理該技術(shù)礦用場景的基礎(chǔ)上，深度探索其在鄰近既有建筑物隧道施工、城市市政工程、地質(zhì)災(zāi)害治理與應(yīng)急救援、水下工程、干熱巖地?zé)衢_發(fā)、新能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、應(yīng)急破冰以及頁巖氣開發(fā)等新興領(lǐng)域的應(yīng)用潛力與工程價(jià)值。研究表明，隨著智能化控制、超臨界CO?壓裂、CCUS多技術(shù)融合等前沿方向的持續(xù)推進(jìn)，二氧化碳相變致裂技術(shù)正從“煤礦瓦斯治理的輔助技術(shù)”向“多領(lǐng)域綜合破巖解決方案”轉(zhuǎn)變，市場前景廣闊，有望成為推動(dòng)綠色巖土工程施工轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)力量。

1 引言

二氧化碳相變致裂技術(shù)利用液態(tài)CO?在密閉容器內(nèi)受熱瞬間氣化、體積急劇膨脹的物理原理產(chǎn)生高壓氣體做功破巖，全過程無明火、無高溫、無沖擊波、不產(chǎn)生有毒有害氣體，屬于典型的本安型物理致裂技術(shù)。該技術(shù)*早于20世紀(jì)60年代用于管道清堵和儲(chǔ)罐清理，2013年以來，中國工程技術(shù)人員將其系統(tǒng)應(yīng)用于煤層增透抽采瓦斯、低滲透煤礦增滲等領(lǐng)域，取得了顯著的工程效益。經(jīng)過十余年的持續(xù)迭代，該技術(shù)已在煤礦瓦斯治理、露天礦山開采、堅(jiān)硬頂板切頂卸壓等傳統(tǒng)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，其安全性與經(jīng)濟(jì)性得到了廣泛驗(yàn)證。

然而，二氧化碳相變致裂技術(shù)的潛力遠(yuǎn)不止于此。隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程提速、環(huán)保政策收緊、“雙碳”戰(zhàn)略深入推進(jìn)，傳統(tǒng)炸藥爆破在城市施工、生態(tài)敏感區(qū)作業(yè)、特殊工程中的限制日益嚴(yán)格，為物理致裂技術(shù)創(chuàng)造了廣闊的市場替代空間。本文將從技術(shù)原理出發(fā)，系統(tǒng)梳理該技術(shù)在高瓦斯煤礦之外的應(yīng)用場景與*新探索，并對(duì)其未來發(fā)展趨勢進(jìn)行前瞻性展望。

2 技術(shù)原理與核心優(yōu)勢回顧

二氧化碳相變致裂器的核心工作流程可概括為“充裝—送入—激發(fā)—相變—泄能—致裂”六步：液態(tài)CO?注入高強(qiáng)度合金鋼儲(chǔ)液管并密封后，通過鉆桿或?qū)Ｓ猛扑脱b置精準(zhǔn)送入目標(biāo)鉆孔，遠(yuǎn)程電控啟動(dòng)激發(fā)裝置使電熱元件瞬時(shí)加熱，液態(tài)CO?在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)氣化，體積膨脹約600倍，管內(nèi)壓力快速攀升至200MPa以上；當(dāng)壓力超過定壓剪切片設(shè)定閾值時(shí)，高壓氣體通過泄能頭定向釋放，沖擊鉆孔壁產(chǎn)生并擴(kuò)展裂隙，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)介質(zhì)的定向致裂。

與傳統(tǒng)炸藥爆破相比，該技術(shù)具有以下核心競爭優(yōu)勢：

（1）本質(zhì)安全，全過程不存在生火星和高溫源，杜絕了在瓦斯環(huán)境下引發(fā)爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)作業(yè)警戒范圍可控制在50m以內(nèi)，無需頻繁避炮，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化作業(yè)；

（2）低擾動(dòng)掘進(jìn)，CO?相變產(chǎn)生的峰值質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度僅為等效炸藥爆破的1/74至1/78，對(duì)周邊圍巖和建筑物的擾動(dòng)極小；

