[发明专利]一种采空区上覆坚硬岩体致裂的装置与方法

摘要

本发明可为企业提供一种采空区上覆坚硬岩体致裂的装置与方法，该装置先后向采空区上方岩层钻孔内注入高压高温水和高压低温冷冻液，可安全、快速致裂采空区上覆坚硬岩体。本发明最大的优点是一套工艺同时利用两种原理致裂岩体，一是非均质物体在热胀冷缩条件下，自身内部会产生拉应力，并导致物体破裂，二是充分利用水的反膨胀原理（水在4oC以下，随着温度降低，体积反而膨胀），迫使岩体孔隙扩展，在孔隙尖端产生裂纹，众多孔隙的共同作用也会导致岩体破裂。另外，注水会湿润岩体，岩体破裂垮落时，相互之间的摩擦与撞击不会产生火花。

主权项

1.一种采空区上覆坚硬岩体致裂的装置，采空区的上方依次为待垮落层和不垮落层，所述待垮落层由其底面向上施工钻孔，岩体致裂装置与钻孔连接；其特征在于，岩体致裂装置包括注液管、回液管、高压胶管、注液泵、加热器、低温冷冻液储罐、三通钢管、阀门、压力表和温度计，所述注液管与回液管平行穿入钻孔内，钻孔底端由封孔材料密封；回液管和注液管的下端分别通过高压胶管连接三通钢管的两个出液口，三通钢管的进液口连接井下水网并设有阀门；所述回液管上连接有压力表和温度计，回液管至三通钢管之间的管路上设置阀门；所述注液管至三通钢管之间的管路上沿进液方向顺序设置加热器和注液泵，加热器至注液泵之间的管体上并联一低温冷冻液储罐，低温冷冻液储罐和加热器分别设置阀门；工作中，通过所述岩体致裂装置向钻孔内注入高温水，高温水进入待垮落层钻孔周围岩体孔隙，岩体湿润、膨胀；然后迅速释放钻孔内的高温水，并充入高压低温冷冻液，一方面，岩体冷却收缩，由于岩体本身的不均匀性，不同位置收缩速度存在差异，从而在岩体内产生拉应力，致裂岩体；另一方面，岩体孔隙内部的高温水冷却成冰后，体积膨胀，将孔隙撑开，众多孔隙同时作用致裂岩体。