[發明專利]二氧化碳致裂器及使用二氧化碳致裂器破巖的方法

在審

• 申請號: 201710616624.X
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN107237633A
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 趙東;楊傳祥;趙海山;張磊
• 申請（專利權）人: 趙東
• 主分類號: E21C37/14
• 分類號: E21C37/14
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司11385
• 代理人: 董芙蓉

技術領域

本發明涉及二氧化碳相變膨脹破巖技術領域，尤其涉及一種二氧化碳致裂器及使用二氧化碳致裂器破巖的方法。

背景技術

液態二氧化碳在外部激發能量作用下會由液態轉為氣態，發生液―氣相變，體積發生膨脹，通過控制激發能量的大小及液―氣相變的時機，可使二氧化碳氣體介質瞬間膨脹，產生機械能對外做功，該機械能作用于巖體，可實現二氧化碳相變膨脹破巖。

二氧化碳致裂器主要由主體管、充裝閥、泄能閥、定壓剪切片、發熱裝置、激發器等組成。其中主體管用于盛裝液態二氧化碳并提供形成高壓狀態的腔體。由于這個腔體有空氣存在，在對主體管充裝液態二氧化碳時應對主體管腔體進行抽真空處理，否則腔體內的空氣會對充裝形成阻力，不僅影響充裝速度，而且會嚴重影響充裝質量。

現有技術對二氧化碳致裂器主體管腔體進行抽空排氣的方法是在充裝閥上制作一個排氣孔，在充裝前先打開排氣孔，進行2―3次試充排氣洗管，然后擰上充裝閥上排氣孔壓帽進行正式充裝。這種方法雖然對排除主體管腔體內空氣有一定幫助，但仍不能達到排凈腔體內全部空氣的目的，以至不僅充裝量達不到設計要求，影響膨脹破巖效果，而且每次充裝前須進行2―3次試充排氣，既影響了充裝速度，又增加了勞動強度。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供一種二氧化碳致裂器及使用二氧化碳致裂器破巖的方法，主要目的是通過在主管上設置第一排氣裝置和第二排氣裝置，再結合“熱力環流”―即空氣遇熱膨脹遇冷下沉的原理，使主管腔體內的空氣在熱力環流遇冷下沉和充裝壓力的雙重作用下從第一排氣裝置和第二排氣裝置溢出，不僅使充裝液態二氧化碳和排氣同步進行并同時完成，而且可以充分地排除主體管腔體內的全部空氣，達到快速充裝，增加充裝量的目的。

為達到上述目的，本發明主要提供如下技術方案：

一方面，本發明實施例提供了一種二氧化碳致裂器，包括：

充裝閥；

主管，與所述充裝閥連接，所述主管包括用于盛裝液態二氧化碳的腔體，第一排氣裝置和第二排氣裝置，所述第一排氣裝置設置在所述主管的上部并與所述腔體連通，所述第二排氣裝置設置在所述主管的下部并與所述腔體連通；

泄能閥，與所述主管連接并通過定壓剪切片與所述腔體連接；

其中，所述腔體內設置有加熱裝置，所述加熱裝置對所述腔體內的液態二氧化碳加熱，使液態二氧化碳氣化并膨脹，所述液態二氧化碳氣化并膨脹到一定壓力時產生的機械能使所述定壓剪切片破裂。

如前所述的，所述第一排氣裝置設置在所述充裝閥與所述腔體之間；

所述第二排氣裝置設置在所述腔體與所述泄能閥之間。

如前所述的，所述第一排氣裝置包括第一排氣孔和用于密封第一排氣孔的第一密封件，所述第一排氣孔與所述腔體連通；

所述第二排氣裝置包括第二排氣孔和用于密封第二排氣孔的第二密封件，所述第二排氣孔與所述腔體連通。

如前所述的，所述第一排氣孔的孔徑為2mm～10mm；

所述第二排氣孔的孔徑為2mm～10mm。

如前所述的，所述第一排氣孔的錐度為5°～25°；

所述第二排氣孔的錐度為5°～25°。

如前所述的，所述第一排氣裝置和所述第二排氣裝置之間的距離為500mm～ 1500mm。

如前所述的，所述主管內設置有與所述腔體連通的充裝通道；所述充裝閥通過充裝通道與所述腔體連接；所述第一排氣裝置通過充裝通道與所述腔體連通。

如前所述的，所述主管內設置有與所述腔體連通的泄能通道；所述泄能閥通過定壓剪切片和泄能通道與所述腔體連接；所述第二排氣裝置通過泄能通道與所述腔體連通。

如前所述的，所述充裝閥和所述泄能閥均與所述主管旋合連接。

另一方面，本發明實施例提供一種使用二氧化碳致裂器爆破巖體的方法，其特征在于，

所述二氧化碳致裂器包括：充裝閥；主管，與所述充裝閥連接，所述主管包括用于盛裝液態二氧化碳的腔體，第一排氣裝置和第二排氣裝置，所述第一排氣裝置和所述第二排氣裝置分別設置在所述腔體的兩側并與所述腔體連通；泄能閥，與所述主管連接并通過定壓剪切片與所述腔體連接；

使用二氧化碳致裂器破巖的方法包括以下步驟：

第一步：在充裝液態二氧化碳前，先打開所述第一排氣裝置和所述第二排氣裝置；

第二步：通過所述充裝閥向所述腔體內充裝液態二氧化碳，所述腔體內的空氣在熱力環流遇冷下沉和充裝壓力的雙重作用下從第一排氣裝置和第二排氣裝置溢出；