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【摘 要】二氧化碳致裂器技术在20世纪50年代起开始被重视与开发，是用来专门为采石裂岩、矿山开采、岩体预裂及高瓦斯矿井的采煤工作面研发的。二氧化碳致裂器具有安全性高、操作简单快捷且可重复使用等优点，这些优点很快就使其在矿山、采石场、水泥及钢铁行业中被大量应用。随着煤矿机械化程度和开采强度的不断加大，二氧化碳致裂器在煤矿综采工作面上的应用也更加广泛。文章主要阐述在煤矿产业中综采工作面二氧化碳致裂器的研究与应用。
【关键词】综采工作面；二氧化碳致裂器；研究应用
【中图分类号】TD712 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）10-0101-03
0 前言
二氧化碳致裂器主要是利用液态二氧化碳受热气化膨胀，然后快速释放高压气体破断岩石或者落煤，摆脱了利用炸药爆破开采、预裂中破坏性大及危险性高等传统方法的缺点，是一种广泛适用于安全开采煤矿的方法。随着二氧化碳致裂器的不断发展与进步，目前其已经被广泛应用于欧美国家的采矿业、隧道工程及水下爆破等大型工程。我国现如今引进的技术相对滞后，在应用范围内仍没有欧美国家普及广泛。但是随着我国煤矿产业的不断发展，二氧化碳致裂器在我国煤矿行业中发挥的作用越来越重要，我国在煤矿产业的开采中也不断更新传统的开采方法，加强对二氧化碳致裂器的使用，有效地对各类岩石及煤炭进行爆破，将极大地提高工作安全性及工作效率。除了二氧化碳致裂器可以为煤矿产业带来效益之外，高效率、高强度的综采工作面也同样可以为我国的煤矿产业带来良好的经济效益。因此，我们不仅要提高二氧化碳致裂器的使用效率，综采工作面也要依靠配套设备能力和提高设备的可靠性来提高自身的工作效率。综采工作面与二氧化碳致裂器有机结合在一起，使我国采煤工业不断向前发展，获取更高的安全性与经济效益。
在煤矿的生产过程中，目前综采技术已经得到普遍的采用，这种综合性的机械化开采方式能够有效地提高开采效率。在综采工作面作业中，要注意设备的稳定性，就要选择合适的液压支架，但不是每一次的采煤工作对综采液压支架选择都是一样的，这就需要根据煤层的顶板岩性及稳定性来决定，故采用先进的支护技术来确保综采工作面的稳定是必不可少的工作。
在实际工作中，综采工作面的液压支架规格是根据要开采煤层的最大和最小厚度来决定的，除了确定好支架规格外，支架的类型及支架工作阻力也要根据不同的情况来确定。综采工作面在煤矿开采工作中是非常重要的，这涉及煤矿产业的安全发展。选择好综采工作面支护及工作面两巷的超前支护，同时加强特殊工作面顶板的管理措施，结合二氧化碳致裂器的使用，将会为我国煤矿产业的开采提供安全、高效的技术。
以众维煤业12081综采工作面为例，根据煤矿安全生产标准化基本要求及评分办法（试行）规定：工作面局部悬顶和冒落不充分的，悬顶面积小于10 m2时应采取措施，悬顶面积大于10 m2时应进行强制放顶。考虑到新疆地区煤矿使用炸药受限，采取二氧化碳致裂器进行强制放顶，解决端头悬顶面积超过规定的问题具有非常实际的意义。
1 二氧化碳致裂器的主要结构
二氧化碳致裂器的基本结构主要包含灌装阀、致裂筒、泄能器、发热装置、储液管、密封垫、定压剪切片及释放管等。
1.1 灌装阀
二氧化碳致裂器的灌装阀是二氧化碳进入储液管的开始，要将二氧化碳输送到一定数量时采用密闭式封闭，其灌装设备包括加压泵空压机、储液罐等。
1.2 發热装置
发热装置是为整个二氧化碳致裂器中的液体二氧化碳提高热量，使其从液体气化到气体。
1.3 储液管
用于储存二氧化碳，是耐高温与耐高压的材料合成。
1.4 定压剪切片
