[发明专利]液氮致裂装置及施工方法和具有致裂装置的致裂系统

权利要求书

1.一种液氮致裂装置，其特征在于，包括：

储氮罐（110）；

阀门（120），与所述储氮罐（110）相连通；

液氮注射管（130），其一端与所述阀门（120）相连通，另一端延伸至煤体（200）中；

感测组件（140），其配置为感测所述煤体（200）的应变信号；

计算机（160），其一端与所述阀门（120）相耦接，另一端与感测组件（140）相耦接，并配置为从所述感测组件（140）接收所述应变信号，并基于所述应变信号调节所述阀门（120）的流量；

其中，所述感测组件（140）包括：

至少一个光纤光栅应变传感器（141），用于监测在注入液氮后的煤体（200）结构变化所造成的应变；

至少一个温度补偿传感器（142），用于监测在注入液氮后的煤体（200）由于温度变化所造成的应变；

光栅解调仪（150），其一端与所述光纤光栅应变传感器（141）、所述温度补偿传感器（142）相耦接，其另一端与计算机（160）相耦接；

多个钻孔（210），开设于所述煤体（200）中，所述钻孔（210）包括三个，在三个所述钻孔（210）中，其中一个钻孔（210）沿着水平方向（x）开设，另外两个钻孔（210）对称布置在其两侧，使得相邻两个钻孔（210）之间的夹角开口朝向液氮注射管（130）；其中，温度补偿传感器（142）安装在水平方向（x）的钻孔（210）内，光纤光栅应变传感器（141）安装在另外两个钻孔（210）内。

2.根据权利要求1所述的液氮致裂装置，其特征在于，

所述光纤光栅应变传感器（141）、所述温度补偿传感器（142）通过环氧树脂固定在所述钻孔（210）中。

3.根据权利要求2所述的液氮致裂装置，其特征在于，

所述钻孔（210）内壁还配置有金属保护层（170）。

4.根据权利要求2所述的液氮致裂装置，其特征在于，

所述钻孔（210）由背离所述液氮注射管（130）的一侧向靠近所述液氮注射管（130）的一侧延伸，多个钻孔（210）位于同一切面内，且相邻的两个钻孔（210）之间为锐角夹角；其中，所述切面与由煤体（200）的水平方向（x）和延伸方向（z）所形成的水平面之间具有夹角。

5.一种根据权利要求1所述的液氮致裂装置的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S10：由进风巷朝向回风巷方向钻凿钻孔（210），并在所述钻孔（210）内安装感测组件（140）；

S20：由回风巷朝向进风巷方向钻凿安置孔，并在安置孔内放置液氮注射管（130）；

S30：打开阀门（120），液氮与煤体（200）相接触，煤体（200）发生冻融破坏与收缩变形，由感测组件（140）监测煤体（200）的应变信号并传输至计算机（160）；

S40：所述计算机（160）基于所述应变信号调节所述阀门（120）的流量，当煤体（200）的致裂完毕时，计算机（160）控制阀门（120）关闭。

6.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于，

所述步骤S10包括：由进风巷朝向回风巷方向钻凿水平钻孔（210），再分别在与水平方向（x）倾斜的方位钻凿两个倾斜钻孔（210），其中，在水平钻孔（210）内安装温度补偿传感器（142），在倾斜钻孔（210）内安装光纤光栅应变传感器（141）。

7.一种煤体应变致裂系统，其特征在于，包括：

多个如权利要求1至权利要求4中任意一项所述液氮致裂装置（100），其中，所述液氮注射管（130）沿着回风巷延伸方向（z）间隔排布，所述钻孔（210）沿着进风巷的延伸方向（z）间隔设置。

8.根据权利要求7所述的煤体应变致裂系统，其特征在于，

同一切面内的所述钻孔（210）在朝向回风巷方向的投影位于两个相邻的液氮注射管（130）之间。