張 健

（貴州省安全生產(chǎn)科學(xué)研究院，貴州 遵義 563000）

0 引言

1 二氧化碳致裂器的主要結(jié)構(gòu)

二氧化碳致裂器主要包含以下幾個(gè)部分：

（1）灌裝閥。致裂器結(jié)構(gòu)中的灌裝閥是在二氧化碳進(jìn)入儲(chǔ)液罐之后打開，當(dāng)二氧化碳輸送達(dá)到一定量時(shí)，為了避免溢出，就會(huì)直接關(guān)閉灌裝閥。

（2）發(fā)熱裝置。主要幫助二氧化碳致裂器中的液體二氧化碳提升熱量，直接將液體汽化成氣體。

（3）儲(chǔ)液罐。主要用于二氧化碳的存儲(chǔ)，由耐高壓與耐高溫的材料共同合成。如果儲(chǔ)液罐內(nèi)的氣體壓力高于材料的剪切壓力，就會(huì)導(dǎo)致定壓剪切片快速破裂，以達(dá)到控制儲(chǔ)液罐之中氣體壓力的作用?？梢酝ㄟ^(guò)選擇定壓剪切片規(guī)格的方式控制儲(chǔ)罐的壓力。

（4）釋放管。當(dāng)定壓剪切片出現(xiàn)破裂時(shí)，使高壓氣體瞬間噴出的元件就被稱為釋放管。

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為：二氧化碳放置在31℃環(huán)境下或者是壓力超過(guò)7.35MPa時(shí)就會(huì)以液態(tài)的形式存在，如果氣溫高于31℃，那么二氧化碳就會(huì)從液態(tài)直接轉(zhuǎn)變成氣態(tài)。基于二氧化碳的這一特點(diǎn)，在爆破器的主管中充裝液態(tài)二氧化碳，通過(guò)發(fā)爆器快速激發(fā)加熱裝置，讓液態(tài)的二氧化碳瞬間氣化并且膨脹產(chǎn)生高壓，一旦壓力達(dá)到爆破極限強(qiáng)度（可以預(yù)先設(shè)定），定壓剪切片就會(huì)出現(xiàn)破裂，高壓氣體從放氣頭釋放出來(lái)直至爆破。二氧化碳致裂器也會(huì)利用連續(xù)性的連接模式，來(lái)滿足多個(gè)定點(diǎn)的爆破需求。

以縱坐標(biāo)表示靈敏度，橫坐標(biāo)表示1-特異度，繪制ROC計(jì)算AUC。HE4的AUC為0.877(P<0.05)，CA125的AUC為0.646(P<0.05),ROMA指數(shù)的AUC為0.969(P<0.05)，ROMA指數(shù)的診斷準(zhǔn)確度最高。

3 二氧化碳致裂技術(shù)特點(diǎn)分析

通過(guò)分析二氧化碳致裂技術(shù)，發(fā)現(xiàn)它主要有致裂壓力可調(diào)控、安全性良好、操作簡(jiǎn)單、致裂成本低等幾方面特點(diǎn)。

（1）致裂壓力可調(diào)控。

按照煤層實(shí)際的硬度與厚度，通過(guò)不同規(guī)格定壓剪切片來(lái)對(duì)二氧化碳的相變致裂壓力進(jìn)行控制，就能滿足不同煤層的需求[1]。

（2）安全性好。

致裂過(guò)程本身是讓二氧化碳從液態(tài)逐漸相變到氣態(tài)的過(guò)程。相變本身屬于物理過(guò)程，不會(huì)有火花產(chǎn)生，同時(shí)這也是一個(gè)吸熱降溫的過(guò)程。在常溫下，二氧化碳屬于不可燃、不助燃的氣體，能夠防范瓦斯的引爆，并且在使用期間不會(huì)存在有毒有害氣體，在致裂起爆之后的震動(dòng)也較小，不會(huì)出現(xiàn)揚(yáng)塵。

（3）操作簡(jiǎn)單。

在整個(gè)操作中主要包含了成孔、送入、連線撤人、爆破和取出等多個(gè)環(huán)節(jié)，致裂爆破過(guò)程中不需要驗(yàn)炮，并且操作相對(duì)簡(jiǎn)單和方便。

（4）致裂成本低。

二氧化碳致裂器的組成材料包含了二氧化碳、墊片、發(fā)熱裝置等，可以滿足重復(fù)使用的要求，并且重復(fù)次數(shù)超過(guò)3000次，所以成本耗費(fèi)較少[2]。

4 二氧化碳致裂在巷道掘進(jìn)消突中的應(yīng)用

為了更好的分析煤礦安全生產(chǎn)中二氧化碳致裂技術(shù)的使用，針對(duì)巷道的掘進(jìn)消突中二氧化碳致裂技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探討，希望可以滿足其安全生產(chǎn)的要求。

4.1 礦井概況

本煤礦的工作面選擇走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化的采煤工藝，利用垮落法管理頂板。另外，工作面選擇U型通風(fēng)系統(tǒng)。

本次研究將152掘進(jìn)巷道作為主要的研究對(duì)象，利用二氧化碳的相變致裂技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)煤層的預(yù)裂增透，實(shí)現(xiàn)抽采方式的優(yōu)化，并且通過(guò)強(qiáng)化抽采效果，滿足巷道安全掘進(jìn)的要求。

