CN113818878A - 一种水力压裂破岩方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水力压裂破岩方法，在矿山中欲破岩位置预先打若干孔眼，利用加压装置给水加压得到高压水，加压装置的出口经高压管连通至所述孔眼内，且所述高压管与所述孔眼连接处设有密封装置，将高压水注入孔眼内，持续增大高压水的水压，直至孔眼内压力超过岩体的最高裂纹延伸压力，岩体破碎。由此，本发明的水力压裂破岩方法破岩过程没有粉尘和振动，不会产生环境污染。本发明还公开了一种水力压裂破岩***。
Description
技术领域
本发明涉及矿山破岩领域，尤其涉及一种水力压裂破岩方法及一种水力压裂破岩***。
背景技术
在矿山岩石开采过程中，需要对岩石进行破碎和剥离，目前常用的方法是采用******，然而***的方式存在装药量较难控制，瞎炮等问题，而且过程中存在震动、飞石、粉尘、噪音等安全环保问题，同时******无法控制岩体破碎方向。
随着***开采的管控加强以及使用限制，使用物理方法进行岩石破碎的技术被广泛使用。常用的物理***方式为二氧化碳气体破碎，液压劈裂破碎、膨胀剂劈裂破碎、物理切割破碎、水射流切割破碎等，但以上物理破碎方式除了二氧化碳气体破碎，其他均为小方量破碎方式，作业效率低，作业成本普遍较高的缺点。而二氧化碳气体破碎，由于其***机理是依靠高温击穿安全膜瞬间将二氧化碳气化产生气体冲击力将矿石破碎，也存在较多的安全风险。且由于灌装、连线、封孔等作业繁琐，容易出错，故作业效率不高；膨胀破岩技术能够有效控制***范围，通过膨胀剂的不断膨胀，将岩体胀裂破碎，但该方法需要大量的膨胀剂，成本高，用完的膨胀剂还存在处理的问题，其次由于是利用膨胀剂膨胀将岩石胀裂，膨胀剂的变形有限，往往达不到预期的膨胀效果，而且膨胀剂的反应一般需要几小时，效率低。同样，使用液压劈裂机，也存在着效率低，设备磨损严重等问题，在特殊情况下需要控制岩体破裂方向时，******技术的局限性更加凸显。因此采用新型的安全、环保的破岩方式是十分必要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种水力压裂破岩方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种水力压裂破岩方法，在矿山中欲破岩位置预先打若干孔眼，利用加压装置给水加压得到高压水，加压装置的出口经高压管连通至所述孔眼内，且所述高压管与所述孔眼连接处设有密封装置，将高压水注入孔眼内，持续增大高压水的水压，直至孔眼内压力超过岩体的裂纹延伸压力，岩体破碎。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
优选地，所述孔眼内还包括利用水刀喷射出的水流冲击而成的若干射孔；
优选地，通过控制孔眼、射孔的数量，控制岩体的破碎体积和方向。
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
本发明提出了一种新型的岩石破碎方法，利用压裂设备对水加压，通过高压管路输送到在岩体中钻的孔眼，而孔眼使用密封设备密封，且孔眼内部通过射孔设备完成定向射孔，即射孔，随着高压水的不断注入，孔眼内压力逐渐增加，当孔内压力，尤其射孔区域超过岩石的裂纹延伸压力后，岩石内部裂纹将不断扩展，直至岩体发生大体积破碎/剥离。通过控制钻孔眼以及射孔的深度、数量、布局，可有效控制岩体的破碎体积和方向。破岩过程中没有剧烈的震动、粉尘等，且破碎方向可控。
一种水力压裂破岩***，包括依次通过水管连接的储水装置、加压装置和执行器，所述储水装置用于储存水，所述加压装置用于将水加压得到高压水；
所述执行器的头部为钻头，所述钻头用于在岩体上开设孔眼，可以是金刚石钻头、牙轮钻头、刮刀钻头等等；所述执行器内部设有连通加压装置高压水出口的水流通路，所述执行器的中部外壁上设有若干与所述水流通路连通的水刀，所述水刀用于利用高压水流在岩体上定向喷射，得到射孔；所述执行器的尾部设有密封件，所述密封件用于密封所述执行器尾部和所述孔眼内壁之间的缝隙。
进一步地，所述加压装置为柱塞泵；
进一步地，每个所述水刀配备有独立的控制装置，可以独立控制水刀的开合；
进一步地，所述执行器为若干个。
本方案相对于现有技术而言，具有如下有益的效果：
1、通过控制钻孔、射孔的布局位置和数量，可有效控制岩体的破碎体积和方向。
2、通过利用柱塞泵对水进行加压，有效完成对岩体的水力加压破碎，实现岩体安全环保破碎，过程中不会产生震动、飞石、粉尘、噪音。
3、通过需求进行柱塞泵和多功能钻机数量的自由搭配，满足不同工况、不同方量下对整套设备方案的需求。
4、使用水进行矿石的压裂破碎，环保、经济。
