煤層封孔二氧化碳致裂器的製作方法
2023-05-16 02:25:11
本發明涉及煤礦鑽孔封堵爆裂技術領域，特別涉及煤層封孔二氧化碳致裂器。
背景技術：
炸藥爆破目前仍是煤礦開採的方法之一。炸藥爆破威力大、作用猛，是典型的明火爆破。但明火爆破有許多缺陷，對使用條件、使用環境、日常管理等方面有較高要求，尤其是在煤礦井下。許多煤礦瓦斯事故都是由於明火爆炸引起的。同時因炸藥發生其他意外爆炸的案例也時有發生，影響了安全生產，也造成了經濟的損失。
美國朗艾道公司最早於1938年開始研究高壓氣體爆破破煤技術，到50-60年代，世界上一些比較發達的國家如英、法、美、俄、波蘭和挪威等國家已將高壓氣體爆破採煤設備用於採煤工作面，目前該項技術已推廣至巖石、混凝土和其它物質的快速安全爆破，被廣泛採用於鋼鐵和水泥行業。如料倉、管道爆破排堵等。目前國內採用二氧化碳開採器進行煤層增透的方法得到了部分應用，該方法提高了煤層瓦斯抽採效率，是解決目前煤礦瓦斯抽採的一項創新技術，前期的井下工業實驗數據表明，使用二氧化碳開採器進行致裂增透後煤層瓦斯抽採流量最大增加5倍左右，抽採瓦斯濃度提高近15倍左右，可以有效的縮短抽採時間，使得煤體瓦斯快速釋放，並可以減少瓦斯事故發生，因此，二氧化碳增透技術是瓦斯治理領域的一項關鍵技術，實現了低透氣煤層瓦斯的有效抽採，增強了瓦斯資源利用的技術保障。
但目前現有的二氧化碳開採器存在許多應用上的問題，例如二氧化碳的爆破強度不能得到控制。
技術實現要素：
為了解決上述問題，提供一種二氧化碳致裂器，它可以提供可控制強度的爆破力，可以代替礦井開採中常用的雷管和炸藥，避免明火爆炸引起瓦斯爆炸，實現礦井安全生產。
本發明採用的技術方案為：煤層封孔二氧化碳致裂器，其包括主管1、設於主管1內部充裝腔11內的加熱裝置2、設於主管1前端的起爆頭3、設於主管1後端的洩能器4、設於洩能器4後端的護蓋5和封孔器6；所述起爆頭3上設置有起爆頭洩能通道31，所述起爆頭洩能通道31的一端與主管1的充裝腔11連接，所述起爆頭洩能通道31的另一端與二氧化碳開採器連接；所述洩能器4包括洩能頭41和洩能器洩能通道42，所述洩能器洩能通道42與主管1的充裝腔11間密封設置有定壓洩能片7，所述定壓洩能片7可促使加熱裝置2充裝到主管1充裝腔11內的液態二氧化碳加熱氣化並膨脹產生爆破力；其特徵在於，在二氧化碳開採器與所述起爆頭3的起爆頭洩能通道31連通處設有二氧化碳流量調節閥8。
本發明的優化，根據上述所述的煤層封孔二氧化碳致裂器，其特徵在於：所述加熱裝置2為液體二氧化碳氣化提供熱能加熱材料，所述加熱裝置2包括啟動器21、保護罩22和保護罩22內部的加熱材料，所述啟動器21包括埋設在加熱材料內的電點火頭，所述電點火頭上連接有兩根引線23，該兩根引線23分別於二氧化碳致裂器外的電源正負極電連接。
本發明的優化，根據最上面所述的煤層封孔二氧化碳致裂器，其特徵在於：所述起爆頭3上設置有引線外導體32，所述引線外導體32與起爆頭3絕緣，引線外導體32的一端與連接在加熱裝置2上的其中一根引線23連接，另一端延向二氧化碳開採器外。
本發明的優化，根據最上面所述的煤層封孔二氧化碳致裂器，其特徵在於：所述起爆頭3與主管1旋合的一端的端部與主管1間固定有導電墊圈9，所述導電墊圈9的中心孔上固定有絕緣接頭，所述絕緣接頭封堵在加熱材料盛裝保護罩22的開口端上，所述絕緣接頭上設有引線孔，所述連接在電點火頭上的其中一根引線23穿過引線孔與引線外導體32連接，所述引線外導體32將引線孔的位於加熱材料盛裝保護罩22直管外的孔口封堵，所述導電墊圈9的實體部分上設置有連通起爆頭3洩能通道31和主管1充裝腔11的過流孔。
