二氧化碳爆破堅硬煤層巖石的方法技術領域二氧化碳爆破設備屬于煤礦開采技術領域，具體涉及一種基于二氧化碳爆破的弱化堅硬煤層放頂煤的方法。背景技術在堅硬煤層放頂煤開采中，遇到的突出技術難題就是頂煤不能自行充分破碎、頂 煤冒落塊度大，不能從支架放煤口放出，從而造成煤炭資源回收率低，采空區遺煤多留下自燃發火的隱患，威脅礦井安全，解決這一難題的現有方法是煤層高壓注水或爆破。

其中，煤層高壓注水在支承壓力作用下總是有裂隙產生，高壓水易沿煤層原有裂 隙(包括原生裂隙和支承壓力作用產生的裂隙)泄出，但是水力壓裂作用方向性明顯，不易 將頂煤破壞為塊度適中的散體，同時煤層注水影響煤質。

順槽內爆破是在工作面運輸順巷槽和回風巷槽向頂煤鉆孔爆破，由于此法為深孔爆破，容易造成炮孔封堵過實，工作面兩端會出現爆破盲區， 會影響頂煤的采出，采用該方 法工程量較大，且爆破工序與運輸順槽的皮帶運輸系統相互沖突；工藝巷爆破弱化充分利 用了爆破弱化后支承壓力可再壓裂的破碎過程，達到了降低塊度，提高了頂煤采出率的目 的，但增加了巷道的掘進量，使得工作面投資較大。目前，頂煤采出率低是堅硬煤層放頂煤 開采中亟待解決的技術難題。

發明內容

針對現有技術存在的問題，二氧化碳爆破設備提供一種基于二氧化碳爆破的弱化堅硬煤層放頂煤的方法，目的是通過采用在工作面液壓支架頂梁之間靠近煤壁的頂板處向上方頂煤打 眼進行二氧化碳爆破，對堅硬煤層巖石，節省投資、提高安全性。實現二氧化碳爆破設備目的的技術方案，按照以下步驟進行：

（1）在進行煤層回采過程中，在液壓支架頂梁之間靠近煤壁的頂板處，每間隔5～8 個液壓支架設置穿透頂煤煤體到達煤層頂板的鉆孔，鉆孔與煤層頂板呈一定傾角，鉆孔的 長度為L；

（2）將二氧化碳致裂器置于鉆孔內，插至孔底，采用囊袋式或橡膠封孔器封孔，封 孔長度為(0.1～0.2)L,并設置止飛器，連接導線，使用發爆器啟動加熱器，按照鉆孔次序依 次進行將二氧化碳爆破，醉終使堅硬頂煤產生裂隙，強度弱化。 其中，的鉆孔直徑為60mm～80mm，相鄰兩個鉆孔之間的距離為8m~10m。 的鉆孔與煤層頂板呈一定傾角α為30°~60°。 的隨著工作面的回采每間隔一定距離在頂煤實施二氧化碳爆破，即爆破循環 步距≤L×cosα。 的使用發爆器啟動加熱器，使加熱二氧化碳致裂器內部的液態二氧化碳成為 氣體，二氧化碳致裂器中壓力持續增大壓迫200MPa定壓剪切片，使其中的定壓剪切片破斷， 釋放高壓氣體，致裂煤體。

與現有技術相比，二氧化碳爆破設備的特點和有益效果是：

二氧化碳爆破對堅硬煤層巖石，具體在工作面液壓支架頂梁之間 靠近煤壁的頂板處向上打眼進行二氧化碳爆破。二氧化碳爆破設備方法能夠節省投資，不必另開工藝 巷和增大順槽斷面等，而且二氧化碳致裂器爆破過程中快速釋放的二氧化碳氣體可以避免 因放炮產生明火而引起瓦斯事故，安全性較高，能有效避免在高瓦斯礦井，頂煤爆破容易引 起瓦斯爆詐，爆破后的頂煤裂隙發育，效果直接有效二氧化碳爆破堅硬煤層巖石，頂煤放出率比頂板致裂之前提 高了20%～30%，致裂效果明顯，取得了顯著的經濟效益。經現場觀測及統計可知，二氧化碳 爆破后煤體呈相對均勻、粒度相對較小的塊狀結構，放煤過程中煤塊呈散體流動狀態，放煤 順利，未見煤塊或矸石封堵放煤口。

二氧化碳爆破設備實施例以新疆某煤礦為例進行說明。

實施例

本實施例的基于二氧化碳爆破堅硬煤層巖石的方法，煤層厚度為12m，采 用綜合機械化放頂煤方法進行開采，采高3m，放煤高度7m。

（1）在進行煤層回采過程中，液壓支架頂梁之間靠近煤壁的頂板處，每間隔5個液壓支架設置穿透頂煤煤體到達煤層頂板的鉆孔，鉆孔與煤層頂板呈一定傾角α 45o， 鉆孔的長度L為10m；

（2）將二氧化碳致裂器置于鉆孔內，插至孔底，采用囊袋式或橡膠封孔器封孔，封 孔長度為1.5m，并設置止飛器連接導線，使用發爆器啟動加熱器，按照鉆孔次序依次進行將 二氧化碳爆破，醉終使堅硬頂煤產生裂隙，所爆破裂隙區，強度被弱化。 

其中，的鉆孔5直徑為65mm，相鄰兩個鉆孔之間的距離為10m。

的鉆孔5與煤層頂板6呈一定傾角α為45°。

的隨著工作面的回采每間隔一定距離在頂煤實施二氧化碳爆破，即爆破循環 步距為7m。

的使用發爆器啟動加熱器，使加熱二氧化碳致裂器內部的液態二氧化碳成為 氣體，二氧化碳致裂器中壓力持續增大壓迫200MPa定壓剪切片，使其中的定壓剪切片破斷， 釋放高壓氣體，致裂煤體。

爆破后頂煤裂隙發育，煤體呈相對均勻、粒度相對較小的塊狀結構，放煤過程中煤 塊呈散體流動狀態，放煤順利，未見煤塊或矸石封堵放煤口大大方便了后續開采。

二氧化碳爆破設備新型公開一種帶推進器的致裂器用充能裝置，屬氣體致裂器領域，包括充液套、推進器，充液套與致裂器的充能端密封連接，形成充液腔，充液套開有通孔，推進器可上下活動地設于通孔內，推進器的中部設有封堵件；充液套上設有進液口；推進器的封堵件為密封錐面、密封階梯面或密封弧面，封堵件上設有密封圈；推進器下端設有推進頭。能快速充能，密封充液完成后通過推進器將活化器或其他推進部件推進到位，使致裂器密封或使充液腔通向致裂器內腔的充液通道封堵，簡化安裝操作，且致裂器結構簡化，成本降低。

1 .一種帶推進器的致裂器用充能裝置，其特征在于，包括充液套、推進器，充液套與致裂器的充能端密封連接，形成充液腔，充液套開有通孔，推進器可上下活動地設于通孔內，推進器的中部設有封堵件；充液套上設有進液口。

2 .推進器的封堵件為密封錐面、密封階梯面或密封弧面，封堵件上設有密封圈；推進器下端設有推進頭，推進器上端設有手柄。

3 .推進頭與致裂器上被推進部件上的推進接口形狀相適應。

4 .推進頭為多邊形棱柱，推進接口為多邊形沉孔。

5 .進液口處設有換向閥，在換向后進液口成為排液口。

6 .充液套上另一位置開排液口，在進液口設有可拆卸的進氣嘴，在排帶推進器的致裂器用充能裝置。