4.2 實(shí)施方案

（1）試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

針對(duì)井下實(shí)際測(cè)得的煤層和瓦斯的參數(shù)，其最終測(cè)定結(jié)果，見表1。

表1 煤層透氣性系數(shù)以及流量衰減系數(shù)Tab.1 Permeability coefficient of coal seam and gas flow attenuation coefficient

通過(guò)表1可以看出，在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)煤層抽采的透氣性一般，并且抽采效果不夠好。將煤層152的膠帶下山煤巷掘進(jìn)工作面作為研究對(duì)象，針對(duì)200m的煤層巷道應(yīng)用了二氧化碳的爆破增透技術(shù)，通過(guò)爆破工藝提升其煤層的透氣性，同時(shí)也可以在掘進(jìn)方向上實(shí)現(xiàn)充分卸壓，最終幫助煤層巷道提升預(yù)抽鉆孔的抽采效率，這樣就可以達(dá)到快速掘進(jìn)的目的[3]。

（2）鉆孔設(shè)計(jì)。

在152膠帶下山煤巷的迎頭斷面中心按照煤層傾角設(shè)置爆破孔，其孔深為60m，開孔高度1.5m，孔徑94mm，在孔的四周設(shè)置4個(gè)瓦斯防控，孔深30m，孔徑為75mm[4]。

4.3 抽采效果考察

（1）驗(yàn)證方法。

在驗(yàn)證中選擇鉆屑指標(biāo)法：第一，在工作面實(shí)施深孔預(yù)裂爆破之后，通過(guò)人工觀測(cè)抽采鉆孔以及排放鉆孔的外絲變化情況，在進(jìn)行1～3天的操作后進(jìn)行檢驗(yàn)，等待達(dá)標(biāo)后方可進(jìn)行掘進(jìn)，并且在每一個(gè)循環(huán)中保持10m的超前安全掘進(jìn)距離；第二，對(duì)于煤巷掘進(jìn)工作面的危險(xiǎn)性臨界值，可以選擇鉆屑指標(biāo)法來(lái)進(jìn)行分析，見表2。

表2 參考臨界值Tab.2 Reference limit

將Δh2測(cè)定值同參考值進(jìn)行比較，如果測(cè)定值比臨界值小，但是沒(méi)有任何異常情況，就表示屬于無(wú)危險(xiǎn)工作面；但是如果測(cè)定值大于等于臨界值，就直接判定為危險(xiǎn)工作面，需要利用相對(duì)應(yīng)的措施做好瓦斯的抽采或者是增設(shè)鉆孔。

（2）爆破效果分析。

爆破之后的鉆孔瓦斯?jié)舛忍嵘?～3倍，其中3#排放孔因?yàn)楸浦苯右鹆司薮蟮霓Z爆效應(yīng)，導(dǎo)致爆破之后的孔口位置上出現(xiàn)了塌孔[5]。

液態(tài)的二氧化碳在0.2s之內(nèi)完成爆破，并且轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)二氧化碳之后，其體積會(huì)直接膨脹794倍，而煤體對(duì)于二氧化碳的吸附能力是CH4的2～3倍。就宏觀表現(xiàn)來(lái)看：鉆屑解吸的指標(biāo)上升主要是因?yàn)樵阢@屑解析的氣體中包含致裂二氧化碳?xì)怏w，在經(jīng)過(guò)爆破之后，其吸附量增大。等待爆破致裂之后，二氧化碳?xì)怏w會(huì)從爆破孔中隨著巷道的風(fēng)流排出。

通過(guò)巷道回風(fēng)流瓦斯?jié)舛茸兓那闆r來(lái)看，二氧化碳爆破可以提升掘進(jìn)工作面瓦斯的排放率以及抽采效率[6]。

通過(guò)上述分析：本煤礦利用二氧化碳爆破增透工藝，可以有效解決低滲透煤層預(yù)抽效率低下的問(wèn)題，并且在掘進(jìn)工作面中爆破也能夠有效的解決應(yīng)力相對(duì)集中以及外絲壓力富集主導(dǎo)煤和瓦斯突出的問(wèn)題，進(jìn)而滿足煤礦安全生產(chǎn)的需求。

5 結(jié)論

總而言之，二氧化碳致裂器工藝自20世紀(jì)50年代初步被正視，是專門為礦山開采、采石裂巖、巖體預(yù)裂、高瓦斯礦井的采煤工作面研發(fā)的。因其安全、高效、操作便利的特點(diǎn)很快被用于礦山、采石場(chǎng)、水泥、鋼鐵行業(yè)。

由于傳統(tǒng)的爆破方式會(huì)耗費(fèi)大量的人力物力，并且在作業(yè)過(guò)程之中存在極大的安全隱患，還可能出現(xiàn)瓦斯爆炸問(wèn)題，而利用先進(jìn)的二氧化碳致裂技術(shù)可以有效的解決這一部分問(wèn)題，不但能增強(qiáng)生產(chǎn)的安全性，同時(shí)可以有效杜絕瓦斯爆炸，讓操作更加安全、簡(jiǎn)單。希望通過(guò)對(duì)二氧化碳致裂技術(shù)的應(yīng)用分析，能夠滿足煤礦安全生產(chǎn)的要求，并且對(duì)于今后二氧化碳致裂器的使用也有一定的借鑒意義。