本發明的優化，根據最上面所述的煤層封孔二氧化碳致裂器，其特徵在於：所述主管1由鋼鐵材料製成，所述導電墊圈9由銅製成。
本發明的工作原理為：洩能頭洩能通道與主管的充裝腔間密封設置有定壓洩能片，主管的充裝腔內設置有加熱裝置，定壓洩能片在加熱裝置將充裝到主管腔內的液態二氧化碳加熱氣化並膨脹到一定壓力時破裂，可根據爆裂物的厚度和面積，通過調節二氧化碳的流量從而可控制破裂程度，避免爆裂力過大造成其它不避免的破壞。本發明可代替礦井開採中常用的雷管和炸藥，避免明火爆炸引起瓦斯爆炸，實現礦井安全生產，還可以在瓦斯抽採過程中使煤體預裂，有效增加煤層透氣性，提高煤層瓦斯抽採效率。
本發明與現有技術相比，其效果為：本發明技術解決了以往不能用於煤礦井工作業難題，可以進行煤礦井下掘進和回採作業。
1、爆破致裂全過程不產生火花，液體二氧化碳轉化成為氣體時，吸收大量的熱量，對高瓦斯礦井和煤與瓦斯突出礦井進行致裂回採尤為安全。
2、致裂媒體成塊率高達80％以上，爆破不會產生衝擊力，不會引起爆破塊飛濺，粉塵濃度小，不揚塵，無有毒有害氣體產生，改善了工作環境，有益礦工身體健康和安全。
3、沒有破壞性的震蕩和振波，不會帶來其他地方的坍塌、碎裂性破壞。
4、媒體致裂後就可以直接進行現場作業，無需灑水降塵，可連續作業。
5、爆破力易控，控制液體二氧化碳的流量即可控制爆破力強度。
附圖說明
圖1為本發明煤層封孔二氧化碳致裂器組裝前結構示意圖；
圖2為本發明煤層封孔二氧化碳致裂器組裝後結構示意圖；
附圖標記：主管-1、充裝腔-11、加熱裝置-2、啟動器-21、保護罩-22、引線-23、起爆頭-3、起爆頭洩能通道-31、引線外導體-32、洩能器-4、洩能頭-41、洩能器洩能通道-42、護蓋-5、封孔器-6、定壓洩能片-7、流量調節閥-8、導電墊圈-9。
具體實施方式
為了使本發明的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，現結合具體實施例和附圖，對本發明進行進一步闡述。
煤層封孔二氧化碳致裂器，其包括主管1、設於主管1內部充裝腔11內的加熱裝置2、設於主管1前端的起爆頭3、設於主管1後端的洩能器4、設於洩能器4後端的護蓋5和封孔器6；所述起爆頭3上設置有起爆頭洩能通道31，所述起爆頭洩能通道31的一端與主管1的充裝腔11連接，所述起爆頭洩能通道31的另一端與二氧化碳開採器連接；所述洩能器4包括洩能頭41和洩能器洩能通道42，所述洩能器洩能通道42與主管1的充裝腔11間密封設置有定壓洩能片7，所述定壓洩能片7可促使加熱裝置2充裝到主管1充裝腔11內的液態二氧化碳加熱氣化並膨脹產生爆破力；在二氧化碳開採器與所述起爆頭3的起爆頭洩能通道31連通處設有二氧化碳流量調節閥8。
所述加熱裝置2為液體二氧化碳氣化提供熱能加熱材料，所述加熱裝置2包括啟動器21、保護罩22和保護罩22內部的加熱材料，所述啟動器21包括埋設在加熱材料內的電點火頭，所述電點火頭上連接有兩根引線23，該兩根引線23分別於二氧化碳致裂器外的電源正負極電連接。
所述起爆頭3上設置有引線外導體32，所述引線外導體32與起爆頭3絕緣，引線外導體32的一端與連接在加熱裝置2上的其中一根引線23連接，另一端延向二氧化碳開採器外。
