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(rùn)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(chǔ)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(guò)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(chǔ)罐，低溫冷凍液儲(chǔ)罐和加熱器分別設(shè)置閥 門；工作中，通過(guò)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(rùn)、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(kāi)， 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(chǔ)罐為LNG低溫儲(chǔ)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(kāi)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(zhǎng)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(duì)于采空區(qū)上覆巖體的致裂工藝與裝備開(kāi)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(lái)相繼開(kāi)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(guò)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(chǔ)罐的閥門，打開(kāi)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(kāi)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(kāi)回液管閥門，讓鉆孔內(nèi)的水通過(guò)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(rùn)與淋水現(xiàn)象后，同時(shí)打開(kāi)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(kāi)低溫冷凍液儲(chǔ) 罐閥門，迅速通過(guò)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(kāi)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(guò)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(rùn)，在垮落過(guò)程中，不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)。石杰（同步）
