新型可為企業(yè)提供（二氧化碳氣體爆破設備）@堅硬巖體爆破，該裝置先后向采空區(qū)上方巖層鉆孔內(nèi)注入高壓高溫水和高壓低溫冷凍液，可安全、快速致裂采空區(qū)上覆堅硬巖體。本實用新型的優(yōu)點是一套工藝同時利用兩種原理致裂巖體，一是非均質(zhì)物體在熱脹冷縮條件下，自身內(nèi)部會產(chǎn)生拉應力，并導致物體破裂，二是充分利用水的反膨脹原理(水在4oC以下，隨著溫度降低，體積反而膨脹)，迫使巖體孔隙擴展，在孔隙產(chǎn)生裂紋，眾多孔隙的共同作用也會導致巖體破裂。另外，注水會濕潤巖體，巖體破裂垮落時，相互之間的摩擦與撞擊不會產(chǎn)生危險。

1.二氧化碳氣體爆破設備堅硬巖體爆破，采空區(qū)的上方依次為待垮落層和不垮落層， 所述待垮落層由其底面向上施工鉆孔，巖體致裂裝置與鉆孔連接；其特征在于，巖體致裂裝 置包括注液管、回液管、高壓膠管、注液泵、加熱器、低溫冷凍液儲罐、三通鋼管、閥門、壓力 表和溫度計，所述注液管與回液管平行穿入鉆孔內(nèi)，鉆孔底端由封孔材料密封；回液管和注 液管的下端分別通過高壓膠管連接三通鋼管的兩個出液口，三通鋼管的進液口連接井下水 網(wǎng)并設有閥門；所述回液管上連接有壓力表和溫度計，回液管至三通鋼管之間的管路上設 置閥門；所述注液管至三通鋼管之間的管路上沿進液方向順序設置加熱器和注液泵，加熱 器至注液泵之間的管體上并聯(lián)一低溫冷凍液儲罐，低溫冷凍液儲罐和加熱器分別設置閥 門；工作中，通過所述巖體致裂裝置向鉆孔內(nèi)注入高溫水，高溫水進入待垮落層鉆孔周圍巖 體孔隙，巖體濕潤、膨脹；然后迅速釋放鉆孔內(nèi)的高溫水，并充入高壓低溫冷凍液，一方面， 巖體冷卻收縮，由于巖體本身的不均勻性，不同位置收縮速度存在差異，從而在巖體內(nèi)產(chǎn)生 拉應力，致裂巖體；另一方面，巖體孔隙內(nèi)部的高溫水冷卻成冰后，體積膨脹，將孔隙撐開， 眾多孔隙同時作用致裂巖體。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種（二氧化碳氣體爆破設備）堅硬巖體爆破，其特征在于，所述鉆孔 為斜孔，貫通待垮落層，傾斜角度為30-60度。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種（二氧化碳氣體爆破設備）堅硬巖體爆破，其特征在于，所述回液 管管口接近鉆孔的底端。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種（二氧化碳氣體爆破設備）堅硬巖體爆破，其特征在于，封孔材料 為水泥砂漿。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種（二氧化碳氣體爆破設備）堅硬巖體爆破，其特征在于，所述加熱 器與注液泵之間由鋼管連接。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種（二氧化碳氣體爆破設備）堅硬巖體爆破，其特征在于，所述回液 管為不銹鋼鋼管，內(nèi)徑20mm，壁厚2mm；所述注液管為不銹鋼鋼管，內(nèi)徑30mm，壁厚2mm；所述 三通鋼管為不銹鋼鋼管，一進兩出，內(nèi)徑20mm，壁厚2mm。

7.根據(jù)權利要求1所述的一種（二氧化碳氣體爆破設備）堅硬巖體爆破，其特征在于，高壓膠管 為R13型多層鋼絲纏繞苛刻條件下的高溫高壓膠管。

8.根據(jù)權利要求1所述的一種（二氧化碳氣體爆破設備）堅硬巖體爆破，其特征在于，低溫冷凍 液儲罐為LNG低溫儲罐，低溫冷凍液為酒精；注液泵為3ZBQS1210型煤礦用雙液氣動注漿泵； 加熱器為CREx020-100W型防爆加熱器。

