王志根

（山西朔州山陰金海洋南陽坡煤業(yè)有限公司，山西 朔州 036900）

提前預(yù)裂頂板，主動(dòng)控制頂板的初次來壓，以此降低來壓強(qiáng)度，抑制古塘氣體異常涌出。而頂板致裂放頂技術(shù)安全、環(huán)保，為達(dá)到安全生產(chǎn)、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的，南陽坡溝礦于2018年10月～11月，采用新型致裂技術(shù)，在4111綜放工作面切眼及兩順槽超前支護(hù)段內(nèi)對老頂進(jìn)行了強(qiáng)制放頂，取得了較好效果，達(dá)到了預(yù)期目的。

1 CO2致裂原理

1.1 二氧化碳致裂技術(shù)原理及特點(diǎn)

CO2“致裂爆破”是一種氣相壓裂技術(shù)，是近幾年興起的一項(xiàng)“爆破”新技術(shù)，初始主要用于高瓦斯低滲透礦層的增透。其原理是利用高能氣體瞬間作用對礦體產(chǎn)生剪切破壞，而對礦體產(chǎn)生沿鉆孔軸線的劈裂破壞，從而切斷礦體。

1.2 作用原理

利用二氧化碳致裂器工作時(shí)釋放的高壓二氧化碳?xì)怏w，瞬時(shí)作用于孔壁，致使被作用介質(zhì)開裂或破碎。

（1）在溫度31℃以下、7.2MPa壓力時(shí)CO2以液態(tài)存在。

（2）當(dāng)溫度超過31℃時(shí)，無論壓力多大，液態(tài)CO2將在20ms內(nèi)氣化。體積膨脹系數(shù)可達(dá)600倍，壓力可達(dá)到80MPa～270MPa。

利用這一特點(diǎn)，通過發(fā)熱裝置，使致裂器儲液管中液態(tài)二氧化碳瞬間氣化產(chǎn)生高壓，當(dāng)壓力達(dá)到泄能器設(shè)定壓力時(shí)，高壓氣體向外噴出，瞬間產(chǎn)生強(qiáng)大推力，二氧化碳?xì)怏w沿自然或被引發(fā)的裂面松開物料，并將其推離主體，從而達(dá)到致裂及增透的目的。

2 實(shí)施方案

2.1 4111工作面概況

南陽坡礦4111綜放工作面長275m，推進(jìn)長度1417m，礦層厚度平均為9.11m，設(shè)計(jì)采出量462.98萬噸。

4111面老頂由中粒砂巖、粉砂巖組成，厚10m，普氏系數(shù)為5～6，屬堅(jiān)硬頂板。

2.2 礦山開采區(qū)頂板致裂方案

4111開采工作面致裂強(qiáng)制放頂實(shí)施方案設(shè)計(jì)為。

（1）孔徑：φ65mm，孔距開切眼內(nèi)每10米一個(gè)孔。

（2）數(shù)量：開切眼29個(gè)孔，進(jìn)回風(fēng)順槽各兩個(gè)孔，合計(jì)33個(gè)孔。

（3）致裂器串接方案

孔內(nèi)致裂器串接方案如下：設(shè)計(jì)每孔布置直徑51mmCO2致裂器9根，對老頂進(jìn)行致裂，每根致裂器長1.6m。

2.3 致裂效果監(jiān)測內(nèi)容和方法

（1）液壓支架阻力監(jiān)測。采用頂板（壓力）動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在臨近巷道的工作面端頭液壓支架，對頂板（壓力）動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測工作面液壓支架工作阻力，重點(diǎn)觀測工作面機(jī)頭位置液壓支架工作阻力情況，以比較致裂前后工作面周期來壓步距和來壓強(qiáng)度的不同。

（2）開采區(qū)域方頂板垮落情況監(jiān)測。根據(jù)工作面回采情況，及時(shí)監(jiān)測切頂巷道工作面后方頂板垮落情況，檢驗(yàn)頂板致裂卸壓效果。

3 致裂效果

4111綜采區(qū)致裂切頂工作于10月15日～20日順利實(shí)施完成，效果明顯。

3.1 頂板冒落情況

4111面實(shí)施致裂回采后，推進(jìn)4m時(shí)（16日），70架～120架頂板垮落，推進(jìn)8m時(shí)（17日），溜頭頂板垮落，推進(jìn)到12m時(shí)（18日），工作面老塘頂板除溜尾8架外全部垮落，到22日早班時(shí)，工作面頂板全部垮落。

3.2 放礦情況

在采用了致裂技術(shù)措施后，建議工作面開始推進(jìn)10m后可進(jìn)行放礦。10m～20m之間可放礦平均1m厚；20m～30m之間放礦平均2m厚；30m～50m之間放礦平均3m厚，回采10m～50m之間預(yù)計(jì)可多放礦32175t。

4 存在問題及建議

（1）雖然致裂炮眼在工作面安裝前提前完成，但由于4111面實(shí)施致裂放頂?shù)臎Q定滯后，由于工作面放頂孔按照使用炸藥雷管爆破設(shè)計(jì)，相較于氣體致裂器的布孔少得多，且沿走向方向布孔的距離比較短，致裂器威力較小，故效果比使用氣體致裂布孔最優(yōu)化設(shè)計(jì)布孔的效果要差，預(yù)計(jì)最少在走向45m左右，才能發(fā)生頂板斷裂。

（2）縱觀4111面致裂放頂實(shí)施過程，雖然沒能完全按照設(shè)計(jì)要求實(shí)施，導(dǎo)致致裂威力下降，但與不進(jìn)行放頂比較，效果是明顯的。因此在此后的致裂施工中，根據(jù)這次實(shí)施致裂經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)修正設(shè)計(jì)方案并完全實(shí)施，致裂效果完全能達(dá)預(yù)期目標(biāo)。

5 結(jié)語

本文研究的頂板致裂放頂效果明顯，且是安全的。對于裂隙不發(fā)育的礦山開采區(qū)域，強(qiáng)制放頂具有明顯的促進(jìn)頂?shù)V冒放作用。