（3）綠色環(huán)保，致裂過程不產(chǎn)生有毒有害氣體和粉塵污染，CO?可部分封存于裂隙巖體中，契合碳達(dá)峰與碳中和戰(zhàn)略方向；

（4）審批便捷與技術(shù)經(jīng)濟(jì)協(xié)同，二氧化碳致裂作為物理致裂技術(shù)，目前不納入民爆物品管理體系，極大縮短了工程準(zhǔn)備周期，提升了施工組織的靈活性；

（5）效率與成本協(xié)同，對(duì)于f值在5-8左右的中硬及硬巖，配合二氧化碳致裂可單班作業(yè)2000噸以上，相較于傳統(tǒng)破碎錘效率提升3-4倍，綜合成本降低20%-30%。這些*優(yōu)勢，正是二氧化碳相變致裂技術(shù)能夠走出煤礦、向多領(lǐng)域拓展的動(dòng)力源泉。

3 新興應(yīng)用方向探索

3.1 城市隧道與地下空間施工

傳統(tǒng)隧道掘進(jìn)中，炸藥爆破產(chǎn)生的沖擊波和振動(dòng)往往對(duì)周邊建構(gòu)筑物造成損傷，尤其在城市核心區(qū)、鄰近既有建筑物的施工條件下，炸藥爆破幾乎“寸步難行”。以貴州省桐梓縣巖門子水庫輸水隧洞為例，該隧道位于人口密集區(qū)，上方分布著數(shù)百戶磚木結(jié)構(gòu)民房，部分房屋與開挖作業(yè)區(qū)直線距離僅30米，傳統(tǒng)爆破方案完全無法滿足安全要求。施工團(tuán)隊(duì)采用MZL-51型CO?壓裂設(shè)備，以281克*當(dāng)量精準(zhǔn)調(diào)控能量，隧道爆破期間鄰近民房的振動(dòng)峰值質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度實(shí)測僅0.18cm/s，遠(yuǎn)低于1.0cm/s的安全控制標(biāo)準(zhǔn)，較傳統(tǒng)爆破振動(dòng)強(qiáng)度降低85%以上。與此同時(shí)，該技術(shù)在近期鄰近既有結(jié)構(gòu)施工領(lǐng)域的學(xué)術(shù)進(jìn)展也表明，CO?致裂技術(shù)已發(fā)展為具備精確能量標(biāo)定、軌跡約束和振動(dòng)量化評(píng)估能力的*工藝，有研究成果表明通過梯度優(yōu)化致裂參數(shù)，可將爆破擾動(dòng)半徑壓縮至15m以內(nèi)，顯著降低了地層位移風(fēng)險(xiǎn)。該技術(shù)施工所用CO?可循環(huán)回收利用，綜合管控系統(tǒng)具備良好的場景通用性，科技成果已在Nature旗下《Scientific Reports》期刊發(fā)表，為同類隧道工程提供了寶貴的技術(shù)參考。

在地鐵建設(shè)領(lǐng)域，二氧化碳致裂技術(shù)也取得了突破性進(jìn)展。北京中煤礦山工程有限公司于2023年申請(qǐng)的“一種地鐵聯(lián)絡(luò)通道二氧化碳致裂器開挖方法”專利，創(chuàng)造性地將二氧化碳致裂技術(shù)引入地鐵聯(lián)絡(luò)通道開挖，利用掌子面菱形布孔加中心緩沖空孔的方式，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制下的巖土層致裂，為人工風(fēng)鎬二次破碎提供了極大的便利，有效縮短了工期，實(shí)現(xiàn)了工序流程的精簡與施工效率的提升。

更為值得一提的是，中國工程技術(shù)人員在全球范圍內(nèi)首次提出了將二氧化碳相變能量精確換算為*當(dāng)量、并強(qiáng)制納入隧道設(shè)計(jì)安全評(píng)估體系的完整方法論，這一創(chuàng)新極大地促進(jìn)了CO?致裂技術(shù)從“憑經(jīng)驗(yàn)施工”向“可設(shè)計(jì)、可計(jì)算、可驗(yàn)證”的安全工程范式轉(zhuǎn)變。新流程強(qiáng)調(diào)在施工作業(yè)期間持續(xù)開展無人機(jī)偵察與振動(dòng)同步監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)安全預(yù)警，形成了一套完整的綜合質(zhì)量管控體系。