若储液管中的气体压力高于材料剪切的压力，定压剪切片就会迅速破裂，可很好地控制储液管中的气体压力。二氧化碳释放压力的大小可通过定压剪切片的规格来控制。
1.5 释放管
在定压剪切片破裂时，由高压气体瞬间喷出的元件称为释放管。
2 二氧化碳致裂器的工作原理
二氧化碳致裂器的工作原理为二氧化碳在低于31 ℃或者在压力大于7.35 MPa时将以液态的形式存在，当气温高于31 ℃时，二氧化碳将从液态转变为气态，且随着温度的变化压力也在不断地变化，利用二氧化碳的这种特点，在爆破器主管内充装液态的二氧化碳，利用发爆器快速激发加热装置，使液态的二氧化碳瞬间气化膨胀并且产生高压，体积膨胀在600倍以上，当压力达到爆破极限强度（可设定压力）时，定压剪切片破断，高压气体从放气头释放出来达到爆破的目的，且二氧化碳致裂器采用了具有连续性的连接方式，可以实现多个定点爆破。
3 二氧化碳致裂器的主要特点
3.1 安全性较高
二氧化碳致裂器的储液管是采用高强度合金材料制作而成，在经历高温或者高压时不易损坏变形，能够很好地进行二氧化碳气化与排放。致裂器在工作的同时也不会产生任何明火或者火花，致裂后的二氧化碳致裂器表面的温度及产生的二氧化碳气体温度较低，并且产生大量的二氧化碳气体使整个气体环境充满了不易燃气体，基本上杜绝了瓦斯爆炸的可能性。二氧化碳致裂器致裂的威力较大，抛煤量很多，抛出的距离短，极大地减少了工人们的劳动强度，并且很好地杜绝了放炮伤人事故的发生；且二氧化碳本身是无毒气体，并不会危害工人的身体健康。
3.2 致裂器爆破量可人为控制
二氧化碳致裂器的致裂能力是可以控制的，可以通过选择不同的剪切片、二氧化碳充装量及发热装置等调控致裂器的工作压力，解决了煤尘爆炸的隐患。
3.3 主要部件可以重复利用
二氧化碳致裂器在进行工作后，一次的投入之后还可以反复利用，其中储液管可以重复利用几百甚至上千次。 3.4 二氧化碳致裂器操作方便简单
二氧化碳致裂器是利用先进科学技术改进的一种高压气体爆破技术，摆脱了传统爆破技术的繁杂性，是一种简单易操作的物理爆破设备。
4 二氧化碳致裂器在煤矿开采及顶板管理中的应用
传统的煤矿开采要面对我国煤系地层普遍低渗透性、煤层瓦斯难以抽取等问题，存在效率低、安全性差及操作复杂等情况，因此我国应引进先进的二氧化碳致裂器来进行煤炭资源的开采。
在综采工作面顶板管理方面，以众维煤业12081综采工作面为例，根据煤矿安全生产标准化基本要求及评分办法（试行）规定：工作面局部悬顶和冒落不充分的，悬顶面积小于10 m2时应采取措施，悬顶面积大于10 m2时应进行强制放顶。考虑到新疆地区煤矿使用炸药受限，采取二氧化碳致裂器进行强制放顶作业。由于12081综采工作面上顺槽采用锚网和锚索梁联合支护，工作面上口断面较大；煤层顶板岩层为粗砂岩，含少量细砾，主要成分为石英、岩屑等；裂隙不发育，完整性较好。在回采过程中，为了确保煤层顶板及时垮落，需在端头隅角出现悬顶超过规定时进行强制放顶。根据12081综采工作面顶板岩性、煤层倾角、工作面几何参数、打眼设备性能及工作面上端头的实际情况，确定在工作面上端头切顶线外布置强制放顶钻孔，第一排钻孔距密集柱0.6 m，此后每隔2.5 m布置一排钻孔，每排钻孔需布置5个，其中包括3个起爆孔和2个辅助孔，起爆孔和辅助孔的孔深均为1.7 m，角度均为+35°，眼孔间距为0.3 m。操作程序如下：检查、处理隐患→按照设计采用岩石钻机打眼→加储液管→起爆→抽管→检查、处理隐患。在实施致裂作业前，应对所使用的致裂器材进行外观检查；对主管进行电阻值测定；对使用的仪表、电线、电源进行必要的性能检验。致裂器材外观检查项目应包括以下方面：主管管体不应压扁、破损、锈蚀，致裂线表面要均匀且无划伤、压痕、变形。致裂完成后对致裂管进行回收，回收时必须在顶板支护完好的地点进行，严禁人员进入老塘抽管。爆破前使用8#镀锌钢丝绳拴住爆破管，爆破后使用镀锌钢丝绳拉出爆破管。
