《干冰粉静态气动压裂破岩技术及工艺规程》

ICS07.060

P13

团体标准

T/JSUSS01—2023

干冰粉静态气动压裂破岩技术及工

艺规程

（征求意见稿）

2023-12-31发布2023-12-31实施

江苏省地下空间学会发布

1总则

为了促进工程进展，保证岩石压裂破碎工程的施工质量，提高施工人员操作技术水平，

保证施工人员和周边环境安全，特制定本文件。

本文件适用于干冰粉静态气动压裂破岩的现场试验工程，重点包括城市隧道施工破岩工

程、城市基坑开挖、顽石/孤石安全拆除、隧道与地下空间施工等传统钻爆法无法使用的工

程领域。

各分项工程的安全注意事项，除应执行本文件外，还应严格遵循相关法律法规。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。凡是注日期的

引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括

所有的修改单)适用于本文件。

JC/T无声破碎剂

GB6722爆破安全规程

GB16423金属非金属矿山安全规程

GB/T9969工业产品使用说明书

GB50201土方与爆破工程施工及验收规范

GB/T50218-2014工程岩体分级标准

3术语与定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

干冰粉静态气动压裂破岩技术（dryicepowderstaticpneumaticfracturingrock-breaking

technology）

一种采用固态干冰粉，结合干冰粉静态气动压裂破岩器材(主要包括二氧化碳聚能剂、

干冰致裂器)，利用二氧化碳聚能剂在固、液、气混相二氧化碳中的燃烧放热促使干冰粉迅

速气化膨胀进而致裂岩体的技术。

3.2

二氧化碳聚能剂（carbondioxidefusionagent）

一种在特定温压条件下能够在液态、气态或固液气共存的二氧化碳中快速稳定燃烧，并

3

释放热量的药剂。由二氧化碳聚能剂圆棒、二氧化碳聚能剂环管、二氧化碳聚能剂粉体、引

火头、电阻丝、导线制成，用于加热干冰。

3.3

干冰致裂器（dryicecracker）

二氧化碳聚能剂在运输和存储过程中使用的一种铁制管式容器，能够隔绝外界腐蚀性物

质、撞击等复杂环境（如图3-1所示）。

图3-1干冰致裂器实物图

3.4

振动速度峰值（peakvibrationspeed）

振动速度峰值是指在振动过程中达到的最大速度值。它表示了振动物体在某一时刻的最

大速度。

3.5

主振频率（mainvibrationfrequency）

介质质点最大振幅所对应波的频率。

3.6

炮被（cannon）

炮被，属于爆破防护器材。一般炮被由废旧车胎编织而成，也可以叫橡胶炮被，炮皮，

爆破防护网等。主要用于大中小型的开山爆破、隧道爆破、露天采石等爆破工程。

4气动压裂破岩参数设计

4.1致裂器选型

应根据需要的一次破岩深度进行选型，目前干冰致裂器有3种型号：L-600型（长度为

600mm）；L-1000型（长度为1000mm）；L-1200型（长度为1200mm）。具体选择方案

4

见表4-1：

表4-1致裂器选型表

一次破岩深度（m）2-33-44-5

致裂器型号L-600L-1000L-1200

4.2钻孔参数设计

钻孔参数主要包括孔径、孔深、孔间距，对于确定型号的致裂器提供具体参数要求如下：

4.2.1钻孔孔径要求

所有型号的致裂器的直径均为90mm，钻孔直径应为105-120mm，根据钻孔直径要求

选用合适的钻头。

4.2.2孔深要求

应通过表4-2对应的致裂器的孔深要求选用合适的钻孔深度。

表4-2孔深设计参数表

致裂器型号L-600L-1000L-1200

钻孔深度（m）2.5-3.53.5-4.54.5-5.5

4.2.3孔间距要求

孔间距需要同时考虑致裂器型号和岩体物理力学性质，应通过表4-3设计孔间距参数：

表4-3孔间距参数设计表

致裂器型号工程岩体分级孔间距（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气动压裂破岩作业基本规定

5.1施工人员配备

应根据施工规模合理配比施工人员，通常一个工作面配备3-6个工作人员，具体包括:

