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1、汇 报 提 纲产品简介工作原理使用范围产品优点一二二三四五七配套装备七第1页/共29页产品简介二氧化碳致裂器（以下简称致裂器）是利用液态二氧化碳受热气化膨胀，快速释放高压气体破断岩石或落煤，克服了以往用炸药爆破开采、预裂中破坏性大及危险性高矿体粉碎等缺点，为矿山安全开采和预裂提供可靠保证，广泛适用与煤矿和非煤矿山。煤科集团沈阳研究院有限公司经过近两年的自主研发，目前已经研制出全套技术及装备，并于2015年2月3日取得了安全标志证书。第2页/共29页第3页/共29页1-充装阀；2-发热管；3-主管；4-密封垫；5-剪切片；6-泄能头图1二氧化碳致裂器结构示意图二氧化碳致裂器由主管、充气头（起爆头
2、）、泄能头、加热棒、剪切片、垫片、止飞器等组成。第4页/共29页主管充装阀发热管密封垫剪切片泄能头第5页/共29页工作原理二氧化碳在低于31或压力大于7.35MPa时以液态存在，而超过31时开始气化，且随温度的变化压力也不断变化。利用这一特点，在爆破器主管内充装液态二氧化碳，使用发爆器快速激发加热装置，液态二氧化碳瞬间气化膨胀并产生高压，体积膨胀600倍以上，当压力达到爆破片极限强度（可设定压力）时，定压剪切片破断，高压气体从放气头释放，作用在煤（岩）体上，从而达到爆破的目的。致裂器采用可连接式，可实现多点同时定向致裂。第6页/共29页工作原理流程图第7页/共29页工艺流程图第8页/共29页使
3、用范围7、致裂大块岩（煤）体第9页/共29页1、二氧化碳致裂强制放顶煤在开采厚煤层时由于松散碎煤有限，放煤口前方的煤体破碎不充分，后方的采空区有垮落的矸石形成一定的支持，使顶板煤层不易垮落，二氧化碳致裂器可以将顶板煤层致裂，使其垮落，目前正在新疆阜康市西沟煤焦有限责任公司西沟二号井煤矿试验阶段。第10页/共29页钻孔布置钻孔底部位于煤层距采空区煤壁23m左右位置采用大直径气动钻机(或锚杆机)施工钻孔，钻孔的直径为60mm，即钻头为60mm；钻杆直径为50mm，致裂筒直径45mm，相邻致裂筒间连接管直径56mm，距顶板3-4m高度范围内不爆破筒，使用普通空2根，每根1.5m，避免综放液压支架上方
4、煤体跨落，形成空顶。每组钻孔可按从运输顺槽向开切眼内顺序依次爆破；工作面预裂钻孔布置见图第11页/共29页封孔及致裂连线方式由于致裂筒需要回收，设计采用橡胶密封塞封孔，孔可考虑采用高压封孔器封孔，封孔器内注水。封孔长度根据试验结果确定而定。连线方式：每个致裂筒连出两个导线，再通过连接导线连接到矿用起爆器上。通过起爆器放电，起爆致裂筒。起爆方式及顺序每次致裂原则上不多于3个钻孔，相邻3个钻孔同时起爆致裂。优点：相比炸药爆破威力较小。但由于其安全性好，可在工作面支架上部直接采取局部致裂措施，煤体自由面较大，不需要太大的威力，以免煤体过度破碎，或煤体受力过大抛入采空区。这个缺点甚至变成了优点。第12
5、页/共29页2、二氧化碳致裂增透由于我国瓦斯矿井中有相当多的煤层是低透气、难抽煤层,瓦斯抽放率、瓦斯抽放量和抽放浓度很低。因此,如何改变煤层的透气性和提高煤层瓦斯抽放率是瓦斯综合治理研究亟待解决的难题之一。二氧化碳致裂器可以实现深孔多点定向致裂，对于增加煤层透气性效果显著。目前该项技术在淮南矿区丁集矿使用，取得了很好的效果。致裂增透效果考察钻孔剖面示意图第13页/共29页顺层钻孔二氧化碳致裂增透 钻孔布置图设置爆破孔和控制孔，孔径75mm，爆破孔深50m，装药深度20m；其中在依次施工爆破孔6个，控制孔7个。开孔位置巷道底板以上1.2m，钻孔与巷道垂直，倾角1，孔间距3.5m，钻孔布置见图，目
