[发明专利]一种基于相变导向预裂实现深地高地应力释放的结构及方法

权利要求书

1.一种深地高地应力释放结构，其特征在于，包括：多个应力释放孔（1），每个所述应力释放孔（1）内设有可循环冷媒液的U型循环管（2），每个所述应力释放孔（1）的开口处均设有密封塞，该密封塞的中心处设有与应力释放孔（1）连通的注水管（3），所述注水管（3）将水引流至应力释放孔（1）的内腔，并使得水自内腔渗入岩层（100）裂缝中；

所述U型循环管（2）的两个自由端穿出密封塞后与冷媒储存罐连接；

多个应力释放孔（1）采用米字型布置，相同面积情况下，米字孔任意相对的五个孔都可以组成五花孔，卸压叠加圈增大，使卸压效果增加；卸压孔周围形成卸压圈，卸压圈相互叠加，卸压范围迅速增加，水在卸压范围内的孔隙结冰，融化，产生缝隙；

对岩层（100）进行射孔形成应力释放孔（1），应力释放孔（1）的孔深为5m ～7m；

采用高压水泵向注水管（3）内注水，压力感应计实时监测孔内水的压力，通过压力感应计控制进水量，高压注水时随着注水量的增加，压力变化必须得在安全范围内，不然就会促使岩爆的发生。

2.如权利要求1所述的深地高地应力释放结构，其特征在于，所述应力释放孔（1）的孔径为90mm~110mm，所述应力释放孔（1）的孔深为5m ~7m，相邻两个应力释放孔（1）的孔间距为0.5m~1m。

3.如权利要求1或2所述的深地高地应力释放结构，其特征在于，所述U型循环管（2）的弧形管段的周壁上设有中空的感应环（4），该感应环（4）的内腔设有温度传感器和压力感应计，所述温度传感器和压力感应计的传感头穿出感应环（4），以实现对水温度和压力的实时采集；

所述温度传感器和压力感应计的输出端与控制系统连接。

4.如权利要求1所述的深地高地应力释放结构，其特征在于，所述U型循环管（2）的竖直管段为螺旋盘管结构，所述U型循环管（2）为铜管。

5.一种基于相变导向预裂实现深地高地应力释放的方法，采用权利要求1-4任一项所述的深地高地应力释放结构，包括以下步骤：

步骤一、使用凿岩台车对岩层（100）开设多个应力释放孔（1）；

步骤二、向每个应力释放孔（1）内插入U型循环管（2）和注水管（3），在应力释放孔（1）的开口处安装密封塞，并使U型循环管（2）和注水管（3）的自由端穿出密封塞；

步骤三、采用高压水泵向步骤二的注水管（3）内注水，注水管（3）将水引流至应力释放孔（1）的内腔，并使得水自应力释放孔（1）的内腔渗入岩层（100）裂缝，完成第一次高地应力的释放；

步骤四、将步骤二中U型循环管（2）的自由端与冷媒储存罐连接，制冷系统（10）把冷能传递至存放有冷媒液的冷媒储存罐，通过低温泵将冷媒液输送至U型循环管（2），水结冰后致使岩层（100）裂缝扩张，完成第二次高低应力的释放；

步骤五、关闭步骤四中的低温泵，冰融化成水，完成第三次高地应力释放。

6.如权利要求5所述的基于相变导向预裂实现深地高地应力释放的方法，其特征在于，还包括步骤六、所述步骤五中第三次高地应力释放后未达到安全值，重复步骤四和步骤五，对应力释放孔（1）内的水进行多次冻融循环，直至达到高地应力释放的安全值。

7.如权利要求5或6所述的基于相变导向预裂实现深地高地应力释放的方法，其特征在于，所述步骤一和步骤二之间还包括步骤a、在感应环（4）的周壁上开设多个供传感头伸出的通孔，所述感应环（4）的内腔安装有温度传感器、压力感应计，再将感应环（4）固设在U型循环管（2）的弧形管段的周壁上，以实现对应力释放孔（1）内水的温度、压力的实时采集。