CN108678743A - 一种岩石静压致裂装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种岩石静压致裂装置，其包括一外管、一内管及至少两个电子触发器，所述外管两端封闭而形成一封闭空间，所述内管设置长度小于所述外管设置长度进而所述内管容置于所述外管内并不超出于所述外管，所述内管内放置有活化剂，所述外管内放置有膨胀剂，所述电子触发器其一端埋于所述内管内，其另一端则贯穿所述内管及所述外管并向外延伸而出以进行电子点火，触发所述内管及所述外管内物质瞬间作用产生膨胀形成静压，实现岩石致裂电子电子触发器加速膨胀，从而提供了一种结构简单、组装方便、成本低廉的岩石静压致裂装置，同时还具有预埋位置灵活、作业安全性高、致裂岩石效果佳的特点。

Description

一种岩石静压致裂装置

技术领域

本发明涉及岩石致裂，岩石开采技术领域，尤其涉及一种安全性高、适用范围广、制造工艺简单、成本低的岩石静压致裂装置。

背景技术

在户外工程领域，经常会用到岩石致裂***，传统采用的多为二氧化碳***管来进行***作业。

如国内实用新型专利一次性使用的二氧化碳致裂器【申请号：201620441916.5，申请日：2016.05.16】中公开了一种岩石致裂器，请参考【第0026～0030】段，所采用的致裂器结构非常复杂，构件繁多，制造及组装过程复杂、繁琐；本现有技术还公开了所述膨胀管2内充满液态的高压二氧化碳，活化器3内则为活化剂，活化器3主体采用无缝钢管，膨胀管2则采用纸质或塑料材料，同时需要将电热装置8和导线9浸入活化剂中，而以上技术显然存在以下问题：首先，膨胀管2如为纸质，则在户外工程作业中容易受潮而影响***效果，甚至无法引爆；其次，膨胀管2内的二氧化碳通过充液孔6进行充液通断控制，存在易泄露的风险，从而导致无法***的问题；其次，在实际工程作业中，活化器3为无缝钢管材质，若所述岩石致裂器由于某些原因未产生***，而在后续挖掘机作业时，有可能将膨胀管2及活化器3挖破，此时，残余的二氧化碳有可能瞬间产生***效果从而导致飞管的安全隐患；此外，上述实用新型所公开的岩石致裂器由于以上问题的存在，在预埋管时通常只能采用竖直打孔预埋的方式，以将可能产生的隐患控制在最小的区域范围内，也就是即使飞管，也只是在竖直方向飞出后落下，因此存在作业灵活性差的问题。

因此，有必要提供一种新型的岩石静压致裂装置，可以实现简单的结构，安全的操作，灵活的预埋位置选择，以适应复杂的户外工程作业的需要。

发明内容

本发明提供一种岩石静压致裂装置，所述装置可解决现有技术中存在的二氧化碳致裂器结构复杂、组装繁琐的问题；液态二氧化碳易泄露、膨胀管2为纸质时易受潮而产生的无法引爆、形成哑炮的问题；未引爆的二氧化碳致裂器在挖掘过程中可能产生飞管的问题；以及现有二氧化碳致裂器预埋安装位置受限、缺乏灵活性的问题。

一种岩石静压致裂装置，其包括一外管、一内管及至少两个电子触发器，所述外管两端封闭而形成一封闭空间，所述内管设置长度小于所述外管设置长度进而所述内管容置于所述外管内并不超出于所述外管，所述内管内放置有活化剂，所述外管内放置有膨胀剂，所述电子触发器其一端埋于所述内管内，其另一端则贯穿所述内管及所述外管并向外延伸而出以进行电子点火，触发所述内管及所述外管内物质瞬间作用产生膨胀形成静压，实现岩石致裂。

进一步的，所述外管为直筒型的中空管，所述外管的两个端部分别设置有一密封盖，所述密封盖盖合所述外管并采用胶水密封。

进一步的，所述内管亦为直筒型的中空管，所述内管的两个端部亦分别设置有一盖帽，所述盖帽盖合所述内管的端部并采用胶水密封而共同形成一封闭空间。

进一步的，所述外管直径设置为70～75毫米，所述外管的管壁厚度为2～3毫米，所述内管外径相较于所述外管内径单边间隙为2～3毫米以容置所述盖帽的厚度。

进一步的，所述内管亦为直筒型的中空管，所述内管以间隙配合方式容置于所述外管内，所述内管的两端为非封闭状态；所述外管直径设置为70～75毫米，所述外管的管壁厚度为2～3毫米。