在煤炭资源开采方面，二氧化碳致裂器在开采厚煤层时松散碎煤比较有限，放在煤口的破碎不充分，后方的采空区有垮落的碎石会形成一定的支持，使顶板煤层不易垮落，然而二氧化碳致裂器可以使顶板煤层爆裂，使其脱落下来。
5 结语
总而言之，在综采工作面采用先进的二氧化碳致裂器来解决端头悬顶面积超过规定问题具有非常重要的意义。传统的爆破方式在工作过程中不仅耗费大量的人力和物力，劳动强度大，且在作业过程中存在极大的安全隐患，瓦斯爆炸随时可能发生，然而先进的二氧化碳致裂技术的应用使这些问题得到了很好的解决，增强了工作中的安全性，杜绝了瓦斯爆炸的可能性，且操作起来方便简单，不会危害工人身体健康，同时二氧化碳致裂器的一次投入可以不断反复使用，为煤矿安全生产带来了良好的效益，使我国的煤矿开采事业在全世界的煤矿事业中迈进了一大步。
参 考 文 献
[1]黄园月，唐春晓，尹岚岚，等.二氧化碳致裂器快速充装系统的研制[J].煤矿机械，2015，36（7）：114-115.
[2]黄园月，尹岚岚，倪昊，等.二氧化碳致裂器研制与应用[J].煤炭技术，2015，34（8）：123-124.
[3]霍中刚.二氧化碳致裂器深孔预裂爆破煤层增透新技术[J].煤炭科学技术，2015，43（2）：80-83.
[4]詹德帅，黄亮高，邱天德，等.高压二氧化碳爆破增透机理及试验研究[J].建井技术，2016，37（6）：31-34.
[5]吴国群，张亮.二氧化碳致裂器可靠性安全性的影响因素分析[J].煤矿机械，2017，38（7）：48-49.
[6]贺超.基于二氧化碳深孔致裂增透技术的低透煤层瓦斯治理[J].煤炭科学技术，2017，45（6）：67-72.
[7]王子雷.CO2致裂器深孔预裂增透数值模拟研究[J].煤矿现代化，2017（6）：83-86.
[8]李首滨，黄曾華，王旭鸣，等.综采工作面装备远程控制技术进展报告[J].科技资讯，2016，14（12）：173-
174.
[责任编辑：陈泽琦]
【关键词】综采工作面；二氧化碳致裂器；研究应用
【中图分类号】TD712 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）10-0101-03
0 前言
二氧化碳致裂器主要是利用液态二氧化碳受热气化膨胀，然后快速释放高压气体破断岩石或者落煤，摆脱了利用炸药爆破开采、预裂中破坏性大及危险性高等传统方法的缺点，是一种广泛适用于安全开采煤矿的方法。随着二氧化碳致裂器的不断发展与进步，目前其已经被广泛应用于欧美国家的采矿业、隧道工程及水下爆破等大型工程。我国现如今引进的技术相对滞后，在应用范围内仍没有欧美国家普及广泛。但是随着我国煤矿产业的不断发展，二氧化碳致裂器在我国煤矿行业中发挥的作用越来越重要，我国在煤矿产业的开采中也不断更新传统的开采方法，加强对二氧化碳致裂器的使用，有效地对各类岩石及煤炭进行爆破，将极大地提高工作安全性及工作效率。除了二氧化碳致裂器可以为煤矿产业带来效益之外，高效率、高强度的综采工作面也同样可以为我国的煤矿产业带来良好的经济效益。因此，我们不仅要提高二氧化碳致裂器的使用效率，综采工作面也要依靠配套设备能力和提高设备的可靠性来提高自身的工作效率。综采工作面与二氧化碳致裂器有机结合在一起，使我国采煤工业不断向前发展，获取更高的安全性与经济效益。
在煤矿的生产过程中，目前综采技术已经得到普遍的采用，这种综合性的机械化开采方式能够有效地提高开采效率。在综采工作面作业中，要注意设备的稳定性，就要选择合适的液压支架，但不是每一次的采煤工作对综采液压支架选择都是一样的，这就需要根据煤层的顶板岩性及稳定性来决定，故采用先进的支护技术来确保综采工作面的稳定是必不可少的工作。
