[发明专利]本质安全型二氧化碳致裂及驱替一体系统

说明书

本发明公开了一种本质安全型二氧化碳致裂及驱替一体系统，包括二氧化碳致裂器、气源系统、高压增压注入机构、大流量中低压注入机构、第一矿用高压软管和第二矿用高压软管，二氧化碳致裂器带有定压破裂片和释放管，内腔中不含燃烧棒、点火头及二氧化碳液体，气源系统能向位于钻孔外的二氧化碳致裂器注入二氧化碳气体；在二氧化碳致裂器的尾端设置有两个大小不同的注入孔，小注入孔与高压增压注入机构相连，大注入孔与大流量中低压注入机构相连，高压增压注入机构、大流量中低压注入机构与气源系统相连。能采用物理方法起爆二氧化碳致裂器实现开采煤层的致裂，并借用二氧化碳致裂器进行瓦斯气体的驱替，实现了二氧化碳致裂器的一物两用。

技术领域

本发明属于煤层瓦斯抽采设备技术领域，具体涉及一种安全型的二氧化碳致裂及驱替一体系统。

背景技术

二氧化碳致裂器是应用液态二氧化碳受热气化膨胀，快速释放高压气体破断煤层，解决了以往用炸药爆破开采，预裂中毁坏性大及风险性高的缺陷，在一定程度上提高了煤矿开采和预裂的安全性，因此广泛适用于煤矿作业。

二氧化碳致裂的原理是：二氧化碳在低于31℃时以液态存在，而超越31℃时开始气化，并且随着温度的变化压力也在不断的变化。利用二氧化碳这一特点，在致裂器主管内充装一定量的液态二氧化碳(通常为1.5kg左右)，同时在致裂器主管内还安装有点火头、燃烧棒和定压破裂片，利用起爆器控制点火头引起燃烧棒燃烧，从而对液态二氧化碳加热，使液态二氧化碳瞬间气化收缩并产生高压，体积收缩600倍以上。当压力到达设定极限值时，定压破裂片破断，高压气体从释放管上的释放孔释放，作用在煤(岩)体上，从而达到煤层致裂的目的。

现有的二氧化碳致裂器相比炸药爆炸致裂，虽然在一定程度上提高了煤矿开采作业的安全性，但由于采用点火燃烧的方式，而煤层中瓦斯气体较多，对于煤矿安全生产仍存在一定的安全隐患。另外，二氧化碳致裂器内自带的液态二氧化碳较少，仅够用于煤层致裂使用。

发明内容

针对现有二氧化碳致裂器通过燃烧的化学方式致裂，对煤层开采仍存在一定的安全隐患，并且二氧化碳致裂器自带液态二氧化碳量较少，仅够用于煤层致裂的局限性，本发明拟提供一种本质安全型二氧化碳致裂及驱替一体系统。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种本质安全型二氧化碳致裂及驱替一体系统，包括二氧化碳致裂器、气源系统、高压增压注入机构、大流量中低压注入机构、第一矿用高压软管和第二矿用高压软管，所述二氧化碳致裂器带有定压破裂片和释放管，内腔中不含燃烧棒、点火头及二氧化碳液体，第二矿用高压软管的内径大于第一矿用高压软管的内径，所述气源系统能向位于钻孔外的二氧化碳致裂器注入二氧化碳液体，且二氧化碳致裂器预充液后的压力小于定压破裂片设定破裂压力；在所述二氧化碳致裂器的尾端设置有两个大小不同的注入孔，当二氧化碳致裂器的小注入孔通过第一矿用高压软管与高压增压注入机构相连，二氧化碳致裂器的大注入孔通过第二矿用高压软管与大流量中低压注入机构相连，高压增压注入机构、大流量中低压注入机构分别通过管路与所述气源系统相连，且二氧化碳致裂器被推送入钻孔内时，气源系统、高压增压注入机构能向二氧化碳致裂器内注入压力为60MPa以上的二氧化碳液体，使二氧化碳致裂器内的定压破裂片破裂实现高压增压物理起爆，从而实现开采煤层的致裂；气源系统、大流量中低压注入机构能向二氧化碳致裂器内注入压力为常压—10MPa的二氧化碳气体或液体，通过二氧化碳致裂器的释放孔排入致裂后的开采煤层内进行瓦斯驱替。

作为上述方案的优选，所述第一矿用高压软管、第二矿用高压软管上分别设置有单向截止阀，当气源系统、高压增压注入机构向二氧化碳致裂器内注入压力为60MPa以上的二氧化碳液体时，第一矿用高压软管上的单向截止阀处于打开状态，第二矿用高压软管上的单向截止阀处于关闭状态；当气源系统、大流量中低压注入机构向二氧化碳致裂器内注入压力为常压—10MPa的二氧化碳气体或液体时，第二矿用高压软管上的单向截止阀处于打开状态，第一矿用高压软管上的单向截止阀处于关闭状态。