6、前已经在山西石泉煤业应用。第14页/共29页工作面快速掘进掘进头打排（抽）放孔，瓦斯释放速度较慢，用二氧化碳致裂提高排放速度。钻孔布置要有利于形成卸压带和松动圈，在减少钻孔数量尽可能少的情况下获得最佳的卸压效果，试验中对钻孔的布置方式和参数进行考察，对几种布置方式和参数的爆破效果进行比较，钻孔布置方式见图，经多次试验，确定致裂孔和控制孔数量。第15页/共29页第16页/共29页3、二氧化碳致裂防冲击地压冲击地压是一种特殊的矿山压力显现现象，也是煤矿井下复杂动力现象之一，它严重威胁井下安全生产，是煤矿井下开采过程中严重的灾害之一。目前煤矿普遍采取泄压爆破的方法防治冲击地压，然而由于炸药在煤矿中的
7、使用有诸多不便因素，并且存在一定的危险性，尤其在瓦斯或突出矿井，危险性更大。采用二氧化碳致裂的方法防治冲击地压，是一种新的思路和办法，目前已经在陕西彬煤集团胡家和煤矿实验应用，取得了很好的效果。第17页/共29页二氧化碳致裂防冲击地压工艺目前主要实验并应用了掘进工作面冲击地压防治，在掘进工作面迎头向前打一个15米的致裂孔，左右两边间距1.5米各打一个控制孔，致裂孔距离孔口3米处止飞，孔内三根致裂器串联同时起爆。胡家和煤矿致裂钻孔布置图胡家和煤矿致裂钻孔布置图第18页/共29页第19页/共29页4、二氧化碳致裂处理大块岩石二氧化碳致裂处理大块岩石是煤科集团沈阳研究院有限公司和阜新矿务局经过共同研
8、究，目前正在试验阶段的一种应用，主要是为了解决在采煤过程中大块岩石落在刮板输送机上，影响输送机正常使用的问题。常规作业中，遇到刮板输送机的大块岩石影响正常生产时，通常是采取在岩石上打眼放炮的方式破碎岩石，这种工艺需要耗费打眼和放炮两个工序的时间，而且炸药爆破本身就存在一定的安全隐患。而采取二氧化碳致裂的方式，不仅可以不用打眼，可以直接致裂，而且二氧化碳致裂器爆破过程中快速释放的二氧化碳气体具有降温作用，二氧化碳又是惰性气体，完全可以避免因放炮产生明火而引起瓦斯事故（瓦斯爆炸或瓦斯燃烧）。第20页/共29页崩大块实验视频第21页/共29页5、上下隅角强制放顶 受保护煤柱及锚杆、锚索的影响，上下隅
9、角的顶板往往不易及时跨落，容易造成漏风，对自燃发火煤层管理极为不利，同时会造成上隅角瓦斯超限，不利于瓦斯管理。以往采取曾进行过炸药爆破强制放顶，因发生多起事故，规程规定禁止在采动区进行爆破作业，二氧化碳致裂工作时不产生任何明火或火花，可以替代炸药进行强制放顶工作。计划3月在阜新进行试验。第22页/共29页产品优点第23页/共29页配套装备二氧化碳致裂器配套设备主要包括以下配套设备及材料 1 1二氧化碳致裂器每根致裂器包括致裂筒、灌装阀、泄能器、发热装置、剪切片、密封垫等2 2、二氧化碳灌装设备一套灌装装备包括：加压泵、空压机、储液灌、加压操作台、专用组合工具等3 3、其他附属装置，包括止飞器、封孔器、导线、运输箱、液态二氧化碳、发爆器等其中消耗材料主要有发热装置、剪切片及液态二氧化碳，其他设备均可重复使用。第24页/共29页主管充装阀发热管密封垫剪切片泄能头第25页/共29页空气压缩机储液灌 灌装装置仪表盘第26页/共29页止飞器发爆器连接器封孔器第27页/共29页感谢各位专家、领导感谢各位专家、领导感谢各位专家、领导感谢各位专家、领导第28页/共29页