新型可为企业提供（二氧化碳气体爆破设备）@坚硬岩体爆破，该装置先后向采空区上方岩层钻孔内注入高压高温水和高压低温冷冻液，可安全、快速致裂采空区上覆坚硬岩体。本实用新型的优点是一套工艺同时利用两种原理致裂岩体，一是非均质物体在热胀冷缩条件下，自身内部会产生拉应力，并导致物体破裂，二是充分利用水的反膨胀原理(水在4oC以下，随着温度降低，体积反而膨胀)，迫使岩体孔隙扩展，在孔隙产生裂纹，众多孔隙的共同作用也会导致岩体破裂。另外，注水会湿润岩体，岩体破裂垮落时，相互之间的摩擦与撞击不会产生危险。

1.二氧化碳气体爆破设备坚硬岩体爆破，采空区的上方依次为待垮落层和不垮落层， 所述待垮落层由其底面向上施工钻孔，岩体致裂装置与钻孔连接；其特征在于，岩体致裂装 置包括注液管、回液管、高压胶管、注液泵、加热器、低温冷冻液储罐、三通钢管、阀门、压力 表和温度计，所述注液管与回液管平行穿入钻孔内，钻孔底端由封孔材料密封；回液管和注 液管的下端分别通过高压胶管连接三通钢管的两个出液口，三通钢管的进液口连接井下水 网并设有阀门；所述回液管上连接有压力表和温度计，回液管至三通钢管之间的管路上设 置阀门；所述注液管至三通钢管之间的管路上沿进液方向顺序设置加热器和注液泵，加热 器至注液泵之间的管体上并联一低温冷冻液储罐，低温冷冻液储罐和加热器分别设置阀 门；工作中，通过所述岩体致裂装置向钻孔内注入高温水，高温水进入待垮落层钻孔周围岩 体孔隙，岩体湿润、膨胀；然后迅速释放钻孔内的高温水，并充入高压低温冷冻液，一方面， 岩体冷却收缩，由于岩体本身的不均匀性，不同位置收缩速度存在差异，从而在岩体内产生 拉应力，致裂岩体；另一方面，岩体孔隙内部的高温水冷却成冰后，体积膨胀，将孔隙撑开， 众多孔隙同时作用致裂岩体。

2.根据权利要求1所述的一种（二氧化碳气体爆破设备）坚硬岩体爆破，其特征在于，所述钻孔 为斜孔，贯通待垮落层，倾斜角度为30-60度。

3.根据权利要求1所述的一种（二氧化碳气体爆破设备）坚硬岩体爆破，其特征在于，所述回液 管管口接近钻孔的底端。

4.根据权利要求1所述的一种（二氧化碳气体爆破设备）坚硬岩体爆破，其特征在于，封孔材料 为水泥砂浆。

5.根据权利要求1所述的一种（二氧化碳气体爆破设备）坚硬岩体爆破，其特征在于，所述加热 器与注液泵之间由钢管连接。

6.根据权利要求1所述的一种（二氧化碳气体爆破设备）坚硬岩体爆破，其特征在于，所述回液 管为不锈钢钢管，内径20mm，壁厚2mm；所述注液管为不锈钢钢管，内径30mm，壁厚2mm；所述 三通钢管为不锈钢钢管，一进两出，内径20mm，壁厚2mm。

7.根据权利要求1所述的一种（二氧化碳气体爆破设备）坚硬岩体爆破，其特征在于，高压胶管 为R13型多层钢丝缠绕苛刻条件下的高温高压胶管。

8.根据权利要求1所述的一种（二氧化碳气体爆破设备）坚硬岩体爆破，其特征在于，低温冷冻 液储罐为LNG低温储罐，低温冷冻液为酒精；注液泵为3ZBQS1210型煤矿用双液气动注浆泵； 加热器为CREx020-100W型防爆加热器。

致裂岩体的技术，特别是关于一种预先向采空区上方坚硬岩 体施工钻孔，并依次向孔内注入高温水和低温冷冻液，充分利用岩石的热胀冷缩和水的反 膨胀原理使二氧化碳气体爆破设备坚硬岩体爆破。

在煤矿井下，随着煤炭的开采，采煤工作面后方必然留下采空区。

当上覆岩体的强度不是很高时，在矿山压力作用下，工作面每向前推进一段距离， 岩体就会自行断裂、垮落、并充填采空区；反之，如果岩体坚硬，强度较高，则需等到工作面 推进距离比较长时，方能断裂、垮落。

采空区上覆岩体如果不能及时垮落，则会形成比较大的空间（充满.和空气的 混合性气体）；随着工作面的推进，将会在某个时刻出现上覆岩体突然大块断裂、垮落的现 象，进而将采空区内积存的气体瞬间挤向工作面，并伴随巨大的动力效应，造成重大人员伤 亡和财产损失。

2016年3月23日，山西同煤集团同生安平煤业公司采空区大面积垮落形成暴风，并 导致19人。

对于采空区上覆岩体的致裂工艺与装备开发方面，早采取的工艺是向岩体打 钻，利爆破，崩落岩体，该工艺大的缺点是容易产生危险，引起采空区.爆破；后 来相继开发了水力压裂和二氧化碳相变致裂工艺。

水力压裂纯粹利用高压液体压裂岩石，一方面，高压水容易伤人，另一方面，容易 造成采空区积水。二氧化碳相变致裂是让干冰瞬间气化，利用高压气体压裂岩石，一方面， 气体压力有限，压裂效果不佳，另一方面，被压裂的岩块在垮落过程中容易相互撞击，产生 危险，引起采空区.爆破。

采空区上覆坚硬岩体致裂的方法，具体步骤为：

步骤1）关闭加液管、加热泵以及低温冷冻液储罐的阀门，打开三通钢管的进液口 阀门，向加热器注水，直至加热器内注满水，关闭三通钢管的进液口阀门；

步骤2）当加热器里的水温达到一定温度，打开加热器阀门，启动注液泵，将高温水 注入钻孔内，使钻孔内的水维持一定压力和温度；

步骤3）如果水量不够，重复步骤1～2，多次向钻孔内注入高温水；

步骤4）稳定一段时间后，如果钻孔内水的压力下降，则按照步骤1～2继续补充高 温水；如果压力不变，而温度下降，则打开回液管阀门，让钻孔内的水通过回液管进入加热 器，重新加热并注入钻孔，让岩体在带压高温水的浸泡作用下充分膨胀；

步骤5）待垮落岩层出现湿润与淋水现象后，同时打开回液管阀门和三通钢管进液 口阀门，排放钻孔水；钻孔水排放完毕，关闭回液管阀门和加热泵阀门，打开低温冷冻液储 罐阀门，迅速通过注液泵向钻孔内注入低温冷冻液，降低岩体温度；一方面，根据热胀冷缩 原理，岩体迅速收缩，同时，基于岩体的非均质特征，岩体内部不同位置的收缩剧烈程度存 在差异，导致岩体内部产生裂纹；另一方面，根据水的反膨胀原理，当水变成冰后，体积膨 胀，撑开岩体孔隙，众多微观孔隙的扩展，有效降低岩体强度，并产生裂纹；在上述两个方面 致裂效果的共同作用下，并辅以通过不垮落岩层所传递的矿山应力，实现待垮落岩层的快 速断裂、垮落；而且，岩体已经湿润，在垮落过程中，不会产生危险。石杰13273308303（微信同步）