专访 | 葛洲坝易普力朱宽博士：二氧化碳相变膨胀技术如何颠覆对传统炸药的想象？

专访 | 葛洲坝易普力朱宽博士：二氧化碳相变膨胀技术如何颠覆对传统炸药的想象？

2022年8月16日-18日，中国砂石协会在湖北武汉召开第九届全国砂石骨料行业科技大会，大会期间，中国砂石协会融媒体中心专访了葛洲坝易普力（湖南）科技有限公司（以下简称“葛洲坝易普力”）朱宽博士，听他为我们讲述——二氧化碳相变膨胀技术如何颠覆对传统炸药的想象？

中国砂石协会：请您跟我们分享一下二氧化碳相变膨胀技术与传统爆破技术的区别是什么？

朱宽：二氧化碳相变膨胀技术，是一种以物理爆炸为主的岩石致裂技术，这项技术起源于上世纪欧美国家，早期主要用于井工采煤领域，上世纪90年代引入国内后逐渐应用于露天砂石矿山、市政工程、水泥清堵疏通和煤炭瓦斯抽采等领域。它主要是依靠二氧化碳在压力高于7.38MPa且温度低于31.1℃时以液态二氧化碳分子存在，通过激发管激发产生化学反应放热使环境温度瞬间高于31.1℃时，液态二氧化碳在致裂管中将迅速发生相变，体积膨胀400-600倍产生200MPa以上峰值压力，从而对外做功达到破裂岩石的目的。这项技术与以化学能为主的传统火工炸药爆破技术的区别主要在于：第一，相变膨胀全过程没有火花，安全性很高。第二，爆破过程中爆破振动、飞石及冲击波等有害效应非常少，同比只有炸药的1/20左右，适合于复杂环境的爆破。第三，爆破警戒范围可控制在50m范围内，不需要频繁避炮，实现连续化作业。第四，其主要原材料为二氧化碳，来源于煤化工产生的废气，属于二氧化碳的资源化再利用，所以该技术比较符合国家“碳达峰、碳中和”发展战略的，属于一种低碳绿色的爆破方式。最后它的审批方式非常简单，普通的炸药爆破需要严格由公安进行审批，这个技术主要采取的是备案制，所以流程要更加简洁一些。

中国砂石协会：从矿山企业角度来看，使用二氧化碳相变膨胀技术与传统的炸药爆破它的经济效益有哪些区别？

朱宽：二氧化碳相变膨胀技术在成本和效率均不及炸药，所以它只是炸药的一种补充技术，而不是替代技术，主要适用于复杂环境下的爆破作业场合，也就是用不了炸药的地方。这项技术的经济效益优势主要体现在这些场合下与其它非炸药破岩技术的对比上。第一成本方面，它的成本同比采用破碎锤进行机械破碎可降低大概20%~30%。第二效率方面，对于f值在5~8左右的中硬岩石以及硬岩，使用破碎锤直接强挖效率非常低，以徐工490为例的话，对于这类岩石它单班的破碎效率一般不会超过500~600吨，而通过二氧化碳相变膨胀技术配合使用，效率可提升至2000吨每班以上。第三安全方面，炸药爆破控制不当易产生爆破振动、飞石及冲击波等有害效应，危及人员和设备安全，机械破碎在闹市区作业也容易造成噪音扰民，而二氧化碳相变膨胀技术则有效控制了这些裂岩过程产生的有害效应，构建和谐的作业环境。

中国砂石协会：在砂石矿山陆续投放的趋势下，二氧化碳相变膨胀技术前景如何？

朱宽：对于二氧化碳相变膨胀技术来说，它主要适用于复杂环境下的砂石矿山爆破。由于现在城镇化推进非常迅速，同时我们处在大基建时代，现在的矿山慢慢的也由原来偏僻的地理位置，越来越靠近城镇，靠近我们老百姓。砂石矿山全矿区禁止使用炸药或部分矿区不能使用炸药的案例逐渐增多，由传统主要应用于小型矿山，大有向中大型砂石矿山发展之势。按照我国《民用爆破安全规程》规定，城市300米范围的矿山，它的审批是受到严格管控，主管部门从民生考虑实际上这些场合很难或者说基本上不批准使用炸药。在这样的情况下，这些砂石矿山就不得不考虑采用其他的裂岩作业方式。目前来看，在这个非炸药领域方面，综合对比膨胀破碎剂、劈裂机、破碎锤等技术的各种优缺点，最佳的选择就是二氧化碳相变膨胀技术，无论是在经济上，在效率上，在安全性上，它都有独特的核心竞争优势，因此可以预见这项技术在砂石矿山的发展前景将是非常广阔的。

中国砂石协会：葛洲坝易普力（湖南）科技有限公司的经营规划着重于哪方面？

朱宽：葛洲坝易普力（湖南）科技有限公司是葛洲坝易普力公司控股子公司，是在传统炸药爆破业务基础上专门设立的一家着力于发展非炸药破岩技术，也就是二氧化碳相变膨胀裂岩业务的专业化公司。公司目前已经研发了常温常压下难燃、无雷管感度和炸药感度的本安型激发管核心技术，并在湖南浏阳自主设计、建成了全国首条生产能力为500万支/年的二氧化碳相变膨胀激发管自动化生产线，今年5月正式通过工信部门投产验收。公司的经营规划主要着重于三个板块：第一是立足二氧化碳相变膨胀激发管的规模化生产和销售，解决在露天与井下，煤矿和非煤领域的客户应用需求。第二是集中资源开展配套致裂管的研制开发与工业化生产，采用新材料迭代传统致裂管，降低二氧化碳相变膨胀技术的施工成本和劳动强度，解决应用局限性问题。第三是发展矿山爆破一体化服务，组建专业化非炸药裂岩施工团队，打通生产、销售与应用的全产业链，为客户提供个性化解决方案。第四是着力于推动二氧化碳相变膨胀标准的修订与发布，提升行业标准化管理水平，构建二氧化碳相变膨胀行业健康发展态势。

