矿山开采区顶板致裂放顶实施方案

王志根

（山西朔州山阴金海洋南阳坡煤业有限公司，山西 朔州 036900）

提前预裂顶板，主动控制顶板的初次来压，以此降低来压强度，抑制古塘气体异常涌出。而顶板致裂放顶技术安全、环保，为达到安全生产、提高经济效益的目的，南阳坡沟矿于2018年10月～11月，采用新型致裂技术，在4111综放工作面切眼及两顺槽超前支护段内对老顶进行了强制放顶，取得了较好效果，达到了预期目的。

1 CO2致裂原理

1.1 二氧化碳致裂技术原理及特点

CO2“致裂爆破”是一种气相压裂技术，是近几年兴起的一项“爆破”新技术，初始主要用于高瓦斯低渗透矿层的增透。其原理是利用高能气体瞬间作用对矿体产生剪切破坏，而对矿体产生沿钻孔轴线的劈裂破坏，从而切断矿体。

1.2 作用原理

利用二氧化碳致裂器工作时释放的高压二氧化碳气体，瞬时作用于孔壁，致使被作用介质开裂或破碎。

（1）在温度31℃以下、7.2MPa压力时CO2以液态存在。

（2）当温度超过31℃时，无论压力多大，液态CO2将在20ms内气化。体积膨胀系数可达600倍，压力可达到80MPa～270MPa。

利用这一特点，通过发热装置，使致裂器储液管中液态二氧化碳瞬间气化产生高压，当压力达到泄能器设定压力时，高压气体向外喷出，瞬间产生强大推力，二氧化碳气体沿自然或被引发的裂面松开物料，并将其推离主体，从而达到致裂及增透的目的。

2 实施方案

2.1 4111工作面概况

南阳坡矿4111综放工作面长275m，推进长度1417m，矿层厚度平均为9.11m，设计采出量462.98万吨。

4111面老顶由中粒砂岩、粉砂岩组成，厚10m，普氏系数为5～6，属坚硬顶板。

2.2 矿山开采区顶板致裂方案

4111开采工作面致裂强制放顶实施方案设计为。

（1）孔径：φ65mm，孔距开切眼内每10米一个孔。

（2）数量：开切眼29个孔，进回风顺槽各两个孔，合计33个孔。

（3）致裂器串接方案

孔内致裂器串接方案如下：设计每孔布置直径51mmCO2致裂器9根，对老顶进行致裂，每根致裂器长1.6m。

2.3 致裂效果监测内容和方法

（1）液压支架阻力监测。采用顶板（压力）动态监测系统在临近巷道的工作面端头液压支架，对顶板（压力）动态监测系统，监测工作面液压支架工作阻力，重点观测工作面机头位置液压支架工作阻力情况，以比较致裂前后工作面周期来压步距和来压强度的不同。

（2）开采区域方顶板垮落情况监测。根据工作面回采情况，及时监测切顶巷道工作面后方顶板垮落情况，检验顶板致裂卸压效果。

3 致裂效果

4111综采区致裂切顶工作于10月15日～20日顺利实施完成，效果明显。

3.1 顶板冒落情况

4111面实施致裂回采后，推进4m时（16日），70架～120架顶板垮落，推进8m时（17日），溜头顶板垮落，推进到12m时（18日），工作面老塘顶板除溜尾8架外全部垮落，到22日早班时，工作面顶板全部垮落。

3.2 放矿情况

在采用了致裂技术措施后，建议工作面开始推进10m后可进行放矿。10m～20m之间可放矿平均1m厚；20m～30m之间放矿平均2m厚；30m～50m之间放矿平均3m厚，回采10m～50m之间预计可多放矿32175t。

4 存在问题及建议

（1）虽然致裂炮眼在工作面安装前提前完成，但由于4111面实施致裂放顶的决定滞后，由于工作面放顶孔按照使用炸药雷管爆破设计，相较于气体致裂器的布孔少得多，且沿走向方向布孔的距离比较短，致裂器威力较小，故效果比使用气体致裂布孔最优化设计布孔的效果要差，预计最少在走向45m左右，才能发生顶板断裂。

（2）纵观4111面致裂放顶实施过程，虽然没能完全按照设计要求实施，导致致裂威力下降，但与不进行放顶比较，效果是明显的。因此在此后的致裂施工中，根据这次实施致裂经验适当修正设计方案并完全实施，致裂效果完全能达预期目标。

5 结语

本文研究的顶板致裂放顶效果明显，且是安全的。对于裂隙不发育的矿山开采区域，强制放顶具有明显的促进顶矿冒放作用。