一种矿用二氧化碳致裂装置的制作方法

本发明涉及一种矿用二氧化碳致裂装置。属于煤层致裂增透技术领域，尤其适用于高瓦斯突出煤层的治理与预防。

背景技术：

我国大部分矿井都是高瓦斯突出矿井，随着开采技术的提高和开采深度的增加，煤层的瓦斯含量逐渐增大，煤层的透气性降低，突出危险性大大增加，再加上我国的瓦斯灾害预测与防治技术还在发展中，还缺乏可靠的技术手段和方法，安全方面科技投入较低，很多安全技术难题还没有从根源上得到解决。

目前，国内通常采用炸药预裂、水力压裂和水力冲孔等技术手段来增加煤层裂隙，提高煤层透气性，促使瓦斯从煤层中解吸出来，从而提高瓦斯抽采效率，消除煤层的突出危险性。这些技术在治理矿井瓦斯工作中发挥了很好的作用，但仍存在一定的局限性。

液态二氧化碳致裂技术凭借其特有的安全性高，威力强，工艺简单等特点，成为煤层致裂增透措施研究的热点。但是现阶段液态二氧化碳致裂技术的研究多集中于岩石爆破、隧道开掘、管道清理、城市建设等方面，在煤矿使用方面的研究则相对较少。此外，现有的二氧化碳致裂设备在精准致压、储液腔密封性及在气压作用下装置的返向增阻方面还存在着诸多不足，基于此，本发明提供一种矿用二氧化碳致裂装置，以达到精准、高效、安全致裂增透的目的。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有的二氧化碳致裂技术的不足，提供一种矿用二氧化碳致裂装置，在现有二氧化碳致裂装置的基础上增加了端部增阻防滑、压力传感器、磁力门等装置，其特点在于设计合理，密封性能好，安全性与适应性强且安装使用方便。

为了实现上述目的，本发明的具体实施方案如下：一种矿用二氧化碳致裂装置，包括端部增阻防滑装置1、气压释放装置3、磁力门6、储液腔7、单向注液磁力门9、加热装置10、密封橡胶圈12、压力传感装置13、开关15、17和手柄18；所述端部增阻防滑装置1上焊接有高强度的铁片装置，对整个致裂装置起到增阻防滑作用，增阻防滑装置1与气压释放装置3连接；所述气压释放装置3上设置有气压孔4；所述磁力门5为两扇扇形门对接而成，磁力门左右两边各设置有连接导线的硅钢片6；所述储液腔7采用高强度耐热合金钢制造，能承受较高压力而不产生塑性变形；所述单向注液磁力门9右端设置有磁石，注液孔的上端为活塞装置；所述加热装置10通过导线与电路板16连接，电路板16与开关17相连；加热装置10由保护罩11进行传热与保护；所述压力传感装置13与压力显示装置14连接；储液腔7外围设置有密封橡胶圈12。

作为本发明进一步的方案：端部增阻防滑装置1上焊接有高强度的铁片装置，其特征在于形成类似“倒爪”形状，避免致裂装置释放压力后气压与孔壁产生反作用力致使整个致裂装置脱落或者滑落，适用于水平或仰斜钻孔中的致裂增透作业。

作为本发明进一步的方案：气压释放装置3一端设置有销孔，连接方式为螺丝固定连接，主要用于多个致裂器进行连接，用于超深孔致裂。

作为本发明进一步的方案：磁力门5为两扇扇形门对接而成，接触面设置有磁力装置，保证两扇门的紧密贴合，磁力门左右两边各设置有连接导线的硅钢片6，其特征在于当接通电源，触发开关15时，电流通过硅钢片，电磁锁会产生强大的吸力将扇形门吸附住，以此达到“开门”的效果，释放气压，其中电磁锁产生的吸力远远大于扇形门间的磁力。

作为本发明进一步的方案：单向注液磁力门9右端设置有磁石，当注入液态二氧化碳时，由上而下的冲击力将磁力门9打开，注液结束后，磁力门9紧紧吸附在储液腔7的内壁，其特征在于仅仅可以单向运动，防止储液腔中气压泄露。