中国砂石协会：一个新技术的开发到投入使用，会遇到很多困难，葛洲坝易普力（湖南）科技有限公司是怎么克服的？

朱宽：二氧化碳相变膨胀技术作为一种新兴的技术，从研制开发到以合法身份投入使用应该说过程还是非常曲折。首先是政策性问题，二氧化碳相变膨胀技术引入国内初期鱼目混杂，一些不法分子采用高敏感材料作为激发管药剂应用曾一度引发安全问题，因此公安、工信部门很长一段时间以谨慎态度甚至是打击态度对待。在此背景下，公司联合湖南省工信厅、公安厅以及驻湘高校组建研发团队，在中国爆破行业协会汪旭光院士等专家的指导下，历时一年多研制开发了具有本质安全性的激发管核心技术，并在一些露天矿山、煤炭领域等慢慢应用后，它的优势得到了主管部门认同，政策上就开始向这种技术倾斜，由谨慎态度到接受，甚至到推荐推广，目前工信部和公安部已有意将相关产品纳入《民用爆炸物品品名表》进行管理。

第二是成本问题。二氧化碳相变膨胀技术之所以只是炸药的一种补充技术，根本原因是其成本要高于炸药，且劳动强度比较高。我们目前已经在传统笨重的重复性致裂管基础上研制开发了相对轻巧的一次性致裂管，并且充气模式由孔外充气发展了安全性更高的孔内充气方式，提高了施工工效，且劳动强度、人工成本大幅度降低。同时，我们也在集中精力研制一种高强度高分子柔性材料来制作致裂管，有望革命性降低材料成本，产品已经初步研制成功，很快也将会投放到客户使用。

第三是标准问题。二氧化碳相变膨胀领域在标准方面，无论是器材生产标准、现场使用标准还是监管标准均是空白。公司介入二氧化碳相变膨胀领域初期，就以央企担当的使命，牵头组织行业主管部门、相关高校和客户主导了行业相关标准的推荐稿的编制，并且严格按照这些标准要求来组织生产和推广应用，做好表率。今年我们在中国能建“揭榜挂帅”科技重大专项也专门成立了相关课题进行研究，力争推动相关标准尽快正式发布。

最后是应用推广问题。这项技术在应用初期主要用于煤炭和露天矿山开采，应用局限性较高。我们针对不同客户的不同需求，开发了适用于不同领域的系列化产品，目前已经成功将产品应用于水下礁石爆破、油气井勘探、型材定向切割、露天二次解小等领域，并且已经和国内某军事重点高校合作成功将二氧化碳相变膨胀技术应用于军工领域。

未来，我相信这项技术在更多的领域还有很大的想象空间。

葛洲坝易普力（湖南）科技有限公司朱宽博士

高级工程师/葛洲坝易普力（湖南）科技有限公司总经理助理，博士研究生。主要专注于二氧化碳相变膨胀技术的理论研究与工程应用实践，研究团队围绕二氧化碳相变膨胀技术，研制开发了常温常压下具有本质安全性的二氧化碳相变膨胀激发管技术，自主设计并建成国内首条全自动化二氧化碳相变膨胀激发管生产线，相关技术成果已在国内多个砂石矿山中成功应用。获得中国爆破行业科技进步一等奖1次、中国安全生产协会科技进步二等奖2次，获部级工法2项，获得发明或实用新型专利30余项。

中国葛洲坝集团易普力股份有限公司（以下简称“易普力公司”）是国务院国资委所属企业——中国能源建设集团有限公司的下属单位，是中国首屈一指的集科研、生产、销售、爆破服务完整产业链于一体的大型民爆企业，是国内为数不多的既拥有民用爆炸物品生产、销售、进出口资质又拥有“矿山工程施工总承包”二级资质、“营业性爆破作业单位”一级资质的企业。

葛洲坝易普力（湖南）科技有限公司是中国葛洲坝集团易普力股份有限公司控股子公司，是国内首家专业从事二氧化碳相变膨胀技术产品研发、生产、销售和现场服务的中央企业。公司生产、试验基地位于美丽的浏阳河畔，现已在二氧化碳相变膨胀裂岩领域形成完整的核心技术产品体系，获得相关专利20余项，并荣获中国爆破行业科技进步一等奖。公司依靠技术铺路，自主设计、建成了全国乃至全世界首条年产500万只二氧化碳相变膨胀激发管全自动化生产线，填补了国内在该领域的空白。凭借过硬的产品质量和优质的服务模式，公司产品得到客户广泛认同，目前销售网络已覆盖湖南、湖北、广东、广西、浙江、四川、贵州、黑龙江等十余省并远销巴基斯坦、非洲马里等国家，服务“一带一路”建设。

来源：中国砂石协会