[發明專利]一種凍結法鑿井二氧化碳相變致裂輔助掘進方法及其裝置

有效

• 申請號: 201810199300.5
• 申請日: 2018-03-12
• 公開（公告）號: CN108625859B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 黃炳香;趙興龍;陳樹亮;邵魯英
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21D1/00
• 分類號: E21D1/00;E21D1/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

一種定向CO₂致裂器，與傳統的CO₂致裂器相比，其卸能頭的兩側沿軸線方向分布兩排卸能口，兩排卸能口的相位角小于180°。在凍結法鑿井過程中，將多個定向CO₂致裂器布置在作業面的外周，將多個普通CO₂致裂器布置在井筒內周。各定向CO2致裂器泄能頭兩側的定向卸能口各自朝向與其相鄰的定向CO₂致裂器。先引爆外圈鉆孔中的定向CO₂致裂器再引爆內圈鉆孔中的普通CO₂致裂器，外圈鉆孔中的定向CO₂致裂器引導能量沿定向泄能口釋放，爆破不會對井筒外側的筒壁結構產生擾動。外圈鉆孔爆破后，各外圈鉆孔之間形成連通的弱面，整個外圈鉆孔形成一個保護圈，在內側鉆孔進行爆破時，外圈鉆孔形成的保護圈切斷了爆破能量向井筒筒壁的傳播，減少了其對井筒筒壁結構的擾動。

技術領域

本發明涉及煤礦開采中的凍結法鑿井施工領域，具體涉及一種凍結法鑿井二氧化碳相變致裂輔助掘進方法及其裝置。

背景技術

立井井筒一般要穿過表土與基巖兩個部分，其施工技術由于圍巖條件不同各有特點，表土施工方案選擇主要考慮工程的安全，而基巖施工主要考慮施工進度。當立井井筒穿過表土時，由于表土松軟，穩定性較差，經常含水，并直接承受井口結構物的荷載，所以，表土施工比較復雜，往往成為立井施工的關鍵工程。正確的選擇表土施工方案和施工方法，確保立井井筒安全快速地通過表土層，并順利轉入基巖層施工具有重要的意義。為確保立井井筒安全穿過表土層，通常采用凍結法進行表土施工。在井筒掘進之前，在井筒周圍鉆凍結孔，用人工制冷的方法將井筒周圍的不穩定表土層和風化層凍結成一個密閉的凍結圈以防止水和流沙涌入井筒并抵抗地壓，然后在凍結圈的保護下掘砌井筒。待掘砌到預定深度后，停止凍結，進行拔管或充填工作。當凍結壁已形成且尚未凍結至井筒范圍以內時開挖最為理想。此時即便于掘進，又不會造成涌水冒砂事故。但實際施工過程中很難保證處于理想狀態，往往整個井筒被凍實。對于這種凍土挖掘，通常采用風鎬或鉆眼爆破法施工，但采用風鎬或鉆眼爆破法施工在井筒加強冷凍后，凍土段硬度大，利用風鎬施工工人勞動強度大，井筒施工慢；由于井壁溫度低，達到零下十幾度，采用鉆眼爆破法施工，炸藥拒爆率高，存在安全隱患。

傳統的CO₂相變發生器為圓筒結構；包括：儲液管、充氣頭和卸能頭；儲液管具有中空腔體，儲液管的第一端與充氣頭的第一端連接；儲液管的第一端內還設有發熱模塊，用于使儲液管內的液態CO₂受熱轉化為氣態CO₂；充氣頭上設有注液孔和充氣閥；充氣頭的第一端與儲液管中空腔體連通，以使液態CO₂通過注液孔的充氣通道進入儲液管的中空腔體內；充氣閥用于開啟和閉合注液孔的充氣通道；卸能頭為管狀，卸能頭與儲液管的第二端密封連接；卸能頭的外壁上設有兩個對稱分布的卸能口，以使氣態CO₂通過卸能口充入鉆孔內預裂鉆孔。這種CO₂相變發生器卸能口較大，泄能口相位角為180°在井筒掘進施工中使用不便。

發明內容

為了克服上述風鎬或鉆眼爆破法在凍結法鑿井施工中的缺點及傳統的CO₂相變發生器在井筒掘進施工中的不便的問題，本發明提供了一種定向CO₂致裂器，與傳統的CO₂致裂器相比，其卸能頭的兩側沿軸線方向分布兩排定向卸能口，兩排定向卸能口的相位角為

進一步的，每排定向泄能口中的泄能口個數為10個，各排定向泄能口中各泄能口的間距為2mm。

進一步的，卸能口的孔徑為3mm。

進一步的，兩排泄能口之間分布有1排以上內側卸能口。

進一步的，內側卸能口為3排。

一種凍結法鑿井二氧化碳相變致裂輔助掘進方法，包括步驟：