进一步的，所述内管位于靠所述外管的一个端部处；所述内管与所述外管的另一端部处则形成一容置空间，所述膨胀剂填充于所述容置空间内，所述内管搁置于所述膨胀剂上，且所述活化剂填充于所述内管内且不超出所述内管。

进一步的，所述内管的设置长度为所述外管的设置长度的60％～80％，所述容置空间长度则对应为所述外管的设置长度的20％～40％。

进一步的，所述电子触发器包括一电子点火头、与所述电子点火头导通的两个引线以及一电池组，所述电子点火头埋于所述活化剂内，所述引线则于所述外管延伸而出，所述电池组与所述引线连通实现所述电子点火头点火并作用于所述活化剂。

进一步的，所述电子点火头采用电子胶枪进行生管胶密封。

进一步的，所述活化剂填充满所述内管空间，所述膨胀剂则填充满所述容置空间。

本发明所产生的有益效果是：

由于本发明所述的岩石静压致裂装置，采用中空的内管与外管套装在一起，所述外管两端封闭而形成一封闭空间，所述内管设置长度小于所述外管设置长度进而所述内管容置于所述外管内，所述内管内放置有活化剂，所述外管内放置有膨胀剂，所述电子触发器其一端埋于所述内管内，其另一端则贯穿所述内管及所述外管并向外延伸而出以进行电子点火，触发所述内管及所述外管内物质瞬间作用产生膨胀形成静压，实现岩石致裂触发加速膨胀，相较于现有技术，明显具有结构简单，组装方便的优点；同时，所述延伸静压致裂装置通过电子点火的方式使得所述活化剂产生作用，进而所述膨胀剂产生作用，在所述膨胀剂的瞬间急剧膨胀作用下，瞬间形成极大静压，致使所述外管致裂并同时使得岩石致裂，相较于现有技术，存在致裂噪音小、安全性高的优点；而所述内管及所述外管均采用硬性塑料材质且密封，不存在受潮的问题；此外，所述内管内的活化剂与所述外管内的膨胀剂常温下均为固态且不会挥发，因此不存在泄露而形成哑炮的问题，也同时解决了挖掘作业中的飞管问题；而由于静压致裂的特点及安全性高的作业方式，使得所述岩石静压致裂装置在预埋安装时极具灵活性，既可以采用竖直安装，也可以采用倾斜预埋，具有较大的操作灵活性，且不会造成飞管的危害；另外，至少两个所述电子触发器同时电子点火，可以使得所述内管及所述外管中的物料充分产生作用，产生较佳的致裂效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明岩石静压致裂装置实施例一剖视图。

图2是本发明岩石静压致裂装置实施例二剖视图。

图3是本发明岩石静压致裂装置实施例三剖视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明一种岩石静压致裂装置作进一步的说明。

实施例一

请参照图1，为本实施例所述岩石静压致裂装置剖视图。

如图示，所述岩石静压致裂装置包括一外管1、一内管2及三个电子触发器3，所述内管2容置于所述外管1内且不超出于所述外管1；所述内管2内填充有供致裂触发用的活化剂4，所述外管1的底部则填充有膨胀剂5，所述内管2进一步置于所述膨胀剂5上；所述电子触发器3的一端埋于所述内管2内的活化剂4中，其另一端则贯穿所述内管2及所述外管1并向外延伸而出以进行电子点火，触发所述内管2及所述外管1内的物质瞬间作用产生急剧膨胀形成静压，实现岩石致裂。

就具体结构而言，所述外管1为一直筒型的中空管，所述外管1的两个端部分别设置有一密封盖11，所述密封盖11盖合所述外管1的两个端部并采用胶水实现密封，进而所述外管1与所述密封盖11形成一封闭空间。

所述内管2亦为一直筒型的中空管，所述内管2的两个端部亦分别设置有一盖帽21，所述盖帽21盖合所述内管2的端部并采用胶水密封，进而所述内管2与所述盖帽21共同形成一封闭空间。

本实施例中的设置的所述电子触发器3包括一电子点火头31及一与所述电子点火头导通的两根引线32，所述电子点火头31采用电子胶枪以热熔方式进行了生管胶密封，所述电子点火头31埋于所述活化剂4中，所述引线32则贯穿所述盖帽21及所述密封盖11而向外延伸出以实现电子点火。