作为本发明进一步的方案：加热装置10通过导线与电路板16连接，其特征在于当接通电源，触发开关17时，加热装置开始对储液腔中的液态二氧化碳加热，利用二氧化碳气相、液相间转换特性产生巨大的压力。

作为本发明进一步的方案：压力传感装置13是一种具有外壳、金属压力接口以及高电平信号输出的压力测量装置，与压力显示装置14连接，其特征在于能够实时监测储液腔内压力，当腔内气压压力达到作业要求时，触发开关打开磁力门，从而达到精准致裂目的。

作为本发明进一步的方案：密封橡胶圈12采用阻燃材料制作，密封圈位于致裂装置和孔壁之间。

本发明的有益效果：与现有技术相比，该装置设计合理，通过磁力门、单向注液磁力门和密封橡胶圈等装置，实现了储液腔和作业空间的全封闭，防止气压泄露，对煤层致裂增透技术所需压力提供了保证；此外，通过压力传感装置和电磁门装置，实现了煤层精准致裂目的；端部增阻防滑装置避免了装个装置在不同角度作业条件下飞出或滑落现象，对致裂装置起到一定固定作用，减轻了作业人员的劳动强度和作业难度，在现场，作业人员可以很轻易地掌握其机理和使用方法；该装置所有的电路连接均为内置全封闭，在整个操作过程中无明火，在煤与瓦斯突出的矿井中使用更为安全。

附图说明

为了易于说明，对本发明专利具体的实施方式及附图作以详细描述。

图1为矿用二氧化碳致裂装置整体结构示意图。

图2为磁力门、单向注液磁力门装置结构示意图。

图中符号说明如下：

1-端部增阻防滑装置；2-销孔；3-气压释放装置；4-气压孔；5-磁力门；6-硅钢片；7-储液腔；8-注液孔；9-单向注液磁力门；10-加热装置；11-保护罩；12-密封橡胶圈；13-压力传感装置；14-压力显示装置；15-磁力门开关；16-电路板；17-加热开关；18-手柄；19-磁石。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明专利的技术方案作进一步详细的说明。

请参阅图1所示的一种矿用二氧化碳致裂装置，包括1端部增阻防滑装置；2销孔；3气压释放装置；4气压孔；5磁力门；6硅钢片；7储液腔；8注液孔；9单向注液磁力门；10加热装置；11保护罩；12密封橡胶圈；13压力传感装置；14压力显示装置；15磁力门开关；16电路板；17加热开关；18手柄；19-磁石。

本发明的工作原理是：注入液态二氧化碳前，磁力门开关15和加热开关17处于关闭状态。根据作业要求由注液孔8加入液态二氧化碳，确定单向注液磁力门9处于关闭状态后拧紧注液孔活塞。将二氧化碳致裂装置放入钻孔，检验密封橡胶圈12与孔壁的密封性。接通电源，打开加热开关17，由加热装置10进行加热，使储液腔内液态二氧化碳瞬间气化(温度超过31.2℃)，体积膨胀约500～600倍，造成二氧化碳气体压力急剧升高，通过压力传感装置13收集腔内压力数据，由压力显示装置14读取数据。当压力达到作业要求时，打开磁力门开关15，磁力门5由此打开，瞬间产生的强大冲击力，破坏煤层的完整性或沿煤层自然裂隙传递，从而达到致裂增透目的。

本发明实现了对高瓦斯煤层的精准、高效、安全致裂增透的目的，采用二氧化碳致裂装置进行煤层致裂爆破增透，能使瓦斯抽采钻孔周围煤层裂隙大幅度增加，煤层原生裂隙得到扩散，大大提高煤层透气性，使瓦斯抽采量大幅度提升，从而在抽采过程中降低煤层瓦斯压力，消除煤层突出危险性，同时缩短了抽采时间，提高了抽放效率，为掘进工作面快速掘进创造了条件，具有良好的经济效益和实际应用价值。

以上所述，仅为本发明专利的具体实施方式，但本发明专利的保护范围并不局限与此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。