新型可為企業(yè)提供（二氧化碳?xì)怏w爆破設(shè)備）@堅(jiān)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(jiān)硬巖體,。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是一套工藝同時(shí)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(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力,，并導(dǎo)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(kuò)展,，在孔隙產(chǎn)生裂紋，眾多孔隙的共同作用也會(huì)導(dǎo)致巖體破裂,。另外,，注水會(huì)濕潤巖體，巖體破裂垮落時(shí),，相互之間的摩擦與撞擊不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn),。

1.二氧化碳?xì)怏w爆破設(shè)備堅(jiān)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(jì)，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(gè)出液口，三通鋼管的進(jìn)液口連接井下水 網(wǎng)并設(shè)有閥門,；所述回液管上連接有壓力表和溫度計(jì),，回液管至三通鋼管之間的管路上設(shè) 置閥門；所述注液管至三通鋼管之間的管路上沿進(jìn)液方向順序設(shè)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(shè)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(jìn)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(yīng)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(shí)作用致裂巖體。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種（二氧化碳?xì)怏w爆破設(shè)備）堅(jiān)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(quán)利要求1所述的一種（二氧化碳?xì)怏w爆破設(shè)備）堅(jiān)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(quán)利要求1所述的一種（二氧化碳?xì)怏w爆破設(shè)備）堅(jiān)硬巖體爆破,，其特征在于，封孔材料 為水泥砂漿,。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種（二氧化碳?xì)怏w爆破設(shè)備）堅(jiān)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(quán)利要求1所述的一種（二氧化碳?xì)怏w爆破設(shè)備）堅(jiān)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(jìn)兩出,，內(nèi)徑20mm，壁厚2mm,。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種（二氧化碳?xì)怏w爆破設(shè)備）堅(jiān)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(quán)利要求1所述的一種（二氧化碳?xì)怏w爆破設(shè)備）堅(jiān)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(dòng)注漿泵,； 加熱器為CREx020-100W型防爆加熱器,。

致裂巖體的技術(shù)，特別是關(guān)于一種預(yù)先向采空區(qū)上方堅(jiān)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?xì)怏w爆破設(shè)備堅(jiān)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(dāng)上覆巖體的強(qiáng)度不是很高時(shí),，在礦山壓力作用下,，工作面每向前推進(jìn)一段距離， 巖體就會(huì)自行斷裂、垮落,、并充填采空區(qū),；反之，如果巖體堅(jiān)硬,，強(qiáng)度較高,，則需等到工作面 推進(jìn)距離比較長時(shí)，方能斷裂,、垮落,。

采空區(qū)上覆巖體如果不能及時(shí)垮落，則會(huì)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(jìn),，將會(huì)在某個(gè)時(shí)刻出現(xiàn)上覆巖體突然大塊斷裂、垮落的現(xiàn) 象,，進(jìn)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(dòng)力效應(yīng)，造成重大人員傷 亡和財(cái)產(chǎn)損失,。

2016年3月23日,，山西同煤集團(tuán)同生安平煤業(yè)公司采空區(qū)大面積垮落形成暴風(fēng)，并 導(dǎo)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(diǎn)是容易產(chǎn)生危險(xiǎn)，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(xiǎn),，引起采空區(qū).爆破。

采空區(qū)上覆堅(jiān)硬巖體致裂的方法,，具體步驟為：

步驟1）關(guān)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(jìn)液口 閥門,，向加熱器注水,，直至加熱器內(nèi)注滿水，關(guān)閉三通鋼管的進(jìn)液口閥門,；

步驟2）當(dāng)加熱器里的水溫達(dá)到一定溫度,，打開加熱器閥門，啟動(dòng)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(fù)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(shí)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(bǔ)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(jìn)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(shí)打開回液管閥門和三通鋼管進(jìn)液 口閥門,，排放鉆孔水；鉆孔水排放完畢,，關(guān)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(shí),，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(dǎo)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(dāng)水變成冰后，體積膨 脹,，撐開巖體孔隙,，眾多微觀孔隙的擴(kuò)展，有效降低巖體強(qiáng)度,，并產(chǎn)生裂紋,；在上述兩個(gè)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(yīng)力,，實(shí)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(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn),。石杰13273308303（微信同步）