所述起爆頭3與主管1旋合的一端的端部與主管1間固定有導電墊圈9，所述導電墊圈9的中心孔上固定有絕緣接頭，所述絕緣接頭封堵在加熱材料盛裝保護罩22的開口端上，所述絕緣接頭上設有引線孔，所述連接在電點火頭上的其中一根引線23穿過引線孔與引線外導體32連接，所述引線外導體32將引線孔的位於加熱材料盛裝保護罩22直管外的孔口封堵，所述導電墊圈9的實體部分上設置有連通起爆頭3的起爆頭洩能通道31和主管1充裝腔11的過流孔。
所述主管1由鋼鐵材料製成，所述導電墊圈9由銅製成。
煤層封孔二氧化碳致裂器的利用方法，包括筒體一端螺紋擰緊在閥體上，筒體另一端與連接頭接觸部位放入紫銅墊片、剪切片後螺紋擰緊，打開充裝開關，從充裝口充裝滿液態二氧化碳，關閉充裝開關後，將閥體端的連接頭螺紋擰緊在筒體，特徵在於：①從電纜線走線孔將電纜線接在接線柱上，用電纜線連接插頭連接電纜線，用膠帶封堵其電纜線槽，用樹脂材料封堵放置電纜線的其餘電纜線槽，構成一個二氧化碳相變煤層致裂器，②在煤層中打一煤層致裂鑽孔，將一個二氧化碳相變煤層致裂器一端部分插入鑽孔，另一端螺紋連接另一個二氧化碳相變煤層致裂器，通過電纜線連接插頭連接電纜線用膠帶封堵其部分電纜線槽，用鑽機旋轉或直推入鑽孔，再螺紋連接下一個二氧化碳相變煤層致裂器，再通過電纜線連接插頭連接電纜線用膠帶封堵其部分電纜線槽，再用鑽機旋轉或直推入鑽孔，重複此操作，插入鑽孔的二氧化碳相變煤層致裂器數量達到煤層致裂工程要求時停止此操作，通過電纜線接電激發發熱裝置讓液態二氧化碳相變成高壓氣體使剪切片被剪掉，高壓氣體從洩爆孔噴出致裂煤層。
本具體實施例的工作原理為：洩能頭洩能通道與主管的充裝腔間密封設置有定壓洩能片，主管的充裝腔內設置有加熱裝置，定壓洩能片在加熱裝置將充裝到主管腔內的液態二氧化碳加熱氣化並膨脹到一定壓力時破裂，可根據爆裂物的厚度和面積，通過調節二氧化碳的流量從而可控制破裂程度，避免爆裂力過大造成其它不避免的破壞。本發明可代替礦井開採中常用的雷管和炸藥，避免明火爆炸引起瓦斯爆炸，實現礦井安全生產，還可以在瓦斯抽採過程中使煤體預裂，有效增加煤層透氣性，提高煤層瓦斯抽採效率。
本具體實施例與現有技術相比，其效果為：本發明技術解決了以往不能用於煤礦井工作業難題，可以進行煤礦井下掘進和回採作業。
1、爆破致裂全過程不產生火花，液體二氧化碳轉化成為氣體時，吸收大量的熱量，對高瓦斯礦井和煤與瓦斯突出礦井進行致裂回採尤為安全。
2、致裂媒體成塊率高達80％以上，爆破不會產生衝擊力，不會引起爆破塊飛濺，粉塵濃度小，不揚塵，無有毒有害氣體產生，改善了工作環境，有益礦工身體健康和安全。
3、沒有破壞性的震蕩和振波，不會帶來其他地方的坍塌、碎裂性破壞。
4、媒體致裂後就可以直接進行現場作業，無需灑水降塵，可連續作業。
5、爆破力易控，控制液體二氧化碳的流量即可控制爆破力強度。
本發明的煤層封孔二氧化碳致裂器可以代替礦井開採中使用的雷管和炸藥，避免明火爆炸引起瓦斯爆炸，實現礦井安全生產，還可以在瓦斯抽採過程中使煤層預裂，有效增加煤層透氣性，提高煤層瓦斯抽採效率，具有優越的使用性能和廣闊的前景。
以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中的描述僅為本發明的優選例，本發明並不受上述優選例的限制，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還可有各種變化和改進，這些變化和改進都落入本發明要求保護的範圍內。
儘管已經示出和描述了本發明的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由所附權利要求及其等同物限定。