[發明專利]一種高壓氮氣爆破致裂增透實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201510568271.1
• 申請日: 2015-09-08
• 公開（公告）號: CN105064971B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 王海鋒;郭帥飛;王偉;趙旭;王海洋;孫揚
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種煤層氣體爆破致裂增透實驗裝置及方法，特別是一種高壓氮氣爆破致裂增透實驗裝置及方法。

背景技術

對于單一低滲透性煤層，除采取水力化措施和深孔預裂爆破措施進行煤層增透外，近年來又發展了一種高壓氣體爆破致裂增透方法。高壓氣體爆破致裂增透措施無火花、安全性高、壓力可控。

目前，高壓氮氣爆破致裂增透技術在應用中還處于起步階段，尤其是對氮氣氣體增透作用機理尚未開展系統研究。現有的實驗研究主要是關于不同壓力下高壓氮氣爆破致裂效果，并沒有考慮氮氣體積對致裂效果的影響。

發明內容

本發明的目的是要提供一種高壓氮氣爆破致裂增透實驗裝置及方法，實現體積相同而壓力不同或壓力相同而體積不同兩種實驗方案下高壓氮氣爆破致裂增透。

本發明的目的是這樣實現的：高壓氮氣爆破致裂增透實驗裝置，包括氮氣鋼瓶、空氣壓縮機和氣體增壓泵構成高壓氮氣爆破的壓力源，高壓氣包一端通過不銹鋼導氣管與氣體增壓泵連接，另一端通過設置有氣控閥的導氣軟管與三軸壓力實驗機的三軸壓力室連接；不銹鋼導氣管主干路上連接有煤氣表，不銹鋼導氣管支路上均裝有控制閥和高壓氣包，在高壓氣包上安裝有壓力表和安全閥，被爆介質放在三軸壓力室內，其尺寸由三軸壓力室的范圍確定。

所述的不銹鋼導氣管支路有三條，每條支路上均有高壓氣包，分別為第一高壓氣包，第二高壓氣包和第三高壓氣包。

高壓氮氣爆破致裂增透實驗方法：利用高壓氮氣爆破致裂增透實驗裝置控制氮氣壓力和氮氣體積，實現相同體積不同壓力和相同壓力不同體積兩種實驗方案下高壓氮氣致裂爆破；

具體方法為：由氮氣鋼瓶產生的氮氣經氣體增壓泵增壓后，首先通過第一控制閥，向第一高壓氣包充入高壓氮氣到設計壓力P₁，記下此過程煤氣表的讀數變化值V，開啟氣控閥，高壓氮氣將瞬時釋放，爆破致裂應力加載下的被爆介質；其次，通過第二控制閥，向第二高壓氣包內充入氮氣，當煤氣表讀數變化同樣為V時，高壓氣包體積的變化，第二高壓氣包內氮氣壓力為P₂，開啟氣控閥，實施第二次爆破；最后，按照第二次爆破所述步驟通過第三控制閥向第三高壓氣包內充入體積同樣為V的氮氣，此時壓力為P₃，實施第三次爆破；通過不銹鋼導氣管上的三條支路依次爆破，可以獲得相同體積，不同壓力下高壓氮氣爆破致裂效果；為獲得相同壓力，不同體積下高壓氮氣爆破致裂效果，控制三個高壓氣包內氮氣壓力相同，其他爆破致裂過程同上。

有益效果，由于采用了上述方案，本發明利用高壓氣包體積的變化，能夠實現相同體積不同壓力、相同壓力不同體積下高壓氮氣致裂爆破，以觀察它們對爆破效果的影響。利用該高壓氮氣爆破致裂增透實驗裝置及方法，表明氮氣體積和氮氣壓力都會不同程度影響被暴介質裂隙發育情況，有助于進一步認識爆破產生的應力波傳播規律及致裂巖體的裂隙擴展規律，進一步揭示高壓氮氣爆破作用機理。該高壓氮氣爆破裝置改變高壓氣包體積可操作性強，使用簡易方便，穩定性強，安全可靠，具有廣泛的實用性。

附圖說明：

圖1為本發明的裝置結構圖。

圖中，1、氮氣鋼瓶；2、空氣壓縮機；3為氣體增壓泵；4、第一控制閥；8、第二控制閥；12、第三控制閥；5、第一壓力表；9、第二壓力表；13、第三壓力表；6、2升高壓氣包；7、第一安全閥；11、第二安全閥；15、第三安全閥；10、1.5升高壓氣包；14、1升高壓氣包；16、氣控閥；17、被爆介質；18、三軸壓力室；19、三軸壓力實驗機；20、煤氣表。

具體實施方式