礦山開采區頂板致裂放頂實施方案

王志根

（山西朔州山陰金海洋南陽坡煤業有限公司，山西 朔州 036900）

提前預裂頂板，主動控制頂板的初次來壓，以此降低來壓強度，抑制古塘氣體異常涌出。而頂板致裂放頂技術安全、環保，為達到安全生產、提高經濟效益的目的，南陽坡溝礦于2018年10月～11月，采用新型致裂技術，在4111綜放工作面切眼及兩順槽超前支護段內對老頂進行了強制放頂，取得了較好效果，達到了預期目的。

1 CO2致裂原理

1.1 二氧化碳致裂技術原理及特點

CO2“致裂爆破”是一種氣相壓裂技術，是近幾年興起的一項“爆破”新技術，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生剪切破壞，而對礦體產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釋放的高壓二氧化碳氣體，瞬時作用于孔壁，致使被作用介質開裂或破碎。

（1）在溫度31℃以下、7.2MPa壓力時CO2以液態存在。

（2）當溫度超過31℃時，無論壓力多大，液態CO2將在20ms內氣化。體積膨脹系數可達600倍，壓力可達到80MPa～270MPa。

利用這一特點，通過發熱裝置，使致裂器儲液管中液態二氧化碳瞬間氣化產生高壓，當壓力達到泄能器設定壓力時，高壓氣體向外噴出，瞬間產生強大推力，二氧化碳氣體沿自然或被引發的裂面松開物料，并將其推離主體，從而達到致裂及增透的目的。

2 實施方案

2.1 4111工作面概況

南陽坡礦4111綜放工作面長275m，推進長度1417m，礦層厚度平均為9.11m，設計采出量462.98萬噸。

4111面老頂由中粒砂巖、粉砂巖組成，厚10m，普氏系數為5～6，屬堅硬頂板。

2.2 礦山開采區頂板致裂方案

4111開采工作面致裂強制放頂實施方案設計為。

（1）孔徑：φ65mm，孔距開切眼內每10米一個孔。

（2）數量：開切眼29個孔，進回風順槽各兩個孔，合計33個孔。

（3）致裂器串接方案

孔內致裂器串接方案如下：設計每孔布置直徑51mmCO2致裂器9根，對老頂進行致裂，每根致裂器長1.6m。

2.3 致裂效果監測內容和方法

（1）液壓支架阻力監測。采用頂板（壓力）動態監測系統在臨近巷道的工作面端頭液壓支架，對頂板（壓力）動態監測系統，監測工作面液壓支架工作阻力，重點觀測工作面機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度的不同。

（2）開采區域方頂板垮落情況監測。根據工作面回采情況，及時監測切頂巷道工作面后方頂板垮落情況，檢驗頂板致裂卸壓效果。

3 致裂效果

4111綜采區致裂切頂工作于10月15日～20日順利實施完成，效果明顯。

3.1 頂板冒落情況

4111面實施致裂回采后，推進4m時（16日），70架～120架頂板垮落，推進8m時（17日），溜頭頂板垮落，推進到12m時（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，工作面頂板全部垮落。

3.2 放礦情況

在采用了致裂技術措施后，建議工作面開始推進10m后可進行放礦。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之間預計可多放礦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面實施致裂放頂的決定滯后，由于工作面放頂孔按照使用炸藥雷管爆破設計，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化設計布孔的效果要差，預計最少在走向45m左右，才能發生頂板斷裂。

（2）縱觀4111面致裂放頂實施過程，雖然沒能完全按照設計要求實施，導致致裂威力下降，但與不進行放頂比較，效果是明顯的。因此在此后的致裂施工中，根據這次實施致裂經驗適當修正設計方案并完全實施，致裂效果完全能達預期目標。

5 結語

本文研究的頂板致裂放頂效果明顯，且是安全的。對于裂隙不發育的礦山開采區域，強制放頂具有明顯的促進頂礦冒放作用。