3.2 城市市政工程與基坑施工

在城市核心區(qū)深基坑開挖、老舊小區(qū)改造等市政工程中，破巖施工的環(huán)保要求日趨嚴(yán)苛，特別是臨近醫(yī)院、學(xué)校、住宅區(qū)等噪聲敏感區(qū)域，傳統(tǒng)破碎錘的持續(xù)噪聲污染引發(fā)居民投訴頻繁，炸藥爆破則因安全隱患基本被排除。調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，采用二氧化碳致裂技術(shù)后，周邊居民在建筑內(nèi)未感受到任何噪聲和振動(dòng)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)符合國家規(guī)范要求。這一成效充分展現(xiàn)了二氧化碳致裂技術(shù)在市區(qū)復(fù)雜環(huán)境下的差異化競爭優(yōu)勢。

在電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面，國網(wǎng)湖北十堰供電公司建設(shè)的220千伏柏懸線工程地處南水北調(diào)水源區(qū)，生態(tài)紅線嚴(yán)格控制。施工團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新采用二氧化碳致裂技術(shù)開展鐵塔基礎(chǔ)基坑開挖，作業(yè)全程無強(qiáng)震，對(duì)周邊植被和水源無擾動(dòng)，壓力峰值可達(dá)200MPa，全流程僅耗時(shí)8小時(shí)，既守住了工程建設(shè)進(jìn)度，又守住了水源地的綠水青山。與此同時(shí)，惠州水務(wù)技術(shù)團(tuán)隊(duì)在城市更新、鐵路改擴(kuò)建、地鐵深基坑開挖等多種對(duì)振動(dòng)要求嚴(yán)苛的復(fù)雜場景中，也系統(tǒng)性地將相關(guān)綜合管控體系進(jìn)行了有效推廣，凸顯了相關(guān)技術(shù)在市政巖石破除領(lǐng)域的廣泛適應(yīng)性及工程應(yīng)用的橫向移植能力。

在深基坑巖石精確破除方面，相關(guān)研究進(jìn)一步指出，二氧化碳相變致裂技術(shù)在道路路基開挖、基坑開挖等場景中已獲廣泛應(yīng)用，因其較低的能量耗散率和精確的致裂邊界控制，從而有效保護(hù)了鄰近地下管網(wǎng)和周邊建筑的工程安全。

3.3 地質(zhì)災(zāi)害治理與應(yīng)急救援

在地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的背景下，傳統(tǒng)手段治理邊坡危巖往往面臨施工難度大、安全性差的困境。二氧化碳致裂技術(shù)因其可以遠(yuǎn)程遙控、精準(zhǔn)布孔的*優(yōu)勢，在地質(zhì)災(zāi)害治理中開辟了全新的應(yīng)用場景。

在玉田縣地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的危石破除中，施工人員通過精心設(shè)計(jì)鉆孔布位和致裂參數(shù)，順利完成了高位危巖的松動(dòng)和無擾動(dòng)*。二氧化碳致裂器可靈活安裝于邊坡、陡崖等不利地形，操作過程中操作人員可以遠(yuǎn)距離激發(fā)，有效降低了傳統(tǒng)人工清理危巖面臨的滑落與滾石風(fēng)險(xiǎn)。

在地震、山體滑坡等自然災(zāi)害救援中，二氧化碳致裂器可以作為打通生命通道的重要工具，快速破碎堵塞道路的巖石或障礙物。二氧化碳致裂系統(tǒng)可以便捷車輛托運(yùn)，易于隨應(yīng)急救援隊(duì)伍快速機(jī)動(dòng)部署，能夠爭取寶貴的黃金救援時(shí)間。裝備的靈活機(jī)動(dòng)性、環(huán)境適應(yīng)性與本質(zhì)安全性，使其在應(yīng)急管理體系中具備了不可替代的價(jià)值。

