一种深基坑气能预裂施工方法与流程

本发明涉及气体致裂的，尤其涉及一种深基坑气能预裂施工方法。

背景技术：

1、气体致裂是一种使用压缩气体（如氮气、氧气或二氧化碳）等作为压裂介质的技术，其中氧气气能致裂是利用高压氧气对岩石进行破裂，也称为氧气气能致裂或气动致裂，与传统水力压裂相比，氧气气能致裂利用氧气的高压气体能量来产生裂缝并破坏岩石结构，与传统炸药爆破相比，气能破岩具有炸药爆破的威力却无炸药爆破的危害，无爆炸冲击波以及振动强度低的优点，且耗材的加工、运输、存储、现场的使用操作非常安全，大大降低了发生安装事故的风险。

2、现有技术中，对岩石进行破碎时，高压气体进入到岩石裂缝中产生气楔效应，来达到对岩石的破裂，但仍存在以下问题，气能破岩受到地质条件的限制，特别是对于某些岩石类型和地层结构（如花岗岩、片麻岩等），这些岩石的密度和质量较大，表面空隙较小，使得当致裂管对单独孤立和表面无缝隙的大块岩石破裂时，高压气体无法有效的进入岩石内部渗透而形成裂缝，使得气能破岩的效果降低，或岩石的抗压强度超过气能破岩的作用范围，需要更高的压力才能破碎。

技术实现思路

1、鉴于现有技术存在的气能破岩无法有效的让高压气体流入到孔隙较小且孤立的岩石内部形成裂缝，以及对抗压强度较大的岩石进行破碎的问题，提出了一种深基坑气能预裂施工方法。

2、本申请提供了一种深基坑气能预裂施工方法，其目的在于：本发明通过在致裂管侧壁上设置破裂单元，使得当致裂管内部产生高压气体时，钻岩头在压力的作用下迅速打入岩石中，同时开合组件自动打开，高压气体进入到钻岩头内部，使得钻岩头表面的钢珠在高压气体的作用下从岩石内部打入到岩石内形成裂缝，随后高压气体通过钢珠打出的裂缝流入到岩石内部中，从岩石内部对岩石进行破碎，有效提高气能破岩的效率，同时能够将岩石破裂的更碎，便于后续的清理和搬运。

3、本发明的技术方案为：一种深基坑气能预裂施工方法，包括以下步骤：

4、s1、定位打孔：在目标点位钻出合适深度大小的井眼，对井眼进行清洗和完井作业；

5、s2、安装设备：将致裂管运送至井口，并通过井口将其逐渐下放至井底；

6、s3、注入液氧：将液氧灌入预先放置在井内的致裂管中；

7、s4、施加压力：触发电阻线，使可燃介质燃烧，可燃介质从燃烧快速发展成爆燃，产生的热量使没有参与燃烧的液氧瞬间发生相变，液氧由液态变为气态，气体瞬间膨胀；

8、s5、碎裂岩石：破裂单元向四周伸展，对周边的岩石进行破碎，同时产生的高压气体进入岩石裂缝，使岩石进一步破裂，破裂的岩石形成鼓包并脱离母岩；

9、s6、碎石清理：清理破碎的岩石，处理废弃物和回收致裂管。

10、进一步的，所述破裂单元包括设置于致裂管侧壁上的钻岩部件以及设置于钻岩部件内的弹射部件；

11、钻岩部件包括设置于致裂管上端的排气管，充液管以及电阻线，设置于致裂管内部的可燃介质，设置于致裂管侧壁上的多个一级筒，滑动设置于一级筒内壁上的二级筒，滑动设置于二级筒内壁上的三级筒，所述一级筒、二级筒以及三级筒的半径依次减小，所述三级筒上固定安装有钻岩头，所述致裂管内壁安装有对二级筒以及三级筒进行限位锁定的锁定组件，用于当所述致裂管内部产生高压气体时，触发所述钻岩头对破裂岩石的弹射部件。

12、进一步的，所述弹射部件包括，开设在钻岩头侧壁上的多个圆孔，设置于圆孔靠近内侧的限位环，设置于圆环上的钢珠，设置于圆孔内壁两侧的楔形板，所述钢珠位于限位环以及楔形板之间，设置于三级筒上的开合组件。

13、进一步的，所述锁定组件包括滑动设置于致裂管内壁上的升降环，设置于升降环下端的多个锁定杆，开设在一级筒以及二级筒侧壁上的锁定孔，所述锁定杆位于相对应的锁定孔内。

14、进一步的，所述开合组件包括开设在三级筒上的安装圆槽，设置于安装圆槽上下两端的转轴，设置于两个转轴上的转动杆，设置于转动杆下端的半圆板，两个所述半圆板安装方向相反，两个所述半圆板的大小均为三级筒内壁的一半，两个所述转动杆上均安装有触发元件。

