二氧化碳致裂器

1、MZL二氧化碳致裂器 煤科集團沈陽研究院 王海東 匯 報 提 綱產(chǎn)品簡介工作原理使用范圍產(chǎn)品優(yōu)點一二三四五七配套裝備七產(chǎn)品簡介 二氧化碳致裂器以下簡稱致裂器是利用液態(tài)二氧化碳受熱氣化膨脹，快速釋放高壓氣體破斷巖石或落煤，克服了以往用炸藥爆破開采、預(yù)裂中破壞性大及危險性高礦體粉碎等缺點，為礦山平安開采和預(yù)裂提供可靠保證，廣泛適用與煤礦和非煤礦山。煤科集團沈陽研究院經(jīng)過近兩年的自主研發(fā)，目前已經(jīng)研制出全套技術(shù)及裝備，并于2021年2月3日取得了平安標志證書。1-充裝閥；2-發(fā)熱管；3-主管；4-密封墊；5-剪切片；6-泄能頭圖1 二氧化碳致裂器結(jié)構(gòu)示意圖二氧化碳致裂器由主管、充氣頭起爆頭、泄能頭、

2、加熱棒、剪切片、墊片、止飛器等組成。主管充裝閥發(fā)熱管密封墊剪切片泄能頭工作原理二氧化碳在低于31或壓力大于時以液態(tài)存在，而超過31時開始氣化，且隨溫度的變化壓力也不斷變化。利用這一特點，在爆破器主管內(nèi)充裝液態(tài)二氧化碳，使用發(fā)爆器快速激發(fā)加熱裝置，液態(tài)二氧化碳瞬間氣化膨脹并產(chǎn)生高壓，體積膨脹600倍以上，當壓力到達爆破片極限強度可設(shè)定壓力時，定壓剪切片破斷，高壓氣體從放氣頭釋放，作用在煤巖體上，從而到達爆破的目的。致裂器采用可連接式，可實現(xiàn)多點同時定向致裂。工作原理流程圖工藝流程圖使用范圍7、致裂大塊巖煤體1、二氧化碳致裂強制放頂煤在開采厚煤層時由于松散碎煤有限，放煤口前方的煤體破碎不充分，前方

3、的采空區(qū)有垮落的矸石形成一定的支持，使頂板煤層不易垮落，二氧化碳致裂器可以將頂板煤層致裂，使其垮落，目前正在新疆阜康市西溝煤焦有限責任公司西溝二號井煤礦試驗階段。鉆孔布置鉆孔底部位于煤層距采空區(qū)煤壁23m左右位置采用大直徑氣動鉆機(或錨桿機)施工鉆孔，鉆孔的直徑為60mm，即鉆頭為60mm；鉆桿直徑為50mm，致裂筒直徑45mm，相鄰致裂筒間連接管直徑56mm，距頂板3-4m高度范圍內(nèi)不爆破筒，使用普通空2根，每根，防止綜放液壓支架上方煤體跨落，形成空頂。每組鉆孔可按從運輸順槽向開切眼內(nèi)順序依次爆破；工作面預(yù)裂鉆孔布置見圖封孔及致裂連線方式由于致裂筒需要回收，設(shè)計采用橡膠密封塞封孔，孔可考慮采

4、用高壓封孔器封孔，封孔器內(nèi)注水。封孔長度根據(jù)試驗結(jié)果確定而定。連線方式：每個致裂筒連出兩個導(dǎo)線，再通過連接導(dǎo)線連接到礦用起爆器上。通過起爆器放電，起爆致裂筒。起爆方式及順序 每次致裂原那么上不多于3個鉆孔，相鄰3個鉆孔同時起爆致裂。優(yōu)點：相比炸藥爆破威力較小。但由于其平安性好，可在工作面支架上部直接采取局部致裂措施，煤體自由面較大，不需要太大的威力，以免煤體過度破碎，或煤體受力過大拋入采空區(qū)。這個缺點甚至變成了優(yōu)點。2、二氧化碳致裂增透由于我國瓦斯礦井中有相當多的煤層是低透氣、難抽煤層,瓦斯抽放率、瓦斯抽放量和抽放濃度很低。因此,如何改變煤層的透氣性和提高煤層瓦斯抽放率是瓦斯綜合治理研究亟待解

