[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

说明书

本发明公开了一种液氮致裂装置及施工方法和具有致裂装置的致裂系统，包括：储氮罐(110)；阀门(120)，与储氮罐(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。该液氮致裂装置100能够保证煤层得到足够致裂的同时尽可能节约液氮的使用量，达到环保节能的目的，而且该致裂装置监测灵敏度高，调节准确。

技术领域

本发明涉及煤体致裂监测设备领域，尤其涉及一种液氮致裂装置及施工方法和具有致裂装置的致裂系统。

背景技术

液氮对环境无污染，容易制备且成本低廉，有极低的温度(-196℃)，煤体在注入低温液氮后，可使煤体冻结损伤弱化、原生微裂隙扩展以及产生新裂隙，形成冻融致裂带，在煤层有限的空间中，液氮气化后体积迅速膨胀，产生巨大膨胀力致裂煤层；在井下进行瓦斯抽采时可以采用液氮致裂从而提高瓦斯抽采率，而不同煤层的液氮注射量也不同，现有技术中，由于液氮使用量的不确定性会造成液氮的浪费或者煤体致裂效果不理想。因此需要一种能实时监测并控制煤层的注氮量，以达到最佳煤体致裂效果的装置与系统。

发明内容

本方案针对上文提出的问题和需求，提出一种液氮致裂装置及施工方法和具有致裂装置的致裂系统，由于采取了如下技术特征而能够实现上述技术目的，并带来其他多项技术效果。

本发明的一个目的在于提出一种液氮致裂装置，包括：

储氮罐；

阀门，与所述储氮罐相连通；

液氮注射管，其一端与所述阀门相连通，另一端延伸至煤体中；

感测组件，其配置为感测所述煤体的应变信号；

计算机，其一端与所述阀门相耦接，另一端与感测组件相耦接，并配置为从所述感测组件接收所述应变信号，并基于所述应变信号调节所述阀门的流量。

在本发明的一个示例中，所述感测组件包括：

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

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

光栅解调仪，其一端与所述光纤光栅应变传感器、、所述温度补偿传感器相耦接，其另一端与计算机相耦接。

在本发明的一个示例中，所述感测组件还包括：

多个钻孔，开设于所述煤体中，所述光纤光栅应变传感器、所述温度补偿传感器一一对应设置在所述钻孔中，并通过环氧树脂固定在所述钻孔中。

在本发明的一个示例中，所述钻孔内壁还配置有金属保护层。

在本发明的一个示例中，所述钻孔由背离所述液氮注射管的一侧向靠近所述液氮注射管的一侧延伸，多个钻孔位于同一切面内，且相邻的两个钻孔之间为锐角夹角；其中，所述切面与由煤体的水平方向和延伸方向所形成的水平面之间具有夹角。

在本发明的一个示例中，所述钻孔包括三个，在三个所述钻孔中，其中一个钻孔沿着水平方向开设，另外两个钻孔对称布置在其两侧，使得相邻两个钻孔之间的夹角开口朝向液氮注射管；其中，温度补偿传感器安装在水平方向的钻孔内，光纤光栅应变传感器安装在另外两个钻孔内。

本发明的另一个目的在于提出一种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，并在所述钻孔内安装感测组件；