致裂巖體的技術，特別是關于一種預先向采空區(qū)上方堅硬巖 體施工鉆孔，并依次向孔內(nèi)注入高溫水和低溫冷凍液，充分利用巖石的熱脹冷縮和水的反 膨脹原理使二氧化碳氣體爆破設備堅硬巖體爆破。

在煤礦井下，隨著煤炭的開采，采煤工作面后方必然留下采空區(qū)。

當上覆巖體的強度不是很高時，在礦山壓力作用下，工作面每向前推進一段距離， 巖體就會自行斷裂、垮落、并充填采空區(qū)；反之，如果巖體堅硬，強度較高，則需等到工作面 推進距離比較長時，方能斷裂、垮落。

采空區(qū)上覆巖體如果不能及時垮落，則會形成比較大的空間（充滿.和空氣的 混合性氣體）；隨著工作面的推進，將會在某個時刻出現(xiàn)上覆巖體突然大塊斷裂、垮落的現(xiàn) 象，進而將采空區(qū)內(nèi)積存的氣體瞬間擠向工作面，并伴隨巨大的動力效應，造成重大人員傷 亡和財產(chǎn)損失。

2016年3月23日，山西同煤集團同生安平煤業(yè)公司采空區(qū)大面積垮落形成暴風，并 導致19人。

對于采空區(qū)上覆巖體的致裂工藝與裝備開發(fā)方面，早采取的工藝是向巖體打 鉆，利爆破，崩落巖體，該工藝大的缺點是容易產(chǎn)生危險，引起采空區(qū).爆破；后 來相繼開發(fā)了水力壓裂和二氧化碳相變致裂工藝。

水力壓裂純粹利用高壓液體壓裂巖石，一方面，高壓水容易傷人，另一方面，容易 造成采空區(qū)積水。二氧化碳相變致裂是讓干冰瞬間氣化，利用高壓氣體壓裂巖石，一方面， 氣體壓力有限，壓裂效果不佳，另一方面，被壓裂的巖塊在垮落過程中容易相互撞擊，產(chǎn)生 危險，引起采空區(qū).爆破。

采空區(qū)上覆堅硬巖體致裂的方法，具體步驟為：

步驟1）關閉加液管、加熱泵以及低溫冷凍液儲罐的閥門，打開三通鋼管的進液口 閥門，向加熱器注水，直至加熱器內(nèi)注滿水，關閉三通鋼管的進液口閥門；

步驟2）當加熱器里的水溫達到一定溫度，打開加熱器閥門，啟動注液泵，將高溫水 注入鉆孔內(nèi)，使鉆孔內(nèi)的水維持一定壓力和溫度；

步驟3）如果水量不夠，重復步驟1～2，多次向鉆孔內(nèi)注入高溫水；

步驟4）穩(wěn)定一段時間后，如果鉆孔內(nèi)水的壓力下降，則按照步驟1～2繼續(xù)補充高 溫水；如果壓力不變，而溫度下降，則打開回液管閥門，讓鉆孔內(nèi)的水通過回液管進入加熱 器，重新加熱并注入鉆孔，讓巖體在帶壓高溫水的浸泡作用下充分膨脹；

步驟5）待垮落巖層出現(xiàn)濕潤與淋水現(xiàn)象后，同時打開回液管閥門和三通鋼管進液 口閥門，排放鉆孔水；鉆孔水排放完畢，關閉回液管閥門和加熱泵閥門，打開低溫冷凍液儲 罐閥門，迅速通過注液泵向鉆孔內(nèi)注入低溫冷凍液，降低巖體溫度；一方面，根據(jù)熱脹冷縮 原理，巖體迅速收縮，同時，基于巖體的非均質(zhì)特征，巖體內(nèi)部不同位置的收縮劇烈程度存 在差異，導致巖體內(nèi)部產(chǎn)生裂紋；另一方面，根據(jù)水的反膨脹原理，當水變成冰后，體積膨 脹，撐開巖體孔隙，眾多微觀孔隙的擴展，有效降低巖體強度，并產(chǎn)生裂紋；在上述兩個方面 致裂效果的共同作用下，并輔以通過不垮落巖層所傳遞的礦山應力，實現(xiàn)待垮落巖層的快 速斷裂、垮落；而且，巖體已經(jīng)濕潤，在垮落過程中，不會產(chǎn)生危險。石杰（同步）