一种二氧化碳相变爆破致裂一体化封孔装置及使用方法与流程-k8凯发

本发明涉及煤矿，具体而言，涉及一种二氧化碳相变爆破致裂一体化封孔装置及使用方法。

背景技术：

1、近年来，由于矿井开采深度逐渐增加，地质条件日渐复杂，煤矿面临的问题也逐渐增多，如深部煤层透气性降低、煤与瓦斯突出风险增高、工作面断层数量增多等，这些问题对煤炭资源的安全开采造成了严重影响。为了解决上述问题，国内外研究人员已经研发出了许多爆破致裂技术，其中二氧化碳相变致裂技术是近年来兴起的一种利用二氧化碳状态相互转变产生致裂的技术。其原理是通过施加一定的压力将液态二氧化碳充装入一个放置有反应药卷的特制致裂管内，将组装好的致裂管运送到预先打好的钻孔中，通过电流加热引爆药卷使致裂管内的二氧化碳由液态转变为气态，利用二氧化碳在管内液-气两相转变的过程中释放出的巨大能量作用于被破碎物体，致使被破碎物体产生大量裂隙，从而达到爆破致裂的目的。但由于二氧化碳相变爆破过程中，致裂管可能会快速从钻孔飞出，从而增加爆破的危险性。因此，在安装致裂管后需要对钻孔进行封堵。

2、目前，国内外学者对二氧化碳相变爆破的装置、原理、效果等进行了大量深入细致的研究，但对二氧化碳爆破的封孔装置、封孔方法及其对爆破效果的影响研究相对较少。而在整个爆破过程中，封孔工艺和装备是影响该技术效果好坏的关键环节。现有封孔大都采用沙土封堵亦或是不进行封孔，或封孔装置操作繁琐，导致二氧化碳相变爆破技术操作风险增高，不利于该技术的广泛应用与推广。为此，亟需提出一种操作简便、安全性高、适应性强的封孔装置及使用方法。

技术实现思路

1、为了弥补以上不足，本发明提供了一种二氧化碳相变爆破致裂一体化封孔装置及使用方法，旨在改善背景技术中的问题。

2、本发明实施例提供了一种二氧化碳相变爆破致裂一体化封孔装置，包括致裂管和封孔器，所述封孔器设置在所述致裂管的一端，所述致裂管包括释放管、连接头、定压剪切片、爆破筒和加热器，所述释放管上设置有用于释放能量的切缝，所述释放管的一端与所述连接头的一端螺纹连接，所述定压剪切片安装在所述爆破筒的底端，所述爆破筒设置为中空结构，且内部设置有用于充装液态二氧化碳的填充腔，所述加热器插接在所述填充腔的内部；

3、所述封孔器的端头设置有进压阀、提升环、泄压阀，所述提升环固定设置在所述封孔器的中间位置，所述进压阀和所述泄压阀对称设置在所述提升环的两侧。

4、在一种具体的实施方案中，所述切缝设置有四条，四条所述切缝对称设置在所述释放管的四周。

5、在上述实现过程中，能够增加释放能量的充分性，便于液态二氧化碳相变后气体的释放迅速喷出并直接作用于被破碎物体。

6、在一种具体的实施方案中，所述封孔器内部部分设置为中空结构，且所述封孔器与所述致裂管螺纹连接。

7、在上述实现过程中，能够方便封孔器与致裂管进行拆装。

8、在一种具体的实施方案中，所述封孔器由可膨胀性高强材料制成，且所述封孔器的内部设置有用于进压膨胀的膨胀囊腔。

9、在上述实现过程中，封孔器外表面粗糙可增大与孔壁之间的摩擦力，大大加强了封孔的稳定性，从而避免了爆破瞬间致裂管从孔中飞出，防止直接伤害到人员生命安全，提高了安全性能。