在实际工作中，综采工作面的液压支架规格是根据要开采煤层的最大和最小厚度来决定的，除了确定好支架规格外，支架的类型及支架工作阻力也要根据不同的情况来确定。综采工作面在煤矿开采工作中是非常重要的，这涉及煤矿产业的安全发展。选择好综采工作面支护及工作面两巷的超前支护，同时加强特殊工作面顶板的管理措施，结合二氧化碳致裂器的使用，将会为我国煤矿产业的开采提供安全、高效的技术。
以众维煤业12081综采工作面为例，根据煤矿安全生产标准化基本要求及评分办法（试行）规定：工作面局部悬顶和冒落不充分的，悬顶面积小于10 m2时应采取措施，悬顶面积大于10 m2时应进行强制放顶。考虑到新疆地区煤矿使用炸药受限，采取二氧化碳致裂器进行强制放顶，解决端头悬顶面积超过规定的问题具有非常实际的意义。
1 二氧化碳致裂器的主要结构
二氧化碳致裂器的基本结构主要包含灌装阀、致裂筒、泄能器、发热装置、储液管、密封垫、定压剪切片及释放管等。
1.1 灌装阀
二氧化碳致裂器的灌装阀是二氧化碳进入储液管的开始，要将二氧化碳输送到一定数量时采用密闭式封闭，其灌装设备包括加压泵空压机、储液罐等。
1.2 發热装置
发热装置是为整个二氧化碳致裂器中的液体二氧化碳提高热量，使其从液体气化到气体。
1.3 储液管
用于储存二氧化碳，是耐高温与耐高压的材料合成。
1.4 定压剪切片
若储液管中的气体压力高于材料剪切的压力，定压剪切片就会迅速破裂，可很好地控制储液管中的气体压力。二氧化碳释放压力的大小可通过定压剪切片的规格来控制。
1.5 释放管
在定压剪切片破裂时，由高压气体瞬间喷出的元件称为释放管。
2 二氧化碳致裂器的工作原理
二氧化碳致裂器的工作原理为二氧化碳在低于31 ℃或者在压力大于7.35 MPa时将以液态的形式存在，当气温高于31 ℃时，二氧化碳将从液态转变为气态，且随着温度的变化压力也在不断地变化，利用二氧化碳的这种特点，在爆破器主管内充装液态的二氧化碳，利用发爆器快速激发加热装置，使液态的二氧化碳瞬间气化膨胀并且产生高压，体积膨胀在600倍以上，当压力达到爆破极限强度（可设定压力）时，定压剪切片破断，高压气体从放气头释放出来达到爆破的目的，且二氧化碳致裂器采用了具有连续性的连接方式，可以实现多个定点爆破。
3 二氧化碳致裂器的主要特点
3.1 安全性较高
二氧化碳致裂器的储液管是采用高强度合金材料制作而成，在经历高温或者高压时不易损坏变形，能够很好地进行二氧化碳气化与排放。致裂器在工作的同时也不会产生任何明火或者火花，致裂后的二氧化碳致裂器表面的温度及产生的二氧化碳气体温度较低，并且产生大量的二氧化碳气体使整个气体环境充满了不易燃气体，基本上杜绝了瓦斯爆炸的可能性。二氧化碳致裂器致裂的威力较大，抛煤量很多，抛出的距离短，极大地减少了工人们的劳动强度，并且很好地杜绝了放炮伤人事故的发生；且二氧化碳本身是无毒气体，并不会危害工人的身体健康。
3.2 致裂器爆破量可人为控制
二氧化碳致裂器的致裂能力是可以控制的，可以通过选择不同的剪切片、二氧化碳充装量及发热装置等调控致裂器的工作压力，解决了煤尘爆炸的隐患。
3.3 主要部件可以重复利用
二氧化碳致裂器在进行工作后，一次的投入之后还可以反复利用，其中储液管可以重复利用几百甚至上千次。 3.4 二氧化碳致裂器操作方便简单
二氧化碳致裂器是利用先进科学技术改进的一种高压气体爆破技术，摆脱了传统爆破技术的繁杂性，是一种简单易操作的物理爆破设备。
4 二氧化碳致裂器在煤矿开采及顶板管理中的应用