3.4 水下工程與航道治理

水下破巖是工程爆破領(lǐng)域中技術(shù)門檻極高、安全環(huán)保約束極為嚴(yán)格的細(xì)分領(lǐng)域。傳統(tǒng)水下鉆爆作業(yè)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊波和地震波，對(duì)水生態(tài)環(huán)境中的魚類等水生物造成毀滅性傷害，炸藥化學(xué)成分在水中的溶解與反應(yīng)還會(huì)造成水質(zhì)污染。2021年，廣西聯(lián)合試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)在國內(nèi)首次開展了二氧化碳水下膨脹破巖系統(tǒng)的工程性驗(yàn)證，數(shù)據(jù)表明：CO?水下致裂產(chǎn)生的應(yīng)力波強(qiáng)度僅為傳統(tǒng)炸藥水下爆破的十分之一，地震波強(qiáng)度僅為炸藥爆破的三十分之一，測試結(jié)果表明CO?致裂對(duì)鄰近10m范圍內(nèi)的魚類無明顯影響，對(duì)周邊水質(zhì)保護(hù)*也極其理想。該技術(shù)的試驗(yàn)性的成功填補(bǔ)了國內(nèi)在低生態(tài)影響條件下開展水下有效清礁作業(yè)領(lǐng)域的空白，同時(shí)也為今后在港口航道、水庫地質(zhì)災(zāi)害清理等敏感水域快速安全施工提供了關(guān)鍵性技術(shù)儲(chǔ)備。

在水下清礁工程裝備方面，該技術(shù)還具有設(shè)備布置靈活、無需復(fù)雜審批等突出優(yōu)點(diǎn)，并能大幅消減傳統(tǒng)炸藥爆破中產(chǎn)生的一氧化硫、二氧化氮等有害化學(xué)物質(zhì)，體現(xiàn)了綠色環(huán)保的工程理念。業(yè)內(nèi)人士評(píng)價(jià)二氧化碳膨脹破巖是當(dāng)前水下除礁工程的理想手段，具有廣闊的應(yīng)用前景。

在海上風(fēng)電基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，一項(xiàng)關(guān)于大直徑海上風(fēng)電嵌巖單樁施工的方法創(chuàng)新性地突破了以往僅能依靠直徑2~4m石油鉆機(jī)施工的技術(shù)瓶頸，通過機(jī)械開挖與CO?膨脹破巖擴(kuò)挖相結(jié)合的方式，成功實(shí)現(xiàn)了直徑高達(dá)8~10m級(jí)超大直徑嵌巖單樁的水下精準(zhǔn)開挖。該方法不僅有效控制了水下施工的沖擊波與震動(dòng)效應(yīng)，還有望為未來深遠(yuǎn)海風(fēng)電場低成本大直徑基礎(chǔ)施工提供切實(shí)可行的創(chuàng)新解決方案。

3.5 干熱巖地?zé)衢_發(fā)與CCUS融合

在深部干熱巖地?zé)豳Y源開發(fā)中，傳統(tǒng)水力壓裂長期面臨“注不進(jìn)、壓不開”的技術(shù)瓶頸，嚴(yán)重制約了地?zé)崮艿纳虡I(yè)化利用。近年來的學(xué)術(shù)研究與工程實(shí)踐表明，超臨界CO?憑借其低黏度、強(qiáng)擴(kuò)散性、易于形成復(fù)雜縫網(wǎng)及與碳封存相結(jié)合的*優(yōu)勢，正逐步成為干熱巖壓裂改造的理想工質(zhì)。

國際研究也在同步推進(jìn)。日本京都大學(xué)的實(shí)驗(yàn)通過布置聲發(fā)射監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)CO?比水能更均勻地增強(qiáng)巖層滲透性，這有助于在熱儲(chǔ)層內(nèi)形成更大范圍的*換熱通道。與此同時(shí)，一個(gè)至關(guān)重要的附加生態(tài)效應(yīng)也被揭示：大部分注入地層的CO?*終會(huì)被封存在裂隙空間中，從而在產(chǎn)熱的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了碳的固定與地質(zhì)儲(chǔ)存。

