一种基于盐渍溶液的液氮致裂岩层顶板的装置

本技术涉及采矿设备领域，具体涉及一种基于盐渍溶液的液氮致裂岩层顶板的装置。

背景技术：

1、在采矿工程领域中，常常需要通过致裂技术来改变岩石的物理性质，以实现开采、建筑或地下工程等目的。传统的致裂方法主要依赖于水压或液体压力来产生裂缝，水压致裂技术需要使用大量的水资源，但对于水资源匮乏干旱地区难以实施。

2、液氮致裂技术清洁且高效，而且作为空气中的最主要的成分，液氮制取成本可控；液氮作为一种超低温介质，温度为零下196摄氏度，且液氮汽化膨胀可变为696倍体积的气态氮，产生极大的膨胀压力，当液氮与温度较高的储层接触时，岩石内部会产生热应力，从而对岩石产生致裂作用效果，钻孔裂隙水冻结作用也会进一步加剧岩石的致裂作用程度，这有助于致裂过程中岩石破坏以及网络裂缝的形成，与常规水力致裂相比，液氮致裂方法简单，压后流体返排迅速，而且对储层没有伤害，不会出现水资源过度消耗以及污染等环境问题。

3、现有技术中，在岩层顶板的致裂位置钻孔，将液氮注入到钻孔内的致裂段中，即可致裂岩石顶板，但当液氮碰到含水量较高的岩层顶板，岩层顶板原生裂隙中的水遇到低温液氮被迅速降温冻结，且消融速度慢，从而阻碍液氮进入至岩层顶板裂隙中，导致液氮致裂的效率较低。

技术实现思路

1、本实用新型提供一种基于盐渍溶液的液氮致裂岩层顶板的装置，以解决岩层顶板原生裂隙中的水遇到低温液氮被迅速降温冻结，且消融速度较慢，从而阻碍液氮进入至岩层顶板裂隙中，导致液氮致裂的效率较低的问题。

2、本实用新型的一种基于盐渍溶液的液氮致裂岩层顶板的装置采用如下技术方案：该装置包括：液氮模块和盐渍溶液模块；

3、液氮模块包括依次连通的液氮储存罐、液氮注入泵、液氮输送软管、液氮输送钢管、液氮喷射头；液氮模块还包括设置在液氮注入泵出口处的第一压力监测件、设置在液氮输送软管处的第一泄压阀、设置在液氮喷射头处的第一温度监测件；

4、盐渍溶液模块包括依次连通的盐渍溶液储存罐、盐渍溶液注入泵、盐渍溶液输送软管、盐渍溶液输送钢管、盐渍溶液喷射头；盐渍溶液模块还包括设置在盐渍溶液注入泵出口处的第二压力监测件、设置在盐渍溶液输送软管处的第二泄压阀、设置在盐渍溶液喷射头处的第二温度监测件。

5、优选地，第一压力监测件和第二压力监测件均包括压力传感器。

6、优选地，第一温度监测件和第二温度监测件均包括温度传感器。

7、优选地，液氮储存罐采用不锈钢罐，盐渍溶液储存罐采用塑料罐。

8、优选地，液氮输送软管采用管道衔接螺塞与液氮输送钢管连接；盐渍溶液输送软管采用管道衔接螺塞与盐渍溶液输送钢管连接。

9、优选地，液氮输送软管为聚乙烯软管，盐渍溶液输送软管为聚氯乙烯软管。

10、本实用新型相比现有技术的有益效果是：

11、1、本实用新型中，盐渍溶液模块向注入液氮后的岩层顶板裂隙中注入呈液态的盐渍溶液，盐渍溶液能够快速消融裂隙中的水遇到低温液氮冻结而成的冰，从而使得液氮能够顺利进入至岩层顶板裂隙中，提升液氮致裂的效率。

12、2、本实用新型中，液氮输送钢管与液氮输送软管相连通，便于灵活将液氮输送钢管安装到钻孔内或从钻孔内取出。

13、3、本实用新型中，设置在液氮输送软管处的第一泄压阀可防止液氮注入液氮输送软管中的压力过高，提升安全性；设置在盐渍溶液输送软管处的第二泄压阀可防止盐渍溶液注入盐渍溶液输送软管中的压力过高，提升安全性。

14、4、本实用新型中，设置在液氮喷射头处的第一温度监测件可以监测喷射头处温度变化，异常的温度变化可以提示液氮泄露或者喷射头堵塞等安全隐患；设置在盐渍溶液喷射头处的第二温度监测件可以监测裂隙内冰向水转变过程中的温度变化，可为盐渍溶液的喷射时长和喷射流量提供参考。

技术特征：

1.一种基于盐渍溶液的液氮致裂岩层顶板的装置，其特征在于，包括：液氮模块(100)和盐渍溶液模块(200)；

2.根据权利要求1所述的一种基于盐渍溶液的液氮致裂岩层顶板的装置，其特征在于，第一压力监测件(106)和第二压力监测件(206)均包括压力传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于盐渍溶液的液氮致裂岩层顶板的装置，其特征在于，第一温度监测件(108)和第二温度监测件(208)均包括温度传感器。

4.根据权利要求1所述的一种基于盐渍溶液的液氮致裂岩层顶板的装置，其特征在于，液氮储存罐(101)采用不锈钢罐，盐渍溶液储存罐(201)采用塑料罐。

5.根据权利要求1所述的一种基于盐渍溶液的液氮致裂岩层顶板的装置，其特征在于，液氮输送软管(103)采用管道衔接螺塞与液氮输送钢管(104)连接；盐渍溶液输送软管(203)采用管道衔接螺塞与盐渍溶液输送钢管(204)连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于盐渍溶液的液氮致裂岩层顶板的装置，其特征在于，所述液氮输送软管(103)为聚乙烯软管，所述盐渍溶液输送软管(203)为聚氯乙烯软管。

技术总结本技术公开了一种基于盐渍溶液的液氮致裂岩层顶板的装置，涉及采矿设备领域，具体包括液氮模块和盐渍溶液模块；液氮模块包括依次连通的液氮储存罐、液氮注入泵、液氮输送软管、液氮输送钢管、液氮喷射头以及设置在液氮输送软管处的第一泄压阀、设置在液氮喷射头处的第一温度监测件；盐渍溶液模块包括依次连通的盐渍溶液储存罐、盐渍溶液注入泵、盐渍溶液输送软管、盐渍溶液输送钢管、盐渍溶液喷射头以及设置在盐渍溶液输送软管处的第二泄压阀、设置在盐渍溶液喷射头处的第二温度监测件；以解决岩层顶板原生裂隙中的水遇到低温液氮被迅速降温冻结，且消融速度较慢，从而阻碍液氮进入至岩层顶板裂隙中，导致液氮致裂的效率较低的问题。技术研发人员：单鹏飞,刘琰彬,杨攀,杨通,闫钟铭,史一溦,张龙,徐港,郗博佳,闫成伟,孟政,李伟,李晨炜受保护的技术使用者：西安科技大学技术研发日：20231226技术公布日：2024/7/15