10、在一种具体的实施方案中，所述定压剪切片的压力大小设置在90～270mpa之间，且当压力达到所述定压剪切片设定压力时，所述定压剪切片破裂。

11、在一种具体的实施方案中，所述致裂管由高强度金属材料制成。

12、在上述实现过程中，高强度金属材料具有耐高温、耐低温、不易变形、折断的优点，可重复多次使用。

13、在一种具体的实施方案中，所述释放管的端部设置为圆锥形结构。

14、在上述实现过程中，能够增加爆破效果。

15、在一种具体的实施方案中，所述封孔器的内径与所述致裂管的端头螺栓直径相同，所述封孔器的外径与所述致裂管直径一致。

16、在上述实现过程中，能够方便封孔器与致裂管进行连接。

17、在一种具体的实施方案中，所述进压阀和所述泄压阀的顶部均设有保护盖。

18、在上述实现过程中，能够方便对进压阀和泄压阀进行防护和开关。

19、一种二氧化碳相变爆破致裂一体化封孔装置的使用方法，包括以下步骤：

20、步骤一、材料准备：利用二氧化碳充装系统将液态二氧化碳充入爆破筒内的填充腔中，再连接好释放管及封孔器，待安装完毕后，将致裂管运输至井下爆破地点并装入钻孔内；

21、步骤二、注压封孔：将进压阀上的保护盖取下，打开进压阀，拧紧泄压阀，将井下压风管与封孔器上的进压阀相连接，进行注压，膨胀囊腔膨胀实现封孔；

22、步骤三、启动爆破：封孔完成后，连接二氧化碳起爆系统，进行起爆，电流瞬间将加热器加热，爆破筒内液态二氧化碳发生气化，当爆破筒内压力达到定压剪切片的压力时，定压剪切片破裂，能量通过释放管的切缝向外迅速喷出，作用在被破碎物体上；

23、步骤四、泄压回收：爆破完成后，打开封孔器上的泄压阀放出膨胀囊腔内的高压气体，勾住封孔器上的提升环取出装置即可。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果：

25、1、本发明中的致裂管与封孔器之间螺纹连接拆卸方便，可实现重复使用，经济成本低，且在封孔器的端头设置提升环，便于从孔内取出致裂管，现场操作方便；

26、2、本发明中的一体化封孔装置，结构简单，封孔便利、速度快、效率高、劳动强度低、安全性高。

技术特征：

1.一种二氧化碳相变爆破致裂一体化封孔装置，其特征在于，包括致裂管(1)和封孔器(2)，所述封孔器(2)设置在所述致裂管(1)的一端，所述致裂管(1)包括释放管(11)、连接头(12)、定压剪切片(13)、爆破筒(14)和加热器(15)，所述释放管(11)上设置有用于释放能量的切缝(16)，所述释放管(11)的一端与所述连接头(12)的一端螺纹连接，所述定压剪切片(13)安装在所述爆破筒(14)的底端，所述爆破筒(14)设置为中空结构，且内部设置有用于充装液态二氧化碳的填充腔(17)，所述加热器(15)插接在所述填充腔(17)的内部；

2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳相变爆破致裂一体化封孔装置，其特征在于，所述切缝(16)设置有四条，四条所述切缝(16)对称设置在所述释放管(11)的四周。

3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳相变爆破致裂一体化封孔装置，其特征在于，所述封孔器(2)内部部分设置为中空结构，且所述封孔器(2)与所述致裂管(1)螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的一种二氧化碳相变爆破致裂一体化封孔装置，其特征在于，所述封孔器(2)由可膨胀性高强材料制成，且所述封孔器(2)的内部设置有用于进压膨胀的膨胀囊腔(25)。

5.根据权利要求1所述的一种二氧化碳相变爆破致裂一体化封孔装置，其特征在于，所述定压剪切片(13)的压力大小设置在90～270mpa之间，且当压力达到所述定压剪切片(13)设定压力时，所述定压剪切片(13)破裂。

6.根据权利要求1所述的一种二氧化碳相变爆破致裂一体化封孔装置，其特征在于，所述致裂管(1)由高强度金属材料制成。

7.根据权利要求1所述的一种二氧化碳相变爆破致裂一体化封孔装置，其特征在于，所述释放管(11)的端部设置为圆锥形结构。

8.根据权利要求1所述的一种二氧化碳相变爆破致裂一体化封孔装置，其特征在于，所述封孔器(2)的内径与所述致裂管(1)的端头螺栓直径相同，所述封孔器(2)的外径与所述致裂管(1)直径一致。

9.根据权利要求1所述的一种二氧化碳相变爆破致裂一体化封孔装置，其特征在于，所述进压阀(21)和所述泄压阀(23)的顶部均设有保护盖(24)。

10.一种二氧化碳相变爆破致裂一体化封孔装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提供了一种二氧化碳相变爆破致裂一体化封孔装置及使用方法，属于煤矿技术领域。包括致裂管和封孔器，所述致裂管包括释放管、连接头、定压剪切片、爆破筒和加热器，所述释放管上设置有用于释放能量的切缝，所述释放管的一端与所述连接头的一端螺纹连接，所述定压剪切片安装在所述爆破筒的底端，所述爆破筒设置为中空结构，且内部设置有用于充装液态二氧化碳的填充腔，所述加热器插接在所述填充腔的内部；所述封孔器的端头设置有进压阀、提升环、泄压阀。本发明中的致裂管与封孔器之间螺纹连接拆卸方便，可实现重复使用，经济成本低，且在封孔器的端头设置提升环，便于从孔内取出致裂管，现场操作方便。

技术研发人员：赵亮,张敏,卜守健,耿立涛,张炜,徐昆,胡阳,刘杰,朱磊,晏军政
受保护的技术使用者：淮北矿业股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8