中國學(xué)術(shù)界在超臨界CO?壓裂領(lǐng)域也積累了系統(tǒng)性成果。武漢巖土力學(xué)研究所團(tuán)隊(duì)通過自主研發(fā)實(shí)時(shí)高溫（*高400℃）真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，揭示了高溫環(huán)境下CO?壓裂裂縫形態(tài)由室溫下的單一主裂縫向高溫下的多尺度云狀裂縫轉(zhuǎn)變的規(guī)律，并通過CT掃描和核磁共振進(jìn)行驗(yàn)證，為干熱巖高溫高應(yīng)力條件下的裂縫擴(kuò)展機(jī)理提供了重要的理論依據(jù)。值得注意的是，中國在深部煤層氣與干熱巖型地?zé)崧?lián)合開采方面也開始進(jìn)行一體化嘗試，相關(guān)發(fā)明專利提出利用單分支水平井進(jìn)行CO?分段壓裂，同時(shí)實(shí)現(xiàn)煤層氣開采與地?zé)崮荛_發(fā)，大大提高了綜合利用效率。研究表明CO?用作壓裂介質(zhì)時(shí)形成的裂縫網(wǎng)絡(luò)更細(xì)密且連通性更好，有助于增加換熱面積并提升熱能開采強(qiáng)度。未來將干熱巖開發(fā)與碳捕集、利用與封存結(jié)合的CCS-Enhanced Geothermal模式為清潔能源發(fā)展提供了一條多贏路徑，二氧化碳致裂在地?zé)衢_發(fā)中的應(yīng)用正在從“可能”走向“可行”。

3.6 應(yīng)急破冰與高寒工程施工

在高緯度、高寒地區(qū)的工程施工進(jìn)程中，河道冰凌堵塞、港口水域結(jié)冰以及冰蓋*等問題十分棘手。二氧化碳相變致裂技術(shù)在該領(lǐng)域也顯示出巨大的應(yīng)用潛力。相關(guān)學(xué)術(shù)研究明確指出，該技術(shù)已被用于應(yīng)急破冰作業(yè)中，依靠液態(tài)CO?相變過程中釋放的機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)對(duì)冰體的有效破裂，從而快速打通被冰封的江河和港口通道。相較需要投入重型機(jī)械甚至炸藥的常規(guī)除冰清障方式，二氧化碳水下或冰面附近致裂具有響應(yīng)速度快、可遠(yuǎn)距操控、人工依賴度低、不影響冰下生態(tài)平衡等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于大型水電工程泄洪道冰凌的預(yù)防性處理、航運(yùn)關(guān)鍵航段的應(yīng)急搶險(xiǎn)等場景。

在公路交通工程等領(lǐng)域，該技術(shù)的應(yīng)用同樣有所深化。有研究指出，在雪峰爆破和松散各種粉狀塊等特定施工任務(wù)中，二氧化碳致裂技術(shù)也展現(xiàn)出了較好的安全性、針對(duì)性和生態(tài)友好性。雖然當(dāng)前冰凌致裂與凍土致裂的工藝體系仍處于發(fā)展階段，但相關(guān)領(lǐng)域迅速增長的需求將同步推動(dòng)高寒環(huán)境下致裂工藝的系統(tǒng)性研究。

3.7 石油天然氣及頁巖氣開采

在頁巖氣、致密砂巖氣等非常規(guī)天然氣開發(fā)中，儲(chǔ)層的低孔低滲特性使資源開采仍面臨較大技術(shù)難度。近年來，學(xué)者將超臨界CO?壓裂、CO?置換和CO?驅(qū)替作為提升頁巖氣采出率的關(guān)鍵技術(shù)方向。相關(guān)技術(shù)能夠在裂縫網(wǎng)絡(luò)形成的同時(shí)，利用CO?分子的強(qiáng)吸附性有效置換出富集在頁巖基質(zhì)中的甲烷，并通過注氣驅(qū)替進(jìn)一步提高采收率，實(shí)現(xiàn)頁巖氣增產(chǎn)與CO?地質(zhì)封存的雙重目的。該理論體系的持續(xù)完善極大豐富了二氧化碳致裂技術(shù)從物理破巖向地質(zhì)介質(zhì)化學(xué)—力學(xué)—流體耦合作用方向的進(jìn)階。超臨界CO?壓裂技術(shù)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是其在注入時(shí)兼具壓裂介質(zhì)、驅(qū)替劑、置換劑甚至可溶性運(yùn)輸載體的多重角色，通過在多物理場耦合環(huán)境中的綜合調(diào)控，以較低能量輸入實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層*增滲。

