[發(fā)明專利]一種氣液組合定向致裂裝置與方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711345232.0
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN109931060A
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃炳香;趙興龍;李鵬鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: E21C37/14
• 分類號: E21C37/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種氣液組合定向致裂裝置與方法。該氣液組合定向致裂裝置布設(shè)于鉆孔內(nèi)，包括：CO₂相變發(fā)生器和封孔器；CO₂相變發(fā)生器為圓筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)部儲存有液態(tài)CO₂，其第一端設(shè)有多個噴口，第二端連接封孔器；封孔器為彈性囊狀結(jié)構(gòu)，設(shè)置于CO₂相變發(fā)生器的后端，并與高壓水管連接；封孔器注水膨脹，用于封堵鉆孔。通過布設(shè)在鉆孔內(nèi)的氣液組合定向致裂裝置，先在鉆孔內(nèi)進(jìn)行CO₂相變致裂，將CO₂相變發(fā)生器中的氣體瞬間釋放入鉆孔內(nèi)，對鉆孔內(nèi)壁進(jìn)行定向預(yù)裂，再對鉆孔進(jìn)行水力致裂，使水壓裂縫沿預(yù)裂縫繼續(xù)擴(kuò)展，從而在煤巖體內(nèi)形成大范圍的水壓裂縫帶，達(dá)到對煤礦堅硬頂板、頂煤和沖擊地壓的治理；同時還改造了煤層的透氣性，利于煤層增透消突。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤礦領(lǐng)域，尤其涉及一種氣液組合定向致裂裝置與方法。

背景技術(shù)

液態(tài)CO₂相變致裂技術(shù)是目前新型的物理爆破技術(shù)，在礦產(chǎn)資源開采過程中，利用液態(tài)CO₂吸熱氣化產(chǎn)生瞬時高壓來致裂煤巖體，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的炸藥爆破，可用于爆破落煤、頂板和沖擊地壓治理、煤層增透消突、頂煤弱化、石門揭煤、煤倉清堵等。

在煤礦井下，使用液態(tài)CO₂相變致裂替代傳統(tǒng)爆破技術(shù)對煤巖體進(jìn)行致裂，由于煤巖體處于三向應(yīng)力狀態(tài)(無自由面)，裂縫擴(kuò)展長度較短，范圍也較小，導(dǎo)致致裂效果不佳。因而，單純使用液態(tài)CO₂相變致裂應(yīng)用于煤礦頂板、沖擊地壓治理、煤層增透消突和頂煤弱化等的效果仍顯不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種氣液組合定向致裂裝置與方法，以解決現(xiàn)有液態(tài)二氧化碳相變致裂效果不佳的問題。

第一方面，本發(fā)明提供一種氣液組合定向致裂裝置，包括：CO₂相變發(fā)生器和封孔器；

所述CO₂相變發(fā)生器為圓筒結(jié)構(gòu)；所述CO₂相變發(fā)生器包括：儲液管、充氣頭和卸能頭；

所述儲液管具有中空腔體，所述儲液管的第一端與所述充氣頭的第一端連接；所述儲液管的第一端內(nèi)還設(shè)有發(fā)熱模塊，用于使所述儲液管內(nèi)的液態(tài)CO₂受熱轉(zhuǎn)化為氣態(tài)CO₂；

所述充氣頭上設(shè)有注液孔和充氣閥；

所述充氣頭的第一端與所述儲液管中空腔體連通，以使所述液態(tài)CO₂通過所述注液孔的充氣通道進(jìn)入所述儲液管的中空腔體內(nèi)；

所述充氣閥用于開啟和閉合所述注液孔的充氣通道；

所述卸能頭為管狀，所述卸能頭與所述儲液管的第二端密封連接；所述卸能頭的外壁上設(shè)有多個具有定向功能的卸能口，以使所述氣態(tài)CO₂通過所述卸能口充入所述鉆孔內(nèi)，預(yù)裂所述鉆孔；

所述充氣頭的第二端與所述封孔器連接；所述封孔器為彈性囊狀結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述CO₂相變發(fā)生器的后端，并與高壓水管連接；

所述CO₂相變發(fā)生器用于將液態(tài)CO₂轉(zhuǎn)為氣態(tài)，并充入所述鉆孔內(nèi)，對所述鉆孔進(jìn)行定向預(yù)裂；

所述封孔器注水膨脹，用于封堵所述鉆孔，并向所述鉆孔內(nèi)進(jìn)行高壓注水，進(jìn)一步致裂所述鉆孔。

可選的，多個具有定向功能的所述卸能口沿所述卸能頭的周向均勻分布；所述卸能口為12個，每個所述卸能口孔徑為3mm。

可選的，多個具有定向功能的所述卸能口沿所述卸能頭的軸向兩側(cè)對稱排布；所述卸能口為12個，所述卸能頭單側(cè)的所述卸能口數(shù)量為6個，每個所述卸能口孔徑為3mm，相鄰所述卸能口間距為2mm。