从事干冰粉静态气动压裂技术人员1-2名，安全工程师1-2名，辅助人员1-2名。

5

5.2施工人员培训

参与干冰粉静态气动压裂破岩器材作业的施工人员，应经过干冰粉静态气动压裂破岩器

材生产单位培训，并取得产品生产单位颁发的干冰粉静态气动压裂器材作业合格证书的，才

能上岗。

5.3材料与设备准备

现场应配套专业施工材料与设备，具体包括干冰箱、电加热装置、激发装置吊装装置、

专用封孔材料与设备、专业工具箱、发电机等。

5.4电加热装置功率要求

电加热棒应并联工作，并联个数依据发电机功率来定，每个致裂器需要占用300W功率，

且需要留出20％的余量功率。

5.5安全泄压装置装配

安全泄压装置应安装于致裂器上，根据需要由人工启动，亦或者压力大于安全阀值（自

主选择）自动启动。

5.6激发装置要求

电阻丝加热激发应在环境温度25℃条件下，安全电流≤0.95A，激发电流>2A，一次激

发数量最大为30个钻孔。

5.7二氧化碳聚能剂运输要求

聚能剂运输时应保证盛装器皿包装完好无损，轻拿轻放，严禁抛掷、翻滚和踩踏；运输

过程中应谨防受潮、挤压及雨淋；严禁与腐蚀性物品同时运输；严禁与危险化学品同时运输。

5.8干冰粉体粒度要求

干冰粉体粒度应为0.5mm~3mm。

5.9专用封孔材料凝固要求

应使用自制快干水泥，保证初凝时间≥20分钟，达到终凝强度的30%，封孔深度应大于

60cm。

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5.10场地要求

干冰粉气动压裂破岩工艺应采用现场混装作业方式，作业场地主要取决于施工现场情况

和环境，主要包括矿山开采场地、隧道掘进场地、基坑及道路施工场地等。现场应有临空面，

且场地能提供平坦（坡度小于20°）作业平台10平方米以上。

5.11露天作业要求

应保证爆孔为圆心半径50m范围内无人员密集区或建筑群。

5.12地下作业要求

应保持通风通畅，且以爆孔为圆心半径30m范围内无机械设备和人员。

6施工流程与注意事项

6.1施工流程与工艺

6.1.1装填干冰粉体

应采用漏斗向干冰致裂器内添加干冰粉体至指定质量。

6.1.2封装和接线

应使用管钳拧紧致裂器端部盖子，封装好干冰粉，并连接套管上的加热线和电激发线路，

组装结构如图6-1所示。

1-密封堵头；2-接线螺钉；3-密封垫片；4-接线端部；5-致裂体；6-底部。

图6-1干冰致裂器结构示意图

6.1.3填充固化和封孔

在致裂器与钻孔壁之间存在少量空隙，应向空隙间注入专用封孔材料，封孔材料快速进

入空隙固化，封孔示意图如图6-2所示。

7

封孔剂封堵

钻屑粉充填

地层岩体

钻屑块充填

钻屑粉充填

致裂器

图6-2封孔示意图

6.1.4加热

应先检查加热线路，再接通加热电源（施工现场可由发电机供电），加热时间根据具体

干冰添加量确定，每增加1kg干冰，加热时间宜增加10分钟，但增加热时长应不超过50min。

6.1.5点火激发

加热完成后应在3小时内接通激发电源：使用电阻表检查电线与电阻丝激发装置形成的

闭合回路连通性，检查完毕后，接通电激发装置，并按照规定启动电激发装置，完成干冰粉

气动压裂作业。

6.2施工安全与注意事项

6.2.1防冻伤

固体干冰粉温度-78℃，禁止皮肤直接接触，以防冻伤。干冰粉运输和现场灌装过程中

应采用专用防冻手套作业。

6.2.2人员安全距离

干冰粉气动压裂作业过程中，非现场作业人员应在安全距离外，现场安全距离应为距离

爆孔不小于25m。