如本实施例所述的岩石静压致裂装置中采用了三组电子触发器31，因此，三个电子点火头31间隔均匀地预埋于所述活化剂4中，所述引线32则自所述内管2及所述外管1的同一个端部延伸而出。

进一步的，所述电子触发器3还包括一电池组33，所述电池组33可采用一号电池，在实际作业过程中，需要将所述引线32延伸至安全距离处，采用电子打火的方式实现所述电子点火头31的点火，在操作过程中，由于所述引线32为一正一负两条线，只需将两条所述引线32分别与所述电池组33的正负极连通，便可实现所述电子点火头31的点火，进而所述活化剂4瞬间产生高温高热，同时产生膨胀致使所述内管2瞬间破裂，高温高热使得所述外管1内的所述膨胀剂5瞬间膨胀至800～1000倍，形成瞬间极大静压，在静压力作用下实现岩石的致裂。显然，本实施例中采用三个所述电子触发器3，而三个所述电子触发器3在作业过程中同时通过电子点火触发，从而使得所述活化剂4可以最大限度地发挥作用，充分反应瞬间释放最大量的高温高热，从而有效触发所述膨胀剂5发挥最大效能，实现较佳致裂效果。

进一步的，所述内管2的设置长度小于所述外管1的设置长度，所述引线32同时贯穿所述内管2及所述外管1并向外延伸而出，因此，由于所述外管1与所述内管2设置长度的差异，所述内管2靠所述外管1的一个端部放置时，所述外管1与所述内管2的另一个端部则形成一容置空间，所述膨胀剂5填充于所述容置空间内，所述内管2搁置于所述膨胀剂5上，且所述活化剂4填充于所述内管2内且不超出所述内管2。

优选的，所述内管2的设置长度为所述外管1的设置长度的60％～80％，所述容置空间长度则对应为所述外管1的设置长度的20％～40％时可以实现本发明所述的岩石静压致裂装置的较佳的岩石致裂效果，换句话说，所述膨胀剂5填充于所述外管1内的填充长度为所述外管1长度的20％～40％，所述内管2长度为所述外管1长度的60％～80％时，瞬间膨胀产生的静压力最大，岩石致裂效果较佳，此时，所述内管2搁置于所述膨胀剂5上，并与所述内管1的端部平齐。在以上所列举的数据范围中，致裂效果最佳时的比例为，所述内管2的设置长度为所述外管1的设置长度的70％，而所述膨胀剂5填满所述容置空间，即填充长度为所述外管1的设置长度的30％。

在实际应用中，所述外管1的设置长度为1～1.5米，所述内管2的长度则设置为所述外管1长度的30％，以获取最佳的致裂效果；本实施例中，所述外管1的设置长度为1米，同时所述内管2的设置长度为0.7米。

优选的，由于所述内管2内填充的所述活化剂4的触发作用直接决定了所述岩石静压致裂装置的致裂能力，因此，所述内管2需尽量设置为具有较大容积，同时可以最大限度地填满物料为宜，为此，在实际应用中，通常将所述外管直径设置为70～75毫米，同时所述外管1的管壁厚度为2～3毫米；所述内管2的外径相较于所述外管1的内径单边间隙为2～3毫米以刚好容置所述盖帽21时可以达到较佳效果。

此外，在所述内管2及所述外管1的使用材质上，本申请均采用硬性塑胶材质，摒弃了传统的刚性材质及纸质材质，在致裂岩石的可靠性上得以提升，同时产品的整体成本得以降低。

需要说明的是，本申请所采用的所述活化剂4及所述膨胀剂5亦不同于现有技术中所使用的常规物料，所述膨胀剂5采用的是含二氧化碳的粉末状的食品添加剂；而所述活化剂4为高氯酸钾、水杨酸及草酸铵的混合物，而所述外管1及所述内管2具体材质为硬性塑胶，因此，本申请所述岩石静压致裂装置不仅大大降低了原物料成本，而且改善了户外作业时的施工安全性。

就所述活化剂4而言，当高氯酸钾含量为50％～75％，水杨酸含量为20％～45％，以及草酸铵含量为5％～7.5％时，只要满足所述活化剂4的各个组份都在以上范围内，且总含量为100％的任意组合，都可以实现所述活化剂4产生瞬间高温高热，并作用于所述膨胀剂获得较佳的致裂效果。