附图说明
图1为本发明的水力压裂破岩方法示意图；
图2为本发明中执行器的结构示意图；
图3为本发明实施例中实施方案示意图；
图4为本发明实施例中在岩体上开设的孔眼示意图。
附图中各标号所代表的部件名称如下：
1、储水罐；2、柱塞泵；3、执行器；3.1、金刚石钻头；3.2、水刀；4、孔眼；4.1、射孔；5、低压水管；6、高压水管；7、岩体。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
请参照图1所示，一种水力压裂***，包括储水罐1、柱塞泵2和执行器3，所述储水罐1用于储存水，储水罐1与柱塞泵2之间通过低压水管5连接，柱塞泵2与执行器3之间通过高压水管6连接，所述柱塞泵2用于将水加压得到高压水；
如图2所示，所述执行器3的头部为金刚石钻头3.1，所述金刚石钻头3.1用于在岩体7上开设孔眼4；所述执行器3内部设有连通柱塞泵2出口的水流通路，所述执行器3的中部外壁上设有若干与所述水流通路连通的水刀3.2，所述水刀3.2用于向外喷射高压水，实现在孔眼4内的定向喷射，得到射孔4.1；所述执行器3的尾部设有密封件，所述密封件用于密封所述执行器3尾部和所述孔眼4内壁之间的缝隙，保持密封区域的水压，保障矿石裂纹可以不断延伸，达到最终矿石破碎。
本方案中水刀3.2压力为137Mpa。水刀3.2布局较广，一部分位于靠近金刚石钻头3.1位置，一部分位于执行器3中部位置，且每个水刀3.2可独立控制开启或关闭，比如利用无线电控阀块实现水刀的独立控制；利用靠近金刚石钻头3.1位置的水刀3.2的射流产生的冲击应力波叠加效应，使应力波在岩体7内产生裂纹，从而分级损伤矿石，提高射流钻头破岩效率。同时水流带走金刚石钻头3.1切削矿石产生的热量和矿石碎屑，降低钻头损耗，提高了钻孔质量。
执行器3中部水刀3.2的配置其目的是为矿石孔眼4内部定向喷射得到射孔4.1，有利于压裂效果达成。同时，射孔4.1还兼具控制压裂方向和减少钻孔数量的作用。
执行器3的尾部为密封件，密封件直接作用于孔眼4的内壁上，维持孔眼4内的密封状态，确保打入孔眼4内的水压***露，保障矿石裂纹可以不断延伸，达到最终矿石破碎。
整个破碎过程分为两个部分组成，分别为钻孔射孔过程和压裂破碎过程。
步骤1：柱塞泵2将储水罐1中的低压水转变成高压水；
步骤2：高压水按照设计管路输送至多个执行器3底部的水刀3.2，配合金刚石钻头3.1在岩石上开若干个孔眼4；
步骤3：钻孔完成，金刚石钻头3.1及其旁边的水刀3.2停止工作，执行器3中部的水刀3.2开始工作，在孔眼4内实现定向喷射，得到射孔4.1；
步骤4、执行器3尾部的密封装置和矿石接触密封，通过水刀3.2持续向孔眼4内注入高压水，直至岩体7破裂；
步骤5、该段本次压裂结束，继续执行后续工作段的作业过程，直至完成整个岩体7的压裂作业。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水力压裂破岩方法，其特征在于，步骤如下：
S1、在岩体的欲破岩位置预先打若干孔眼；
S2、将水加压得到高压水；
S3、将高压水注入密封的孔眼内，持续增大高压水的水压，直至孔眼内压力超过岩体的裂纹延伸压力，岩体破碎。
2.根据权利要求1所述的水力压裂破岩方法，其特征在于，岩体孔眼内预先利用高压水流冲击出若干射孔。
3.根据权利要求1或2所述的水力压裂破岩方法，其特征在于，通过控制孔眼和射孔的布局和数量，控制岩体的破碎体积和破碎方向。
4.一种水力压裂破岩***，其特征在于，包括储水装置、加压装置和执行器，所述储水装置用于储存水，所述加压装置用于将水加压得到高压水；
所述执行器用于在岩体上钻孔眼，所述执行器内部设有连通加压装置高压水出口的水流通路，用于将高压水注入钻好的孔眼内。
5.根据权利要求4所述的水力压裂破岩***，其特征在于，所述执行器的头部为钻头；所述执行器的中部外壁上设有若干与所述水流通路连通的水刀，所述水刀用于利用高压水流在岩体的孔眼内定向喷射，得到射孔。
6.根据权利要求4所述的水力压裂破岩***，其特征在于，每个所述水刀配备有独立的控制装置，独立控制水刀的开合。
7.根据权利要求5所述的水力压裂破岩***，其特征在于，所述执行器的尾部设有密封件，所述密封件用于密封所述执行器尾部和所述孔眼内壁之间的缝隙。
8.根据权利要求4所述的水力压裂破岩***，其特征在于，所述加压装置为柱塞泵。
9.根据权利要求7所述的水力压裂破岩***，其特征在于，所述执行器为若干个。
10.根据权利要求5所述的水力压裂破岩***，其特征在于，所述钻头为牙轮钻头、刮刀钻头、金刚石钻头的一种。
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