衡水瑞隆矿山机械有限公司

二氧化碳爆破设备具有爆破比大、产品料度均匀、使用寿命长、结构简单、工作可靠、维修简便、低耗能等特点，矿山开采的必备的设备。二氧化碳爆破器是利用液态二氧化碳受热汽化膨胀，快速释放高压气体并释放足够的爆破能量破断岩石或落煤的装置，取代传统煤炭开采或深孔预裂爆破中的诈要，克服了以往用诈要爆破开采和预裂中破坏性大，危险性高矿体粉碎等缺点，具有不产生火花、无烟、爆破威力大、可反复使用等优点，是传统诈要的理想替代设备，为矿山安全开采和预裂提供可靠保证，广泛适用与煤矿和非煤矿山。现有技术中，防治顶板冲击的方法是在顶板中开凿顶板巷道，通过顶板巷道对顶板进行深孔爆破，人为地切断顶板，进而促使采空区顶板冒落，减小顶板来压时的强度和冲击性。这种防治顶板冲击的方法，虽然避免了因顶板冲击而导致的冲击地压的产生，但需要在顶板中开凿顶板巷道,成本较高。传统处理坚硬顶板的方法是采用诈要爆破强制放顶，但是这种方法对于高矿井来说，存在极大的安全隐患，不论临近工作面采空区还是本工作面的采空区都可能集聚大量的。我国许多矿区(如大同矿区、朔州矿区、榆林神东矿区等)煤层之上赋存有强度高、厚度大、整体性好的坚硬顶板，由于顶板赋存完整，岩性坚硬，随着工作面的推进，坚硬顶板大面积悬而不垮，从而导致采空区空间逐渐增大，采空区周围煤岩体内积聚了大量弹性能量，不仅影响采空区附近煤体中巷道的稳定性，而且一旦悬露顶板突然垮断，在坚硬顶板破断或滑移失稳过程中大量的弹性能突然释放,形成强烈震动,导致坚硬顶板型冲击地压。同时，由于在相邻工作面采空区和本工作面采空区坚硬顶板悬顶的共同作用，使临空巷道围岩处于高应力水平，巷道变形剧烈，如果坚硬顶板突然断裂还会导致冲击地压，给临空巷道的安全性构成极大的威胁。

二氧化碳爆破的防治坚硬顶板型冲击地压的方法，目的是通过采用二氧化碳爆破坚硬顶板，降低成本的同时提高安全性。

技术方案按照以下步骤进行：工作面正上方的顶板岩层切顶爆破：在对工作面回采前，分别在工作面两侧的运输巷道和回风巷道靠近工作面的顶角处，向工作面内侧的顶板岩层方向设置若干组钻孔，运输巷道钻孔和回风巷道钻孔呈对称分布，每组钻孔由3个钻孔组成，工作面倾向长度为L，3个钻孔的孔底分别位于工作面倾向的1.5/8L、2.5/8L和3.5/8L处，钻孔孔底至煤层顶板的垂直距离为煤层厚度h的3～5倍；在钻孔内安装二氧化碳致裂器，依次进行分组预裂爆破，实现工作面正上方的顶板岩层切顶爆破；工作面侧面的顶板岩层切顶爆破：在靠近接替工作面的工作面回风巷道顶部，沿工作面走向布置若干个相互平行的钻孔，钻孔指向顶板岩层内部并与回风巷道之间有一定的倾斜角度，钻孔孔底至煤层顶板的垂直距离为煤层厚度h的3～5倍；] 其中，所述的步骤中若干组钻孔的孔口间隔为15m～30m。在钻孔内安装二氧化碳致裂器，进行预裂爆破，实现工作面侧面的顶板岩层切顶爆破。

所述的步骤中若干个相互平行的钻孔的垂直间距为10m～15m。

所述的二氧化碳致裂器之间用导线串联，被钻机推送至孔底，采用封孔器进行封孔，封孔长度为孔深的0.1～0.2倍。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是:本发明是采用二氧化碳爆破控制坚硬顶板型冲击地压，通过矿用放触发预置储液管中的加热器实现快速加热，将储液管中的液态二氧化碳变成气态冲破定压剪切片，从爆破释放管喷出的超高压气体作用于煤体产生破碎区域，并在释放方向上产生新裂隙，进而达到岩石预裂的效果；通过对工作面正上方和工作面侧面的坚硬顶板进行爆破，随着工作面的回采坚硬顶板可及时垮落，

实现应力转移和围岩弱化，避免了坚硬顶板型冲击地压的发生，同时降低了临空巷道围岩应力，实现了临空巷道围岩的稳定。

二氧化碳爆破设备能有效控制坚硬顶板岩层赋存条件下的冲击地压显现，对于防治坚硬顶板引起冲击矿压具有重要意义，其方法简单，安全性好，操作简单，使用方便，具有广泛的实用性。二氧化碳爆破设备以陕西某矿为例进行说明，其为冲击地压矿井，以往采用诈要爆破卸压，效果一般，并且存在安全隐患。

二氧化碳爆破的防治坚硬顶板型冲击地压的方法卸压，工作面长度为200m，煤厚为10m，顶板以坚硬砂岩为主。采用的钻机型号为ZDY4000S、钻杆直径60mm和二氧化碳致裂器，按照以下步骤进行：工作面正上方的顶板岩层切顶爆破：在对工作面回采前，分别在工作面两侧的运输巷道和回风巷道靠近工作面的顶角处，向工作面内侧的顶板岩层方向设置若干组钻孔，运输巷道一侧的钻孔和回风巷道一侧的钻孔呈对称分布，每组钻孔由个钻孔5组成，工作面倾向长度L为200m，个钻孔的孔底分别位于工作面倾向的1.5/8L 、2.5/8L和3.5/8L处，钻孔孔底至煤层顶板的垂直距离为煤层厚度h的4倍；在钻孔内安装二氧化碳致裂器，依次进行分组预裂爆破，实现工作面正上方的顶板岩层切顶爆破；工作面侧面的顶板岩层切顶爆破：在靠近接替工作面的工作面回风巷道顶部，沿工作面走向布置若干个相互平行的钻孔，钻孔指向顶板岩层内部并与回风巷道之间有一定的倾斜角度，钻孔孔底至煤层7顶板的垂直距离为煤层厚度的4倍；在钻孔内安装二氧化碳致裂器，进行预裂爆破，实现工作面侧面的顶板岩层切顶爆破。

其中，所述的步骤中若干组钻孔的孔口间隔为20m。中的钻孔与回风巷道的夹角为60°。中若干个相互平行的钻孔的垂直间距为15m。钻孔直径为60mm。二氧化碳致裂器之间用导线串联，被钻机推送至孔底，采用封孔器进行封孔，封孔长度为孔深的0.1倍。 爆破切顶后，随着工作面的回采工作面上方和工作面侧面的顶板及时垮落，避免了冲击地压的发生。同时，临空巷道变形量较切顶前减少了60%，确保了临空巷道的稳定。