工程科学学报.第43卷，第7期：883-893.2021年7月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.7:883-893,July 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.05.006;http://cje.ustb.edu.cn 二氧化碳相变致裂技术研究进展与展望 周盛涛)，罗学东12)四，蒋楠12，张宗贤)，姚颖康2) 1)中国地质大学（武汉）工程学院.武汉4300742)江汉大学爆破工程湖北省重点实验室，武汉4300243)奥卢大学奥卢矿业学院，奥卢 90014 ☒通信作者，E-mail:cugluoxd(@foxmail.com 摘要二氧化碳相变致裂作为一种环境友好的绿色破岩技术，具有破岩效率高、振动小、无污染等优点，近年来已成为岩 石破碎与开挖领域的热门研究课题，相关研究发展迅速.大量学者运用理论分析、实验研究和数值模拟等手段对二氧化碳相 变致裂技术进行了广泛探究，并取得了一些有益进展.通过对现有相关研究成果的调研分析，阐述了二氧化碳相变致裂技术 的破岩机理，回顾了二氧化碳相变致裂荷载特征及其测试手段，归纳了致裂荷载表征方法，概括了致裂荷载与致裂效果的主 要影响因素，分析了二氧化碳相变致裂的有害效应，总结了二氧化碳相变致裂技术在多领域的应用，并探讨了二氧化碳相变 致裂当前存在的问题与未来挑战，以期为二氧化碳相变致裂技术的理论研究和工程应用推广提供参考. 关键词二氧化碳：岩石破碎：破岩机理：荷载特征：有害效应 分类号TU94+1 A review on fracturing technique with carbon dioxide phase transition ZHOU Sheng-tao,LUO Xue-dong2,JIANG Nan 2,ZHANG Zong-xian,YAO Ying-kang2) 1)Faculty of Engineering,China University of Geosciences,Wuhan 430074,China 2)Hubei Key Laboratory of Blasting Engineering,Jianghan University,Wuhan 430024,China 3)Oulu Mining School,University of Oulu,Oulu 90014,Finland Corresponding author,E-mail:cugluoxd @foxmail.com ABSTRACT With continuously increasing urban construction,more underground projects require the breaking of rocks near sensitive areas,such as hospitals,schools,and residential areas.On one hand,since conventional blasting that uses explosives has a negative impact on the safety of the surrounding buildings and brings about noise and flying rocks,the use of explosives are sometimes not allowed.On the other hand,the efficiency of mechanical rock excavation is very low,resulting in a low speed of rock excavation and high operation cost.In view of this situation,techniques that incorporate carbon dioxide phase transition fracturing have been tried in rock fragmentation in complex and sensitive environments such as those mentioned above.Furthermore,carbon dioxide phase transition fracturing is also regarded as an ideal substitute for the explosives in the field of coal permeability improvement.As an environmentally friendly rock-breaking technology,carbon dioxide phase transition fracturing has the advantages of high excavation efficiency,low vibration,and no pollution.In recent years,it has become a hot topic in the field of rock breakage and excavation.Research on this gas explosion technology has been developed rapidly and several useful progresses were made in this technology using theoretical analysis, experiments,and numerical simulations in a wide range.Through investigation and analysis of existing research results,the rock breakage mechanism of carbon dioxide phase transition fracturing was elaborated.A review was also presented on the fracturing load characteristics and its testing method.The main factors influencing the fracture load and fracture result were recapitulated.This review also analyzed the harmful effects of this new technique and generalized the applications of this technology in different fields.Finally,the 收稿日期：2020-11-05 基金项目：国家自然科学基金资助项目(42072309)：爆破工程湖北省重点实验室开放基金资助项目(HKLBEF202002)二氧化碳相变致裂技术研究进展与展望 周盛涛1)，罗学东1,2) 苣，蒋    楠1,2)，张宗贤3)，姚颖康1,2) 1) 中国地质大学（武汉）工程学院，武汉 430074    2) 江汉大学爆破工程湖北省重点实验室，武汉 430024    3) 奥卢大学奥卢矿业学院，奥卢 90014 苣通信作者，E-mail：cugluoxd@foxmail.com 摘    要    二氧化碳相变致裂作为一种环境友好的绿色破岩技术，具有破岩效率高、振动小、无污染等优点，近年来已成为岩 石破碎与开挖领域的热门研究课题，相关研究发展迅速. 大量学者运用理论分析、实验研究和数值模拟等手段对二氧化碳相 变致裂技术进行了广泛探究，并取得了一些有益进展. 通过对现有相关研究成果的调研分析，阐述了二氧化碳相变致裂技术 的破岩机理，回顾了二氧化碳相变致裂荷载特征及其测试手段，归纳了致裂荷载表征方法，概括了致裂荷载与致裂效果的主 要影响因素，分析了二氧化碳相变致裂的有害效应，总结了二氧化碳相变致裂技术在多领域的应用，并探讨了二氧化碳相变 致裂当前存在的问题与未来挑战，以期为二氧化碳相变致裂技术的理论研究和工程应用推广提供参考. 关键词    二氧化碳；岩石破碎；破岩机理；荷载特征；有害效应 分类号    TU94+1 A review on fracturing technique with carbon dioxide phase transition ZHOU Sheng-tao1) ，LUO Xue-dong1,2) 苣 ，JIANG Nan1,2) ，ZHANG Zong-xian3) ，YAO Ying-kang1,2) 1) Faculty of Engineering, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China 2) Hubei Key Laboratory of Blasting Engineering, Jianghan University, Wuhan 430024, China 3) Oulu Mining School, University of Oulu, Oulu 90014, Finland 苣 Corresponding author, E-mail: cugluoxd@foxmail.com ABSTRACT    With continuously increasing urban construction, more underground projects require the breaking of rocks near sensitive areas,  such  as  hospitals,  schools,  and  residential  areas.  On  one  hand,  since  conventional  blasting  that  uses  explosives  has  a  negative impact  on  the  safety  of  the  surrounding  buildings  and  brings  about  noise  and  flying  rocks,  the  use  of  explosives  are  sometimes  not allowed. On the other hand, the efficiency of mechanical rock excavation is very low, resulting in a low speed of rock excavation and high operation cost. In view of this situation, techniques that incorporate carbon dioxide phase transition fracturing have been tried in rock fragmentation in complex and sensitive environments such as those mentioned above. Furthermore, carbon dioxide phase transition fracturing is also regarded as an ideal substitute for the explosives in the field of coal permeability improvement. As an environmentally friendly  rock-breaking  technology,  carbon  dioxide  phase  transition  fracturing  has  the  advantages  of  high  excavation  efficiency,  low vibration, and no pollution. In recent years, it has become a hot topic in the field of rock breakage and excavation. Research on this gas explosion technology has been developed rapidly and several useful progresses were made in this technology using theoretical analysis, experiments,  and  numerical  simulations  in  a  wide  range.  Through  investigation  and  analysis  of  existing  research  results,  the  rock breakage mechanism of carbon dioxide phase transition fracturing was elaborated. A review was also presented on the fracturing load characteristics and its testing method. The main factors influencing the fracture load and fracture result were recapitulated. This review also analyzed the harmful effects of this new technique and generalized the applications of this technology in different fields. Finally, the 收稿日期: 2020−11−05 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（42072309）；爆破工程湖北省重点实验室开放基金资助项目（HKLBEF202002） 工程科学学报，第 43 卷，第 7 期：883−893，2021 年 7 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 7: 883−893, July 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.05.006; http://cje.ustb.edu.cn