5、決的難題之一。二氧化碳致裂器可以實現(xiàn)深孔多點定向致裂，對于增加煤層透氣性效果顯著。目前該項技術(shù)在淮南礦區(qū)丁集礦使用，取得了很好的效果。 致裂增透效果考察鉆孔剖面示意圖順層鉆孔二氧化碳致裂增透 鉆孔布置圖設(shè)置爆破孔和控制孔，孔徑75mm，爆破孔深50m，裝藥深度20m；其中在依次施工爆破孔6個，控制孔7個。開孔位置巷道底板以上，鉆孔與巷道垂直，傾角1，孔間距，鉆孔布置見圖，目前已經(jīng)在山西石泉煤業(yè)應(yīng)用。工作面快速掘進掘進頭打排抽放孔，瓦斯釋放速度較慢，用二氧化碳致裂提高排放速度。鉆孔布置要有利于形成卸壓帶和松動圈，在減少鉆孔數(shù)量盡可能少的情況下獲得最正確的卸壓效果，試驗中對鉆孔的布置方式和參數(shù)進行

6、考察，對幾種布置方式和參數(shù)的爆破效果進行比較，鉆孔布置方式見圖，經(jīng)屢次試驗，確定致裂孔和控制孔數(shù)量。3、二氧化碳致裂防沖擊地壓沖擊地壓是一種特殊的礦山壓力顯現(xiàn)現(xiàn)象，也是煤礦井下復(fù)雜動力現(xiàn)象之一，它嚴重威脅井下平安生產(chǎn)，是煤礦井下開采過程中嚴重的災(zāi)害之一。目前煤礦普遍采取泄壓爆破的方法防治沖擊地壓，然而由于炸藥在煤礦中的使用有諸多不便因素，并且存在一定的危險性，尤其在瓦斯或突出礦井，危險性更大。采用二氧化碳致裂的方法防治沖擊地壓，是一種新的思路和方法，目前已經(jīng)在陜西彬煤集團胡家和煤礦實驗應(yīng)用，取得了很好的效果。二氧化碳致裂防沖擊地壓工藝目前主要實驗并應(yīng)用了掘進工作面沖擊地壓防治，在掘進工作面迎頭

7、向前打一個15米的致裂孔，左右兩邊間距米各打一個控制孔，致裂孔距離孔口3米處止飛，孔內(nèi)三根致裂器串聯(lián)同時起爆。胡家和煤礦致裂鉆孔布置圖4、二氧化碳致裂處理大塊巖石二氧化碳致裂處理大塊巖石是煤科集團沈陽研究院和阜新礦務(wù)局經(jīng)過共同研究，目前正在試驗階段的一種應(yīng)用，主要是為了解決在采煤過程中大塊巖石落在刮板輸送機上，影響輸送機正常使用的問題。常規(guī)作業(yè)中，遇到刮板輸送機的大塊巖石影響正常生產(chǎn)時，通常是采取在巖石上打眼放炮的方式破碎巖石，這種工藝需要消耗打眼和放炮兩個工序的時間，而且炸藥爆破本身就存在一定的平安隱患。而采取二氧化碳致裂的方式，不僅可以不用打眼，可以直接致裂，而且二氧化碳致裂器爆破過程中快

8、速釋放的二氧化碳氣體具有降溫作用，二氧化碳又是惰性氣體，完全可以防止因放炮產(chǎn)生明火而引起瓦斯事故瓦斯爆炸或瓦斯燃燒。崩大塊實驗視頻5、上下隅角強制放頂 受保護煤柱及錨桿、錨索的影響，上下隅角的頂板往往不易及時跨落，容易造成漏風(fēng)，對自燃發(fā)火煤層管理極為不利，同時會造成上隅角瓦斯超限，不利于瓦斯管理。以往采取曾進行過炸藥爆破強制放頂，因發(fā)生多起事故，規(guī)程規(guī)定禁止在采動區(qū)進行爆破作業(yè)，二氧化碳致裂工作時不產(chǎn)生任何明火或火花，可以替代炸藥進行強制放頂工作。方案3月在阜新進行試驗。產(chǎn)品優(yōu)點配套裝備二氧化碳致裂器配套設(shè)備主要包括以下配套設(shè)備及材料 1二氧化碳致裂器每根致裂器包括致裂筒、灌裝閥、泄能器、發(fā)熱裝置、剪切片、密封墊等2、二氧化碳灌裝設(shè)備一套 灌裝裝備包括：加壓泵、空壓機、儲液灌、加壓操作臺、專用組合工