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一、（二氧化碳爆破设备）@大型石方爆破

在采矿行业中，不管是煤矿还是山体开采中诱发的矿岩动力灾害问题一直十分突出。其中冲击矿压是最棘手的一种矿岩动力灾害。研究表明冲击矿压多发生在具有坚硬顶板的煤层中，尤其是在具有厚度大、强度高、整体性强、结构致密的坚硬厚层砂岩顶板中，以及煤质中硬，脆性和弹性较强的煤层中。而对坚硬顶板定向处理弱化和煤层弱化是防止冲击矿压的有效途径。采用普通钻孔诈要爆破方法会形成较强烈的冲击波，对矿岩体造成较大的应力扰动，存在诱导动力灾害的隐患，对局部围岩的破坏较大不易实现定向处理。另外采用单纯气体膨胀致裂法不能控制孔内裂缝的扩展方向。寻找一种安全、高效的处理坚硬顶板、矿岩体强度弱化、防治冲击矿压的有效技术途径和配套装置，对于保障煤矿及矿山的安全高效生产具有重要的理论和现实意义。

二、设备技术

技术问题：二氧化碳爆破设备克服已有技术中的不足之处，提供一种操作简便、控制性好，安全可靠的矿岩体聚能爆破的定向气体膨胀致裂方法。

技术方案：二氧化碳爆破设备的矿岩体聚能爆破的定向气体膨胀致裂方法，包括如下步骤：

a．在工作面两端头沿煤层上方各打一个倾斜的致裂钻孔，同时分别在机巷和风巷超前工作面靠两巷外帮侧沿顶板向上施工5~10个致裂钻孔；

b．在施工好的致裂钻孔内逐一安装多节聚能管，聚能管的管壁两侧开有若干聚能孔，安装前在除Ⅰ号聚能管外的所有聚能管内分别穿入细电线，将矿用水胶诈要装入每个聚能管内，每个聚能管的两端均用炮泥填塞，同时在聚能管的末端连接一发电蕾馆，将聚能管的电蕾馆脚线引出插入快速接头的公头，同时将聚能管前端的细电线插入快速接头的母头，将Ⅱ号聚能管末端的细电线和电蕾馆脚线一起插入快速接头的公头，同时将聚能管前端的细电线插入快速接头母头，依次逐个连接至最后一节聚能管，所述的向致裂钻孔内送装的所有聚能管的聚能孔朝向一致，均沿预裂方向；

c．将Ⅰ号聚能管送入致裂钻孔内，把聚能管的快速接头的公头与聚能管前端快速接头的母头插接在一起，然后将Ⅱ号聚能管送入致裂钻孔内，将Ⅱ号聚能管快速接头的公头与Ⅲ号聚能管快速接头的母头插接在一起，聚能管与聚能管之间设有防止聚能管转向的限位装置，依次送入并连接多节聚能管至致裂钻孔内，在致裂钻孔孔口处装入一节空聚能管；

d．用膨胀螺栓封孔防止聚能管滑落，同时将电蕾馆脚线引出至孔外，将1~3个致裂钻孔孔外的电蕾馆脚线并联，引爆诈要进行聚能爆破，使抱诈能量优先沿聚能孔方向产生爆生裂隙，卸除膨胀螺栓，用水管冲洗爆破后的致裂钻孔，再向钻孔内送入与注水泵相连的封孔器进行封孔；或采用封孔器封孔，同时将蕾馆脚线引出至孔外，将1~3个致裂钻孔孔外的电蕾馆脚线并联，连接好注水管路向致裂钻孔孔内注满水，进行水压聚能爆破，使抱诈能量优先沿聚能孔方向产生爆生裂隙；

e．打开水泵开关向致裂钻孔内注入高压水进行气体膨胀致裂，使致裂钻孔周边的爆生裂隙进一步扩展；

f．当致裂钻孔孔壁或周边出现渗水或水压力小于5MPa时，关闭注水阀，停止注水。所述靠两巷外帮侧垂直顶板向上施工的致裂钻孔深度为5~10m；所述的聚能管采用PVC管。

有益效果：由于采用了上述技术方案，将定向聚能爆破与气体膨胀致裂的优势结合，二氧化碳爆破设备采用定向聚能爆破预裂坚硬顶板（煤体），用聚能管进行聚能装药使能量更集中，能将爆生气体的能量更多地转化成聚能射流的动能，使抱诈能量优先沿聚能孔方向产生爆生裂隙，有效控制裂缝方向，防止其他方向裂缝的形成和延伸；大大减小了对围岩的冲击波、地震波影响，增大钻孔间距，减少钻孔费用和劳动强度。最后，通过气体膨胀致裂使爆生裂隙进一步扩展形成完整的破裂面，可有效控制气体膨胀致裂过程中裂缝的扩展方向，也可进行水压聚能爆破致裂，减少由于爆破所引发的安全隐患，施工工艺简单、节省诈要，安全可靠、切缝效果好，具有广泛的实用性。

三、工作原理

二氧化碳爆破设备又命名为二氧化碳致裂设备是利用液态二氧化碳受热气化膨胀，然后快速释放高压气体来达到破断岩石或落煤的目的。由于其具有膨胀能力可控，威力大，不产生冲击波等诸多优点被广泛应用于城改、城建以及矿产开采等领域。

相关技术中，利用致裂管致裂岩石的工艺方法为，致裂管在置入致裂孔前已完成液态二氧化碳的充装工序，致裂作业时将已经充装好的致裂管置于致裂孔内进行启发，完成岩石致裂作业。相关技术的不足在于：

1)为了保证致裂管能够承受足够的压力，致裂管管体需要采用金属或其他高强度的材料制成，这类材质制成的致裂管质量重，搬运困难，且作业时，万一发生″飞管″(致裂管飞出致裂孔)，砸到现场作业人员，会造成人员的伤害。

2)充装好的致裂管在致裂孔内，其主要依靠侧壁填充物和位于致裂孔上部的盖板压力防止飞管；因此，在具体实施时，需要特别注意保证填充物与致裂管管壁间的压力，稍有不慎，容易出现″飞管″现象。

3)由于致裂管在置入致裂孔前已完成液态二氧化碳的充装工序，其启发操作非常简单，而其致裂的威力巨大；因此，充装好的致裂管容易被不法分子当成一种防御甚至恶意攻击的武器，存在极大的社会安全隐患。

4)充装好的致裂管在致裂作业时，致裂管与致裂孔之间具有安装间隙，因此，致裂管膨胀致裂作业时，需先对安装间隙进行膨胀填充，才能真正对致裂孔的孔壁进行作用，如此，存在能量损耗，影响致裂效果。

 

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