在采礦行業中，不管是煤礦還是山體開采中誘發的礦巖動力災害問題一直十分突出。其中沖擊礦壓是棘手的一種礦巖動力災害。研究表明沖擊礦壓多發生在具有堅硬頂板的煤層中，尤其是在具有厚度大、強度高、整體性強、結構致密的堅硬厚層砂巖頂板中，以及煤質中硬，脆性和彈性較強的煤層中。而對堅硬頂板定向處理弱化和煤層弱化是防止沖擊礦壓的有效途徑。采用普通鉆孔詐要爆破方法會形成較強烈的沖擊波，對礦巖體造成較大的應力擾動，存在誘導動力災害的隱患，對局部圍巖的破壞較大不易實現定向處理。另外采用單純氣體膨脹致裂法不能控制孔內裂縫的擴展方向。尋找一種安全、高效的處理堅硬頂板、礦巖體強度弱化、防治沖擊礦壓的有效技術途徑和配套裝置，對于保障煤礦及礦山的安全高效生產具有重要的理論和現實意義。

二、設備技術

技術問題：二氧化碳爆破設備克服已有技術中的不足之處，提供一種操作簡便、控制性好，安全可靠的礦巖體聚能爆破的定向氣體膨脹致裂方法。

技術方案：二氧化碳爆破設備的礦巖體聚能爆破的定向氣體膨脹致裂方法，包括如下步驟：

a．在工作面兩端頭沿煤層上方各打一個傾斜的致裂鉆孔，同時分別在機巷和風巷超前工作面靠兩巷外幫側沿頂板向上施工5~10個致裂鉆孔；

b．在施工好的致裂鉆孔內逐一安裝多節聚能管，聚能管的管壁兩側開有若干聚能孔，安裝前在除Ⅰ號聚能管外的所有聚能管內分別穿入細電線，將礦用水膠詐要裝入每個聚能管內，每個聚能管的兩端均用炮泥填塞，同時在聚能管的末端連接一發電蕾館，將聚能管的電蕾館腳線引出插入快速接頭的工頭，同時將聚能管前端的細電線插入快速接頭的母頭，將Ⅱ號聚能管末端的細電線和電蕾館腳線一起插入快速接頭的共頭，同時將聚能管前端的細電線插入快速接頭母頭，依次逐個連接至后一節聚能管，所述的向致裂鉆孔內送裝的所有聚能管的聚能孔朝向一致，均沿預裂方向；

c．將Ⅰ號聚能管送入致裂鉆孔內，把聚能管的快速接頭的工頭與聚能管前端快速接頭的母頭插接在一起，然后將Ⅱ號聚能管送入致裂鉆孔內，將Ⅱ號聚能管快速接頭的工頭與Ⅲ號聚能管快速接頭的母頭插接在一起，聚能管與聚能管之間設有防止聚能管轉向的限位裝置，依次送入并連接多節聚能管至致裂鉆孔內，在致裂鉆孔孔口處裝入一節空聚能管；

d．用膨脹螺栓封孔防止聚能管滑落，同時將電蕾館腳線引出至孔外，將1~3個致裂鉆孔孔外的電蕾館腳線并聯，引爆詐要進行聚能爆破，使抱詐能量優先沿聚能孔方向產生爆生裂隙，卸除膨脹螺栓，用水管沖洗爆破后的致裂鉆孔，再向鉆孔內送入與注水泵相連的封孔器進行封孔；或采用封孔器封孔，同時將蕾館腳線引出至孔外，將1~3個致裂鉆孔孔外的電蕾館腳線并聯，連接好注水管路向致裂鉆孔孔內注滿水，進行水壓聚能爆破，使抱詐能量優先沿聚能孔方向產生爆生裂隙；

e．打開水泵開關向致裂鉆孔內注入高壓水進行氣體膨脹致裂，使致裂鉆孔周邊的爆生裂隙進一步擴展；

f．當致裂鉆孔孔壁或周邊出現滲水或水壓力小于5MPa時，關閉注水閥，停止注水。所述靠兩巷外幫側垂直頂板向上施工的致裂鉆孔深度為5~10m；所述的聚能管采用PVC管。

有益效果：由于采用了上述技術方案，將定向聚能爆破與氣體膨脹致裂的優勢結合，二氧化碳爆破設備采用定向聚能爆破預裂堅硬頂板（煤體），用聚能管進行聚能裝使能量更集中，能將爆生氣體的能量更多地轉化成聚能射流的動能，使抱詐能量優先沿聚能孔方向產生爆生裂隙，有效控制裂縫方向，防止其他方向裂縫的形成和延伸；大大減小了對圍巖的沖擊波、地震波影響，增大鉆孔間距，減少鉆孔費用和勞動強度。

后，通過氣體膨脹致裂使爆生裂隙進一步擴展形成完整的破裂面，可有效控制氣體膨脹致裂過程中裂縫的擴展方向，也可進行水壓聚能爆破致裂，減少由于爆破所引發的安全隱患，施工工藝簡單、節省詐要，安全可靠、切縫效果好，具有廣泛的實用性。

三、工作原理

二氧化碳爆破設備又命名為二氧化碳致裂設備是利用液態二氧化碳受熱氣化膨脹，然后快速釋放高壓氣體來達到破斷巖石或落煤的目的。由于其具有膨脹能力可控，威力大，不產生沖擊波等諸多優點被廣泛應用于城改、城建以及礦產開采等領域。

相關技術中，利用致裂管致裂巖石的工藝方法為，致裂管在置入致裂孔前已完成液態二氧化碳的充裝工序，致裂作業時將已經充裝好的致裂管置于致裂孔內進行啟發，完成巖石致裂作業。相關技術的不足在于：

1)為了保證致裂管能夠承受足夠的壓力，致裂管管體需要采用金屬或其他高強度的材料制成，這類材質制成的致裂管質量重，搬運困難，且作業時，萬一發生″飛管″(致裂管飛出致裂孔)，砸到現場作業人員，會造成人員的傷害。

2)充裝好的致裂管在致裂孔內，其主要依靠側壁填充物和位于致裂孔上部的蓋板壓力防止飛管；因此，在具體實施時，需要特別注意保證填充物與致裂管管壁間的壓力，稍有不慎，容易出現″飛管″現象。

3)由于致裂管在置入致裂孔前已完成液態二氧化碳的充裝工序，其啟發操作非常簡單，而其致裂的威力巨大；因此，充裝好的致裂管容易被不法分子當成一種防御甚至惡意攻擊的武器，存在極大的社會安全隱患。

4)充裝好的致裂管在致裂作業時，致裂管與致裂孔之間具有安裝間隙，因此，致裂管膨脹致裂作業時，需先對安裝間隙進行膨脹填充，才能真正對致裂孔的孔壁進行作用，如此，存在能量損耗，影響致裂效果。