相關(guān)研究也表明，高溫高壓超臨界CO?致裂機(jī)理可總結(jié)為：以應(yīng)力波誘導(dǎo)型徑向裂縫的瞬態(tài)生成和高溫高壓CO?驅(qū)動(dòng)徑向裂縫持續(xù)分支擴(kuò)展為主的過程，從而提高氣體致裂的*與操控精細(xì)度。這為將二氧化碳致裂從傳統(tǒng)的地表或井工巖土工程改造進(jìn)一步推廣至數(shù)千米地下的復(fù)雜高溫高壓非常規(guī)油氣藏，奠定了理論與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。隨著國內(nèi)頁巖油氣等非常規(guī)資源開發(fā)力度的進(jìn)一步加大，以二氧化碳為核心的“壓裂—置換—驅(qū)替”一體化技術(shù)有望成為增產(chǎn)和碳封存協(xié)同創(chuàng)新的新方向。

3.8 風(fēng)光電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

在新能源開發(fā)領(lǐng)域，風(fēng)電與光伏的快速擴(kuò)張使山區(qū)施工現(xiàn)場的破碎、場地平整和電纜溝渠開挖需求持續(xù)增長。因大型風(fēng)機(jī)塔筒基礎(chǔ)多位于高山、林區(qū)等人跡罕至的地帶，大型設(shè)備和炸藥進(jìn)出都存在較大限制，導(dǎo)致施工難度大且周期長。

在湖北房縣秦巴山區(qū)的輸電線路塔基建設(shè)中，重載無人機(jī)配合二氧化碳致裂的基本工藝組合，在完全無需炸藥且避免傳統(tǒng)爆破審批與噪聲擾民的情況下，單基塔基坑作業(yè)全流程僅耗時(shí)8小時(shí)，完美輸出峰值壓力等致裂能量，取代了以往山區(qū)施工依賴的人工攻堅(jiān)和人拉肩扛的低效作業(yè)模式。相關(guān)團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步測算表明，與傳統(tǒng)人工作業(yè)相比，新工藝綜合效能提升5-6倍以上，為今后類似林區(qū)山地光風(fēng)電項(xiàng)目的快速入場與*施工提供了可復(fù)制的技術(shù)路徑組合。

4 應(yīng)用前景綜合分析

4.1 應(yīng)用領(lǐng)域前景矩陣

基于技術(shù)特性與市場需求，二氧化碳相變致裂技術(shù)的各應(yīng)用領(lǐng)域前景可概括為：

4.2 未來技術(shù)與市場展望

智能化升級(jí)是二氧化碳致裂技術(shù)深化發(fā)展的核心方向之一。當(dāng)前工程實(shí)踐中，致裂參數(shù)設(shè)置、起爆時(shí)序觸發(fā)等環(huán)節(jié)仍然較多依賴施工人員經(jīng)驗(yàn)，存在主觀決策的不確定性。未來，將高精度傳感器集成至致裂裝置、通過物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)致裂器全生命周期狀態(tài)的數(shù)據(jù)化監(jiān)測、引入人工智能輔助參數(shù)建模，可以實(shí)現(xiàn)致裂參數(shù)的“自適應(yīng)匹配”。從井下各鉆孔的裝藥量精細(xì)校正到多管精細(xì)化延時(shí)引發(fā)，再到致裂—通風(fēng)—出渣全過程的協(xié)同控制，有望形成全鏈條的智能遠(yuǎn)程協(xié)同閉路控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可顯著降低人員井下暴露和主觀決策風(fēng)險(xiǎn)，提升施工效率。

參數(shù)精準(zhǔn)化方面，借助數(shù)值模擬技術(shù)與大數(shù)據(jù)分析，針對(duì)不同巖性、地應(yīng)力特征、裂隙發(fā)育程度等條件的差異，建立“一孔一策”的精準(zhǔn)致裂參數(shù)庫將日益普及。通過定量分析當(dāng)量并將其應(yīng)用于安全距離計(jì)算，既有試驗(yàn)已完成將能量效應(yīng)與*當(dāng)量系統(tǒng)對(duì)標(biāo)的工作。下一步的任務(wù)則是推進(jìn)該技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，并將CO?致裂能量安全評(píng)估程序廣泛納入相關(guān)工程規(guī)范體系。