15、进一步的，所述触发元件包括设置于转动杆上的凸杆，开设在二级筒内壁上下两侧的滑槽，所述滑槽的末端设置为四分之一圆弧形。

16、进一步的，所述楔形板采用弹性板制成。

17、进一步的，两个所述半圆板的大小均为三级筒内壁的一半。

18、本发明的技术效果和优点：

19、1.通过设置钻岩头以及两个半圆板，使得当致裂管内充满高压气体时，高压气体产生的高压会通过半圆板瞬间推动钻岩头向外扩展，钻岩头扩展时打入到岩石内部，使得岩石表面产生缝隙，更有利于高压气体通过裂缝流入到岩石中对岩石进行破碎。

20、2.通过在钻岩头上设置圆孔以及钢珠，使得当钻岩头完全打入到岩石内部后，两个半圆板会自动打开，此时高压气体进入到钻岩头内部，推动圆孔内的钢珠弹射到岩石内部，使得岩石内部产生更多的裂缝，高压气压通过圆孔直接渗透到岩石内部的裂缝中，使得高压气体从岩石内部对岩石进行破碎，提高破碎效果，同时钢珠是从岩石内部进行弹射，有效提高破碎时的安全性。

21、3.通过设置锁定组件，使得在正常情况下钻岩头处于锁定状态，不会在运输搬运过程中滑出，同时当致裂管内部产生高压气体时，锁定组件会自动解锁，有效提高搬运时的安全性。

技术特征：

1.一种深基坑气能预裂施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种深基坑气能预裂施工方法，其特征在于：所述破裂单元包括设置于致裂管（1）侧壁上的钻岩部件以及设置于钻岩部件内的弹射部件；

3.根据权利要求2所述的一种深基坑气能预裂施工方法，其特征在于：所述弹射部件包括开设在钻岩头（9）侧壁上的多个圆孔，设置于圆孔靠近内侧的限位环（10），设置于圆环上的钢珠（11），设置于圆孔内壁两侧的楔形板（12），所述钢珠（11）位于限位环（10）以及楔形板（12）之间，设置于三级筒（8）上的开合组件。

4.根据权利要求2所述的一种深基坑气能预裂施工方法，其特征在于：所述锁定组件包括滑动设置于致裂管（1）内壁上的升降环（13），设置于升降环（13）下端的多个锁定杆（14），开设在一级筒（6）以及二级筒（7）侧壁上的锁定孔（15），所述锁定杆（14）位于相对应的锁定孔（15）内。

5.根据权利要求3所述的一种深基坑气能预裂施工方法，其特征在于：所述开合组件包括开设在三级筒（8）上的安装圆槽（16），设置于安装圆槽（16）上下两端的转轴（17），设置于两个转轴（17）上的转动杆（18），设置于转动杆（18）下端的半圆板（19），两个所述半圆板（19）安装方向相反，两个所述转动杆（18）上均安装有触发元件。

6.根据权利要求5所述的一种深基坑气能预裂施工方法，其特征在于：所述触发元件包括设置于转动杆（18）上的凸杆（20），开设在二级筒（7）内壁上下两侧的滑槽（21），所述滑槽（21）的末端设置为四分之一圆弧形。

7.根据权利要求3所述的一种深基坑气能预裂施工方法，其特征在于：所述楔形板（12）采用弹性板制成。

8.根据权利要求5所述的一种深基坑气能预裂施工方法，其特征在于：两个所述半圆板（19）的大小均为三级筒（8）内壁的一半。

技术总结本发明涉及气体致裂的技术领域，公开了一种深基坑气能预裂施工方法，包括以下步骤：S1、定位打孔；S2、安装设备；S3、注入液氧；S4、施加压力：触发电阻线，使可燃介质燃烧，在液氧的助燃作用下，可燃介质从燃烧快速发展成爆燃，产生的热量使没有参与燃烧的液氧瞬间发生相变，液氧由液态变为气态，气体瞬间膨胀；S5、碎裂岩石：破裂单元向四周扩散，对周边的岩石进行破碎；S6、碎石清理。通过在致裂管侧壁上设置钻岩头，使得致裂管内产生高压气体时，钻岩头会迅速打入岩石中，打入后的钻岩头上的钢珠在岩石内部弹射对岩石形成裂缝，高压气体通过裂缝流入到岩石内部中，从岩石内部对岩石进行破碎。技术研发人员：王钦山,袁建飞,范新阳,史爱军,付小旗,肖玉庚,左爽,陈奎,夏龙,任展校,杨优平,李玉宁,陈斌,罗贯霄,胥中良,张明,李浩龙,杨博栋受保护的技术使用者：中铁一局集团第五工程有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29