[發明專利]基于二氧化碳致裂器的瓦斯驅替抽采組件

有效

• 申請號: 201910765235.2
• 申請日: 2019-08-19
• 公開（公告）號: CN110500078B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 張東明;王浩;葉辰;肖偉晶;李樹建;葉茂林;李小明;尹思禹;陳嘉祺;余北辰;高恒
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: E21B43/263
• 分類號: E21B43/263;E21B43/16;E21F7/00
• 代理公司: 重慶天成卓越專利代理事務所(普通合伙) 50240
• 代理人: 譚小容

本發明公開了一種基于二氧化碳致裂器的瓦斯驅替抽采組件，包括二氧化碳致裂器、氣源系統、大流量中低壓注入機構和礦用高壓軟管，所述二氧化碳致裂器位于鉆孔內，并通過封孔器進行封孔，且封孔器位于二氧化碳致裂器后方，二氧化碳致裂器的尾端通過礦用高壓軟管與大流量中低壓注入機構相連，所述大流量中低壓注入機構通過管路與所述氣源系統相連，通過氣源系統、大流量中低壓注入機構能向二氧化碳致裂器內注入壓力為7—10MPa的二氧化碳氣體，并通過二氧化碳致裂器的釋放孔排出。本發明基于現用的二氧化碳致裂器進行改造，通過氣源系統、大流量中低壓注入機構能向二氧化碳致裂器內注入壓力為7—10MPa的二氧化碳氣體，實現瓦斯氣體的快速驅替。

技術領域

本發明屬于煤層瓦斯抽采設備技術領域。

背景技術

二氧化碳致裂器是應用液態二氧化碳受熱氣化膨脹，快速釋放高壓氣體破斷煤層，解決了以往用炸藥爆破開采，預裂中毀壞性大及風險性高的缺陷，在一定程度上提高了煤礦開采和預裂的安全性，因此廣泛適用于煤礦作業。

二氧化碳致裂的原理是：二氧化碳在低于31℃時以液態存在，而超越31℃時開始氣化，并且隨著溫度的變化壓力也在不斷的變化。利用二氧化碳這一特點，在致裂器主管內充裝一定量的液態二氧化碳(通常為1.5kg左右)，同時在致裂器主管內還安裝有點火頭、燃燒棒和定壓破裂片，利用起爆器控制點火頭引起燃燒棒燃燒，從而對液態二氧化碳加熱，使液態二氧化碳瞬間氣化收縮并產生高壓，體積收縮600倍以上。當壓力到達設定極限值時，定壓破裂片破斷，高壓氣體從釋放管上的釋放孔釋放，作用在煤(巖)體上，從而達到煤層致裂的目的。

現有的二氧化碳致裂器相比炸藥爆炸致裂，提高了煤礦開采作業的安全性，但二氧化碳致裂器內自帶的液態二氧化碳較少，僅夠用于煤層致裂使用。

發明內容

針對現有二氧化碳致裂器自帶液態二氧化碳量較少，僅夠用于煤層致裂的局限性，本發明擬提供一種基于二氧化碳致裂器的瓦斯驅替抽采組件。

為此，本發明所采用的技術方案為：一種基于二氧化碳致裂器的瓦斯驅替抽采組件，包括二氧化碳致裂器，還包括氣源系統、大流量中低壓注入機構和礦用高壓軟管，所述二氧化碳致裂器位于鉆孔內，并通過封孔器進行封孔，且封孔器位于二氧化碳致裂器后方，二氧化碳致裂器的尾端通過礦用高壓軟管與大流量中低壓注入機構相連，所述大流量中低壓注入機構通過管路與所述氣源系統相連，通過氣源系統、大流量中低壓注入機構能向二氧化碳致裂器內注入壓力為7—10MPa的二氧化碳氣體，并通過二氧化碳致裂器的釋放孔排出。

作為上述方案的優選，所述封孔器采用囊式封孔器，二氧化碳致裂器與封孔器之間設置有單向閥，所述單向閥的主體由閥體和壓帽通過螺紋旋合而成，在閥體與壓帽圍成的腔體內依次安裝有回位彈簧、堵頭和第二四氟墊片，所述堵頭靠近壓帽的一端設置有球形密封頭和側向孔；當壓帽一側的壓力大于閥體一側的壓力時，堵頭向閥體側移動實現閥體的單向打開，壓帽一側的流體經側向孔流入堵頭內腔，最后流入閥體一側；當閥體一側的壓力大于壓帽一側的壓力時，堵頭向壓帽側移動并通過球形密封頭堵住流體通道。

所述氣源系統包括二氧化碳液化模塊、二氧化碳儲運罐、二氧化碳灌裝組件，三者集成在同一箱體內構成氣源系統。氣源系統具有液化、儲運和灌裝功能，并采用集成式一體設計，便于管理，并且搬運到野外進行煤層抽采作業時也更加方便。

進一步優選為，所述二氧化碳致裂器的主體由爆破筒和釋放管通過螺紋旋合而成，在螺紋旋合的根部裝有定壓破裂片和第一四氟墊片。

進一步優選為，所述礦用高壓軟管上設置有單向截止閥，當二氧化碳致裂器起爆前，礦用高壓軟管上的單向截止閥處于關閉狀態，當二氧化碳致裂器起爆后，礦用高壓軟管上的單向截止閥處于打開狀態，能通過氣源系統、大流量中低壓注入機構向二氧化碳致裂器內注入二氧化碳氣體。

本發明的有益效果：采用現有的二氧化碳致裂器實現開采煤層的致裂，并借用二氧化碳致裂器進行瓦斯氣體的驅替，實現了二氧化碳致裂器的兩用，操作方便，相比負壓抽采瓦斯，抽采效率更高。