多技術(shù)融合已初現(xiàn)端倪：CO?致裂與水力壓裂融合可在煤礦瓦斯治理中實(shí)現(xiàn)“先導(dǎo)縫+后擴(kuò)展”的復(fù)合縫網(wǎng)構(gòu)建；與重載無人機(jī)等智能化調(diào)度平臺(tái)的組合則可在敏感地形施工中實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)物資精準(zhǔn)投送并與無人化爆破形成完整閉環(huán)，有效破解高海拔薄土層地區(qū)的施工物流瓶頸。

碳中和深度整合方面，將二氧化碳致裂與深部煤層/頁巖/干熱巖的碳封存貫通，構(gòu)成“技術(shù)實(shí)施—碳固定—能源產(chǎn)出—溫室氣體減排”的四位一體框架，潛在環(huán)境與經(jīng)濟(jì)價(jià)值兼具。隨著國家碳市場的成熟與CCUS項(xiàng)目補(bǔ)貼政策的落地，該技術(shù)有望為相關(guān)企業(yè)帶來碳資產(chǎn)增值收益。學(xué)術(shù)界已前瞻性地提出CO?致裂——驅(qū)替——生物轉(zhuǎn)化CH?的CCCUS技術(shù)路線，隨著深部復(fù)雜地質(zhì)條件向智能化、復(fù)合型技術(shù)方向升級(jí)，二氧化碳致裂正在綠色增產(chǎn)技術(shù)譜系中占據(jù)不可替代的位置。

標(biāo)準(zhǔn)化與國際合作方面，隨著在國內(nèi)城市更新、鐵路擴(kuò)建、跨海跨江通道等重大工程中的逐步推廣，中國工程團(tuán)隊(duì)已開始在國際層面呼吁將CO?相變能量計(jì)算與安全評(píng)估程序上升到強(qiáng)制性工程規(guī)范的高度，并推廣至國際標(biāo)準(zhǔn)體系。這將使我國在二氧化碳物理致裂領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢更快轉(zhuǎn)化為國際規(guī)則話語權(quán)和核心競爭力，推動(dòng)中國領(lǐng)先的本安型破巖技術(shù)走向全球。

5 結(jié)論

二氧化碳相變致裂技術(shù)已從單一應(yīng)用于高瓦斯煤礦的安全增透，逐步發(fā)展為涵蓋礦山開采、隧道掘進(jìn)、市政工程、地質(zhì)災(zāi)害治理、水下破巖、應(yīng)急搶險(xiǎn)等多場景的綜合性破巖技術(shù)體系。其在城市敏感區(qū)施工、新能源基建、水下生態(tài)施工等新興領(lǐng)域的出色表現(xiàn)，充分證明該技術(shù)具備高度的場景適應(yīng)性與工程推廣價(jià)值。

面向未來，隨著智能化控制、精準(zhǔn)參數(shù)設(shè)計(jì)、多技術(shù)融合、碳中和路徑整合等技術(shù)方向的持續(xù)深化，二氧化碳相變致裂技術(shù)有望突破傳統(tǒng)炸藥爆破在復(fù)雜環(huán)境下的應(yīng)用瓶頸，成為推動(dòng)綠色巖土工程施工、非常規(guī)能源開發(fā)、碳捕集利用與封存協(xié)同發(fā)展的重要技術(shù)力量。

山西中德鼎立集團(tuán)有限公司作為二氧化碳致裂技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)頭人，始終堅(jiān)持以技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，積極推動(dòng)本質(zhì)安全型物理破巖技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化、智能化與國際化進(jìn)程。公司將持續(xù)加大研發(fā)投入，拓展新興應(yīng)用場景，牽頭構(gòu)建更加完善的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)生態(tài)，為推動(dòng)我國乃至全球的綠色破巖技術(shù)變革、助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)做出更大的貢獻(xiàn)。 這智造的綠色技術(shù)，不僅回應(yīng)了能源轉(zhuǎn)型與低碳發(fā)展的時(shí)代呼喚，也將為全球綠色巖土施工變革注入持久的創(chuàng)新動(dòng)能。

 

 

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2026年5月