进一步的，所述密封盖11与所述盖帽21上于靠所述引线32延伸的一端均开设有穿线孔，所述引线32自所述穿线孔贯穿而向外延伸。

在本发明所述岩石静压致裂装置产生作用时，由于所述外管1及所述内管2均采用硬性塑胶材质，而硬性塑胶材质的特点在于超过150度以上开始分解，正是这一特性，使得所述活化剂4产生高温高热后，所述内管2实现分解，进而瞬间可以使得所述膨胀剂5产生膨胀作用，使得所述外管1瞬间分解，在所述膨胀剂5的瞬间急剧膨胀作用下，产生瞬间极大静压实现岩石的致裂。

本实施例所述的岩石静压致裂装置的组装过程有必要在此进行说明：首先将所述外管1的一端密封，进行所述膨胀剂5的填充，填充长度为所述外管1长度的30％；然后将所述内管2一端密封并置于所述外管1中的所述膨胀剂5上，此时，由于所述内管2与所述外管1之间的间隙恰好容置所述盖帽21，因此，所述内管2可以较稳定地固定于所述外管1内；再将所述活化剂4填充满所述内管2，在进行所述活化剂4填充的过程中同时进行所述电子点火头31的预埋及所述引线32的引出；将所述引线32贯穿所述穿线孔并盖合密封所述盖帽21及所述密封盖11。

实施例二

由于实施例二与实施例一的区别仅仅在于对于所述内管2的处理上，因此，在进行实施例二的说明时，仅仅针对与实施例一的差别部分进行描述。

请参照附图2，所述内管2亦为直筒型的中空管，所述内管2以间隙配合的方式容置于所述外管1内，所述内管2的两端为非封闭状态，由此，所述内管2可以最大限度地填充所述活化剂4。

考虑到所述活化剂4与所述膨胀剂5在常温状态下并不会相互反应，因此，实施例二提供了一种更加简单的组件构成及组装方式，与实施例一不同之处在于：所述外管1中填充所述膨胀剂5后；将所述内管2置于所述外管1中的所述膨胀剂5上，由于所述内管2与所述外管1之间为间隙配合的组装方式，因此，所述内管2可以较稳定地固定于所述外管1内；将所述活化剂4填充满所述内管2，此时所述活化剂4与所述膨胀剂5于所述内管放置处有一定的接触；当所述活化剂4瞬间产生高温高热后，可以更加快速地将高温高热传递至所述膨胀剂5，因此，可以实现更好的致裂岩石效果；同时，无需组装实施例一中的所述盖帽21，节省了组装工序。

此外，采用了与实施例一结构不同的密封盖11′，所述密封盖11′为一圆饼状，在使用过程中，与所述外管1之间采用热熔或黏胶等方式进行密封；所述密封盖11′的结构相较于实施例一更加简单，在进行工程作业过程中，可以实现所述外管1与外部岩石之间更加近距离地接触，从而实现更佳的岩石致裂效果。

可见，实施例二的优点在于：无需组装所述盖帽21，简化了组装工序；所述外管1与外部岩石之间接触更加紧密，可以实现更好的岩石致裂效果。

实施例三

请参照附图3，本实施例中将实施例二中所述密封盖11′与所述外管1于一端处设计为一整体结构，共同构成新的所述外管1〞。

实施例三除具有实施例二的优点外，还由于所述外管1〞于所述密封盖11′的一体结构特点，具有更加便于运输的优点。

以上所述为本发明所述岩石静压致裂装置的三种结构形式，显然，本发明具有以下优点：结构简单，仅仅包括所述内管1、所述外管2及一电子触发器3；组装方便，只需将所述内管2置入所述外管1并配合进行相关物料填充，同时将所述电子点火头预埋入所述内管2，并将所述引线32贯穿引出；安全性高，所采用的所述内管2和所述外管1均为硬性塑胶材质，且所述膨胀剂5与活化剂4常温状态下为固态粉末，无泄漏，也不会相互反应，触发致裂过程中安全隐患小；制造成本低，膨胀剂5与活化剂4均为常规普通物料，所述外管1和所述内管2为硬性塑胶材质；所述内管2以最大的容积提供最大的所述活化剂4的容置空间，可瞬间提供极大的高温高热，引发所述膨胀剂5瞬间膨胀产生极大的静压，实现岩石的较佳致裂效果；安装灵活性高，由于所述内管2与所述外管1的硬性塑胶材质的特点，在触发致裂过程中安全性较高，因此在工程作业中可以采用直埋或斜埋的方式。

