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专利号: 2016109977711
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种坚硬煤层顶板致裂装置,包括致裂钻孔(1),其特征在于:还包括伸入致裂钻孔(1)内的注水管(5),注水管(5)上间隔设有多个定点致裂装置(4),注水管(5)的内外两侧分别设有超耐压封孔器(3),所述致裂钻孔(1)外部设有动态脉动压裂装置(A)和温度监测装置(B);

所述的动态脉动压裂装置(A)包括电子压力表(7)、注水软管(8)、溢流阀(9)、胶管(10)、变频器(11)、脉动注水泵(12)和贮水箱(13),电子压力表(7)安设在注水管(5)相连接的端口位置,注水软管(8)一端与注水管(5)外露端相连,另一端通过溢流阀(9)将胶管(10)连接起来,胶管(10)分别连通至贮水箱(13)及脉动注水泵(12),脉动注水泵(12)通过电缆与变频器(11)连接;

所述的温度监测装置(B)包括导线(14)、信号集成器(15)和温度收集控制台(16),导线(14)的一端与致裂钻孔(1)内热电偶引出的导线相连,另一端与信号集成器(15)相连,信号集成器(15)与温度收集控制台(16)相连。

2.根据权利要求1所述的一种坚硬煤层顶板致裂装置,其特征在于:所述的注水软管(8)上设有单向阀门(6)。

3.根据权利要求1所述的一种坚硬煤层顶板致裂装置,其特征在于:所述的定点致裂装置(4)包括带有缝槽(4-4)的花管(4-5)、将花管(4-5)与注水管(5)连为一体的管箍(4-1)、花管(4-5)的中间设装有静态破碎剂粉末的纱布袋(4-3),纱布袋(4-3)的外侧设有热电偶的卡盘(4-2)。

4.一种使用权利要求1、2或3所述装置的坚硬煤层顶板致裂方法,其特征在于:包括如下步骤:a. 利用钻机分别在坚硬顶板(17)内施工致裂钻孔(1)和监测钻孔(2)至设定深度;

b. 向致裂钻孔(1)内输送定点致裂装置(4),先将一端封闭的注水管(5)穿过超耐压封孔器(3),然后在注水管(5)上间隔距离连通多个定点致裂装置(4)一并送入致裂钻孔(1)内,分别将多个定点致裂装置(4)上的热电偶用导线(14)沿注水管(5)引至钻孔外,在距离致裂钻孔(1)3m位置处,利用超耐压封孔器(3)对致裂钻孔(1)进行密封;

c. 在致裂钻孔(1)的孔口设置动态脉动压裂装置(A)和温度监测装置(B),记录定点致裂装置(4)中卡盘(4-2)区域的孔壁温度为T0;

d. 启动脉动注水泵(12),调节变频器(11)将频率为6Hz的压力水经溢流阀(9)→注水软管(8)→单向阀门(6)→注水管(5)→定点致裂装置(4),流动到致裂装置(4)中装有静态破碎剂的纱布袋(4-3)内,在脉动压力水的往复冲击作用下,水与纱布袋(4-3)内的静态破碎剂充分混合成浆液,浆液渗流至卡盘(4-2)与致裂钻孔孔壁之间的区域;

e. 利用温度收集控制台(16)记录浆液反应放热过程中卡盘(4-2)区域的放热孔壁温度T,若T>T0并持续上升时,关闭脉动注水泵(12);

f. 当T持续降低并趋近于T0时,启动脉动注水泵(12),持续脉动注水至电子压力表(7)的压力值上升后,调节变频器(11),注水频率在6Hz 20Hz之间交替变化;继续注水至电子压~力表(7)数值出现大幅度降低,关闭变频器(11),保持压力进行注水,当监测钻孔(2)流出带有白色晶粒的水时,耦合致裂结束。

5.根据权利要求4所述的一种坚硬煤层顶板致裂方法,其特征在于:所述致裂钻孔(1)和监测钻孔(2)相距5-10 m。

6.根据权利要求4所述的一种坚硬煤层顶板致裂方法,其特征在于:所述致裂装置(4)中纱布袋(4-3)内的静态破碎剂粉末中添加有不溶水的惰性白色砂粒,粒径范围为40 60~目,耐压强度为50 60MPa。

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7.根据权利要求4所述的一种坚硬煤层顶板致裂方法,其特征在于:所述的卡盘(4-2)内选用的热电偶型号为K型,灵敏度为0.5℃,温度检测范围为10 150℃,可承受最大压力为~

5MPa。