6.2.3警戒距离

在接通起激发装置之前，应现场清场，所有现场人员一律撤退至警戒距离外，一般距离

爆孔不小于30m。

6.2.4振动保护距离

民房周围20m应为禁止布孔线，公共交通如公路、铁路周围30m应为禁止布孔线，

支护结构如边坡周围50m应为禁止布孔线。

6.2.5炮被保护

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在起爆前应在临空面设置炮被，防止飞石造成人员和财产损失。

6.2.6爆破安全振动速度要求

根据《爆破安全规程》中关于振动安全的振动主频率和振动速度峰值的要求，对振动安

全提出更高的要求，详细见下表。

表6-1爆破振动安全允许标准

安全允许质点振动速度V，cm/s

序号保护对象类别

f≤10Hz10Hz≤f≤50Hzf>50Hz

1土窑洞、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工业和商业建筑物2.0~3.03.0~4.04.0~4.8

4一般古建筑与古迹0.1~0.150.15~0.250.25~0.4

运行中的水电站及发电厂中

50.4~0.50.5~0.60.6~0.8

心控制室设备

6水工隧洞6~77~99~14

7交通隧道8~1010~1212~18

8矿山巷道12~1515~1818~28

9永久性岩石高边坡4~88~1210~13

新浇大体积混凝土（C20）：

龄期：初凝~3d1.2~1.81.8~2.02.0~2.5

10

龄期：3d~7d2.0~3.03.0~4.04.0~6.0

龄期：7d~28d6.0~7.07.0~9.09.0~11

6.3盲孔处理

6.3.1盲孔排查

完成干冰粉静态气动压裂破岩施工后，应对所有干冰致裂器致裂范围进行排查，确定未

发生致裂破岩的致裂器，具体排查方法如下：

①初步排查：根据单孔致裂范围确定，分析单孔圆周范围内岩体完整性和裂缝扩展形态，

判断单孔致裂器是否产生致裂效果。若单孔周边围岩完整，裂缝不发育，则需判断致裂器是

否启动；

②进一步排查：通过万能表测量电阻判断电阻丝是被否激发；③最终排查：启动安全卸

压管路和堵头，释放高压气体，若未见高压气体排放，则表明干冰致裂器产生致裂效果，反

之则未产生致裂效果。

6.3.2盲孔处置

针对未产生致裂效果的致裂器，应由专业人员处置，具体处置程序如下：使用活动扳手

拧开安全卸压阀，或直接使用专用钳剪断安全卸压管路。在泄压之后应等待30分钟后才可

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以允许人员接近。

应在启动安全卸压阀或者剪断安全卸压管路30分钟后进行破碎岩石和致裂器的清理工

作。

7质量验收

7.1钻孔验收

钻孔应与设计参数一致，包括孔深、倾角和方位角，允许误差范围为：孔深误差≤0.1m，

倾角误差≤5°，方位角误差≤5°。在确定参数无误后，应保护好钻孔防止钻屑漏入孔中。

7.2封装验收

气密性要求：干冰粉封装后，放置自然环境5min后，应采用水检法、肥皂泡沫法等方

法检查气密性，在表面泼水或肥皂水不产生气泡表示不漏气。

质量要求：干冰粉装填质量采用称重法检查，误差应在±3%以内。为了避免干冰粉升华

造成质量损失，封装过程应控制时间在15分钟之内。

7.3封孔验收

封孔深度：应满足5.4要求。

封孔时间：单孔填充固化时间应大于40min。

封孔材料硬度要求：使用手感觉材料的含水率应降至20％以下，硬