关于本申请所述岩石静压致裂装置的安全性及工程作业预埋灵活性方面需要进一步说明的是，所述引线32可以根据实际需要设置为相应的安全长度，而在所述活化剂4和所述膨胀剂5作用的过程中，仅仅是塑胶材质的所述内管2和所述外管1的细小碎片产生飞溅，而现有技术中所述活化器为无缝钢管，显而易见具有更高的作业安全性；而在进行所述岩石静压致裂装置预埋时，由于所述岩石静压致裂装置在整个膨胀静压致裂过程中安全性较高，因此对于预埋的位置及角度没有太多的要求，可以竖直埋管，也可以实现斜角埋管，具有非常好的灵活性。

本发明所述实施例仅仅列举了所述岩石静压致裂装置的三种结构形式，在实际应用中，所述结构形式并不仅限于以上实施例，在本领域的所有岩石致裂产品中，但凡涉及到结构复杂、组装麻烦、埋管位置受限、作业安全性差等问题时，都可以采用或借鉴本发明所述的岩石静压致裂装置来进行解决，并同时可以实现较佳的致裂岩石效果，由此，任何借鉴本申请所述岩石静压致裂装置所衍生出的各类结构及其应用，都可以理解为依据本发明的思路进行的变化及拓展，而应当归属于本申请的保护范畴。

Claims (10)

1.一种岩石静压致裂装置，其特征在于：包括一外管、一内管及至少两个电子触发器，所述外管两端封闭而形成一封闭空间，所述内管设置长度小于所述外管设置长度进而所述内管容置于所述外管内并不超出于所述外管，所述触发器其一端埋于所述内管内，其另一端则贯穿所述内管及所述外管并向外延伸而出，所述电子触发器可实现电子点火而触发所述内管及所述外管内产生急剧膨胀形成静压，实现岩石致裂。

2.如权利要求1所述的岩石静压致裂装置，其特征在于：所述外管为直筒型的中空管，所述外管的两个端部分别设置有一密封盖，所述密封盖盖合所述外管并采用胶水密封。

3.如权利要求2所述的岩石静压致裂装置，其特征在于：所述内管亦为直筒型的中空管，所述内管的两个端部亦分别设置有一盖帽，所述盖帽盖合所述内管的端部并采用胶水密封而共同形成一封闭空间。

4.如权利要求3所述的岩石静压致裂装置，其特征在于：所述外管直径设置为70～75毫米，所述外管的管壁厚度为2～3毫米，所述内管外径相较于所述外管内径单边间隙为2～3毫米以容置所述盖帽的厚度。

5.如权利要求2所述的岩石静压致裂装置，其特征在于：所述内管亦为直筒型的中空管，所述内管以间隙配合方式容置于所述外管内，所述内管的两端为非封闭状态；所述外管直径设置为70～75毫米，所述外管的管壁厚度为2～3毫米。

6.如权利要求4或5任一项所述的岩石静压致裂装置，其特征在于：所述内管位于靠所述外管的一个端部处；所述内管与所述外管的另一端部处则形成一容置空间，所述容置空间内填充有膨胀剂，所述内管内填充有活化剂且搁置于所述膨胀剂上而容置于所述外管内。

7.如权利要求6所述的岩石静压致裂装置，其特征在于：所述内管的设置长度为所述外管的设置长度的60％～80％，所述容置空间长度则对应为所述外管的设置长度的20％～40％。

8.如权利要求7所述的岩石静压致裂装置，其特征在于：所述电子触发器包括一电子点火头、与所述电子点火头导通的两根引线以及一电池组，所述电子点火头埋于所述活化剂内，所述引线则于所述外管延伸而出，所述电池与所述引线连通实现所述电子点火头点火并作用于所述活化剂。

9.如权利要求8所述的岩石静压致裂装置，其特征在于：所述电子点火头采用电子胶枪进行生管胶密封。

10.如权利要求9所述的岩石静压致裂装置，其特征在于：所述活化剂填充满所述内管空间，所述膨胀剂则填充满所述容置空间。