[發(fā)明專利]一種改善硬巖礦崩落特性的水壓致裂試驗(yàn)系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010534109.9
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111650050A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳曉云;劉顯鋒;李光;高英勇;任海龍;陳小偉;李文
• 申請（專利權(quán)）人: 鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 鞍山貝爾專利代理有限公司 21223
• 代理人: 李玲

本發(fā)明涉及一種改善硬巖礦崩落特性的水壓致裂試驗(yàn)系統(tǒng)，包括塔架、卷揚(yáng)機(jī)、封隔器、鉆桿和耐高壓管，其特征在于，該試驗(yàn)系統(tǒng)還包括壓裂鉆孔、封隔器組、與封隔器組連接的高壓水泵系統(tǒng)Ⅰ、與鉆桿連接的高壓水泵系統(tǒng)Ⅱ、位于壓裂鉆孔周圍的若干個(gè)觀測鉆孔、設(shè)在觀測鉆孔內(nèi)的傳感器和與之連接的在線監(jiān)測顯示系統(tǒng)；所述的封隔器和鉆桿設(shè)在壓裂鉆孔內(nèi)，所述的傳感器包括水位監(jiān)測計(jì)和微震檢波器；所述的高壓水泵系統(tǒng)包括蓄水池、高壓水泵、耐高壓管、泄壓閥、水壓力計(jì)和流量計(jì)；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：1）直觀確定裂縫的擴(kuò)展范圍和壓裂參數(shù)的關(guān)系；2）為研究礦巖的水壓致裂作用機(jī)理提供依據(jù)和參考；3）為水壓致裂礦巖預(yù)處理技術(shù)在礦山的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于采礦工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于金屬礦山改善硬巖礦崩落特性的水壓致裂試驗(yàn)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

自然崩落法是一種適用于厚大礦體的高效采礦方法，因其采場結(jié)構(gòu)簡單、開采成本低、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn)受到了國際采礦界越來越多的關(guān)注，是未來地下深部礦床大規(guī)模智能開采的首選方法。隨著越來越多的硬巖礦山如鐵礦山開始探索采用自然崩落法開采，因硬巖礦山礦巖可崩性差、崩落塊度大，必然造成自然崩落過程中止以及開采成本增高，因此在崩落開采前對礦巖預(yù)處理的需求將更加普遍。當(dāng)前開展礦巖預(yù)處理的方法主要有水壓致裂、鉆孔爆破以及兩者結(jié)合，水壓致裂技術(shù)因其對礦巖處理范圍更廣受到了更多的關(guān)注。在進(jìn)行水壓致裂礦巖預(yù)處理作業(yè)前開展現(xiàn)場試驗(yàn)確定合理的作業(yè)參數(shù)，對于硬巖礦山改善礦巖可崩性、降低大塊率意義重大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種適用于金屬礦山改善硬巖礦崩落特性的水壓致裂試驗(yàn)系統(tǒng)及方法，對于研究堅(jiān)硬礦巖中的水壓致裂作用機(jī)理、水力裂縫擴(kuò)展范圍以及壓裂參數(shù)合理確定等具有指導(dǎo)作用，為水壓致裂技術(shù)拓展應(yīng)用到采礦工業(yè)奠定基礎(chǔ)，為采礦技術(shù)人員開展類似研究提供參考。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明的一種改善硬巖礦崩落特性的水壓致裂試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于：包括在十字形巷道中心的壓裂鉆孔，設(shè)置在壓裂鉆孔上方的塔架及卷揚(yáng)機(jī)，設(shè)置在壓裂鉆孔內(nèi)的鉆桿和封隔器組，通過耐高壓管Ⅰ與封隔器組連接的向橡膠膨脹管注水的高壓水泵系統(tǒng)Ⅰ，通過耐高壓管Ⅱ與鉆桿連接的向壓裂鉆孔壓裂段注水的高壓水泵系統(tǒng)Ⅱ，在壓裂鉆孔周圍設(shè)置的若干個(gè)觀測鉆孔，在每個(gè)觀測鉆孔內(nèi)設(shè)置的監(jiān)測傳感器和在壓裂鉆孔前側(cè)巷道監(jiān)測站內(nèi)設(shè)置的在線監(jiān)測系統(tǒng)；

所述的封隔器組由封隔器Ⅰ、封隔器連接管、耐高壓管Ⅲ、封隔器Ⅱ和底封套筒組成；

所述的封隔器Ⅰ包括中心鋼管Ⅰ、橡膠膨脹管Ⅰ和密封鋼圈Ⅰ；

所述的封隔器Ⅱ包括中心鋼管Ⅱ、橡膠膨脹管Ⅱ和密封鋼圈Ⅱ；

所述的封隔器連接管上均布開有出水孔，封隔器連接管一端與封隔器Ⅰ的中心鋼管Ⅰ下端連接，另一端與封隔器Ⅱ的中心鋼管Ⅱ上端連接，封隔器Ⅱ的中心鋼管Ⅱ下端與底封套筒連接；所述的耐高壓管Ⅲ一端與封隔器Ⅰ的密封鋼圈Ⅰ注水口連通，另一端與封隔器Ⅱ的密封鋼圈Ⅱ注水口連通；封隔器Ⅰ的橡膠膨脹管Ⅰ套裝在中心鋼管Ⅰ上，且其兩端分別與封隔器Ⅰ兩端的密封鋼圈Ⅰ的注水口連通；封隔器Ⅱ的橡膠膨脹管Ⅱ亦套裝在中心鋼管Ⅱ上，且其兩端亦分別與封隔器Ⅱ兩端的密封鋼圈Ⅱ的注水口連通；

在壓裂鉆孔左側(cè)巷道中設(shè)有水泵站，所述的高壓水泵系統(tǒng)Ⅰ設(shè)置在水泵站中，所述的高壓水泵系統(tǒng)Ⅰ包括水箱、與水箱連接的高壓水泵Ⅰ和耐高壓管Ⅰ，所述的耐高壓管Ⅰ一端與高壓水泵Ⅰ的出水口連接，另一端與封隔器Ⅰ上端的密封鋼圈Ⅰ的注水口連接，在耐高壓管Ⅰ上沿水流流動(dòng)方向依次設(shè)有閥門Ⅰ、水壓力計(jì)Ⅰ和泄壓閥Ⅰ，所述的水壓力計(jì)Ⅰ通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀連接；