传统的煤矿开采要面对我国煤系地层普遍低渗透性、煤层瓦斯难以抽取等问题，存在效率低、安全性差及操作复杂等情况，因此我国应引进先进的二氧化碳致裂器来进行煤炭资源的开采。
在综采工作面顶板管理方面，以众维煤业12081综采工作面为例，根据煤矿安全生产标准化基本要求及评分办法（试行）规定：工作面局部悬顶和冒落不充分的，悬顶面积小于10 m2时应采取措施，悬顶面积大于10 m2时应进行强制放顶。考虑到新疆地区煤矿使用炸药受限，采取二氧化碳致裂器进行强制放顶作业。由于12081综采工作面上顺槽采用锚网和锚索梁联合支护，工作面上口断面较大；煤层顶板岩层为粗砂岩，含少量细砾，主要成分为石英、岩屑等；裂隙不发育，完整性较好。在回采过程中，为了确保煤层顶板及时垮落，需在端头隅角出现悬顶超过规定时进行强制放顶。根据12081综采工作面顶板岩性、煤层倾角、工作面几何参数、打眼设备性能及工作面上端头的实际情况，确定在工作面上端头切顶线外布置强制放顶钻孔，第一排钻孔距密集柱0.6 m，此后每隔2.5 m布置一排钻孔，每排钻孔需布置5个，其中包括3个起爆孔和2个辅助孔，起爆孔和辅助孔的孔深均为1.7 m，角度均为+35°，眼孔间距为0.3 m。操作程序如下：检查、处理隐患→按照设计采用岩石钻机打眼→加储液管→起爆→抽管→检查、处理隐患。在实施致裂作业前，应对所使用的致裂器材进行外观检查；对主管进行电阻值测定；对使用的仪表、电线、电源进行必要的性能检验。致裂器材外观检查项目应包括以下方面：主管管体不应压扁、破损、锈蚀，致裂线表面要均匀且无划伤、压痕、变形。致裂完成后对致裂管进行回收，回收时必须在顶板支护完好的地点进行，严禁人员进入老塘抽管。爆破前使用8#镀锌钢丝绳拴住爆破管，爆破后使用镀锌钢丝绳拉出爆破管。
在煤炭资源开采方面，二氧化碳致裂器在开采厚煤层时松散碎煤比较有限，放在煤口的破碎不充分，后方的采空区有垮落的碎石会形成一定的支持，使顶板煤层不易垮落，然而二氧化碳致裂器可以使顶板煤层爆裂，使其脱落下来。
5 结语
总而言之，在综采工作面采用先进的二氧化碳致裂器来解决端头悬顶面积超过规定问题具有非常重要的意义。传统的爆破方式在工作过程中不仅耗费大量的人力和物力，劳动强度大，且在作业过程中存在极大的安全隐患，瓦斯爆炸随时可能发生，然而先进的二氧化碳致裂技术的应用使这些问题得到了很好的解决，增强了工作中的安全性，杜绝了瓦斯爆炸的可能性，且操作起来方便简单，不会危害工人身体健康，同时二氧化碳致裂器的一次投入可以不断反复使用，为煤矿安全生产带来了良好的效益，使我国的煤矿开采事业在全世界的煤矿事业中迈进了一大步。
参 考 文 献
[1]黄园月，唐春晓，尹岚岚，等.二氧化碳致裂器快速充装系统的研制[J].煤矿机械，2015，36（7）：114-115.
[2]黄园月，尹岚岚，倪昊，等.二氧化碳致裂器研制与应用[J].煤炭技术，2015，34（8）：123-124.
[3]霍中刚.二氧化碳致裂器深孔预裂爆破煤层增透新技术[J].煤炭科学技术，2015，43（2）：80-83.
[4]詹德帅，黄亮高，邱天德，等.高压二氧化碳爆破增透机理及试验研究[J].建井技术，2016，37（6）：31-34.
[5]吴国群，张亮.二氧化碳致裂器可靠性安全性的影响因素分析[J].煤矿机械，2017，38（7）：48-49.
[6]贺超.基于二氧化碳深孔致裂增透技术的低透煤层瓦斯治理[J].煤炭科学技术，2017，45（6）：67-72.
[7]王子雷.CO2致裂器深孔预裂增透数值模拟研究[J].煤矿现代化，2017（6）：83-86.
[8]李首滨，黄曾華，王旭鸣，等.综采工作面装备远程控制技术进展报告[J].科技资讯，2016，14（12）：173-
174.
[责任编辑：陈泽琦]