[發明專利]露天礦用瞬態靜態氣體壓裂共同作用的破巖裝置及方法

有效

• 申請號: 202110051525.8
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112762781B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 陳天宇;李福棟;孫子涵;鄭旭;付彥吉;郝巖嶼;王文芳;宋海國
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: F42D1/00
• 分類號: F42D1/00;F42D3/04;F42D1/18;E21C47/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種露天礦用瞬態靜態氣體壓裂共同作用的破巖裝置，其特征在于：包括氣體增壓系統、儲能器、致裂室、封隔器及注氣管；所述氣體增壓系統數量若干，若干氣體增壓系統并聯設置；所述氣體增壓系統及儲能器位于鉆孔外部；所述致裂室位于鉆孔內部；在所述致裂室的側壁上開設有致裂孔，致裂室內腔通過致裂孔與鉆孔相連通；所述封隔器設置在致裂孔上下兩側的致裂室與鉆孔內孔壁之間的環向空間內；所述氣體增壓系統分兩路輸出，第一路通過注氣管與致裂室內腔相連通，第二路通過注氣管與封隔器相連通；用于連通所述氣體增壓系統和致裂室的注氣管與儲能器并聯設置；

并聯設置的所述氣體增壓系統交匯于第一三通，在第一三通與致裂室之間的注氣管上依次設置有第一壓力傳感器、第一流量傳感器、第一閥門、第二三通、第二閥門、第三三通、第一四通及第三閥門；所述儲能器的進氣端與第二三通相連通，在儲能器的進氣端與第二三通之間的管路上設置有第四閥門；所述儲能器的出氣端與第三三通相連通，在儲能器的出氣端與第三三通之間的管路上依次設置有第二壓力傳感器、第二流量傳感器及第五閥門；在所述鉆孔外部設置有廢氣儲罐，廢氣儲罐的進氣端與第一四通相連通，在廢氣儲罐的進氣端與第一四通之間的管路上依次設置有第三壓力傳感器及第六閥門；

所述氣體增壓系統包括空壓機、空氣儲罐、制氮機、氮氣儲罐、液氮儲罐、二氧化碳儲罐及加熱器；所述空壓機的出氣端與第一三通相連通，在空壓機的出氣端與第一三通之間的管路上依次設置有第四壓力傳感器、第四三通、第七閥門、第二四通、第一增壓泵、第五壓力傳感器、第三流量傳感器、第八閥門、第二增壓泵、第六壓力傳感器、第四流量傳感器及第九閥門；所述空氣儲罐的進氣端與第四三通相連通，在空氣儲罐的進氣端與第四三通之間的管路上設置有第十閥門；所述空氣儲罐的出氣端與制氮機的進氣端相連通，在空氣儲罐的出氣端與制氮機的進氣端之間的管路上設置有第十一閥門；所述制氮機的出氣端與氮氣儲罐的進氣端相連通，在制氮機的出氣端與氮氣儲罐的進氣端之間的管路上設置有第十二閥門；所述氮氣儲罐的出氣端與第二四通相連通，在氮氣儲罐的出氣端與第二四通之間的管路上依次設置有第十三閥門和第五三通；所述液氮儲罐的出液端與第五三通相連通，在液氮儲罐的出液端與第五三通之間的管路上設置有第十四閥門；所述二氧化碳儲罐的出氣端與加熱器的進料端相連通，在二氧化碳儲罐的出氣端與加熱器的進料端之間的管路上依次設置有第六三通及第十五閥門；所述加熱器的出料端與第二四通相連通，在加熱器的出料端與第二四通之間的管路上依次設置有第十六閥門及第七三通；所述第六三通與第七三通通過一根直通管路相連通，在直通管路上設置有第十七閥門；

所述封隔器包括環向承載基座、注氣中心管柱、環向封隔氣囊及高壓閉合噴頭；所述環向承載基座固定套裝在致裂室外部，所述注氣中心管柱固定插裝在環向承載基座內，注氣中心管柱與注氣管相連通；所述環向封隔氣囊套裝在環向承載基座周向外側，環向封隔氣囊與注氣管之間通過高壓閉合噴頭相連通；在所述高壓閉合噴頭的中心孔口內側同軸設置有一根推力彈簧，推力彈簧一端與高壓閉合噴頭相連，推力彈簧另一端連接有一張噴口密封板。

2.根據權利要求1所述的一種露天礦用瞬態靜態氣體壓裂共同作用的破巖裝置，其特征在于：所述致裂室可采用單級結構或多級串聯結構；當所述致裂室采用單級結構時，致裂室的上下兩端筒口分別通過頂部堵頭和底部堵頭進行封堵；當所述致裂室采用多級串聯結構時，上數第一級致裂室的上端筒口通過頂部堵頭進行封堵，相鄰致裂室之間通過螺接方式進行串聯連接，下數第一級致裂室的下端筒口通過底部堵頭進行封堵。

3.根據權利要求1所述的一種露天礦用瞬態靜態氣體壓裂共同作用的破巖裝置，其特征在于：在其中一套所述氣體增壓系統內，在所述第三流量傳感器與第八閥門之間的管路上還設置有第八三通，在第八三通與封隔器之間的注氣管上依次設置有第十八閥門、減壓閥、第十九閥門、第九三通及第十三通；所述第十三通分兩路與封隔器相連通，在第十三通與封隔器的第一路管路上設置有第二十閥門，在第十三通與封隔器的第二路管路上設置有第二十一閥門；所述第十三通與第一四通相連通，在第十三通與第一四通之間的管路上設置有第二十二閥門。