本發明專利技術公開了一種基于CO2壓裂的矩形鉆孔裝置，包括矩形鉆頭、圓形鉆桿、高壓氣泵；矩形鉆頭側壁上設置鉆頭進氣通道、中部空腔為鉆頭抽氣通道；矩形鉆頭處設置噴嘴，靠近噴嘴的鉆頭抽氣通道內設置巖塊粉碎組件；圓形鉆桿側壁上設置鉆桿進氣通道、中間的圓柱形空腔形成鉆桿抽氣通道；高壓氣泵的進氣端、出氣端均與連接管組件相連；連接管組件與圓形鉆桿相連時，高壓氣泵的進氣端與圓形鉆桿的鉆桿抽氣通道相連通、出氣端與圓形鉆桿的各個鉆桿進氣通道相連通。本發明專利技術還公開一種基于CO2壓裂的矩形鉆孔掘進方法。本發明專利技術通過矩形鉆頭、圓形鉆桿的設置，能夠實現矩形的鉆孔斷面，在高集中應力下矩形鉆孔易塌孔，有利于應力的及時釋放。有利于應力的及時釋放。有利于應力的及時釋放。
【技術實現步驟摘要】
基于CO2壓裂的矩形鉆孔裝置及鉆孔掘進方法
[0001]本專利技術屬于煤礦開采
，具體涉及一種基于CO2壓裂的矩形鉆孔裝置及鉆孔掘進方法。
技術介紹
[0002]根據國民經濟發展趨勢，在相當長的一段時間內，煤炭仍將是保障我國能源安全的穩定器和壓艙石，也是我國向現代能源體系平穩過渡的重要橋梁，短期內煤炭仍將是我國的主體能源。隨著煤炭開采深度逐漸增加，沖擊地壓等動力災害頻度不斷增加。依據分形原理，矩形鉆孔與巷道矩形斷面具有更好的相似性，在沖擊地壓礦井中，矩形鉆孔較傳統的圓形鉆孔更容易產生應力集中而塌孔，具有更好的卸壓效果，矩形鉆孔較圓形鉆孔而言卸壓防沖效果更明顯；同時在應力監測過程中矩形斷面鉆孔對應力監測設備具有更好的定向作用。
[0003]另外，在碳達峰、碳中和目標推動下，CO2利用與封存逐步得到研究與應用。
[0004]因此，考慮到矩形鉆孔的優勢以及CO2的使用，本申請提出一種基于CO2壓裂的矩形鉆孔裝置及鉆孔掘進方法。
技術實現思路
[0005]本專利技術的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種基于CO2壓裂的矩形鉆孔裝置及鉆孔掘進方法。
[0006]為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
[0007]基于CO2壓裂的矩形鉆孔裝置，包括矩形鉆頭、若干用來組裝鉆桿的圓形鉆桿、高壓氣泵；
[0008]所述圓形鉆桿之間能夠進行可拆卸連接；
[0009]所述圓形鉆桿與矩形鉆頭之間進行可拆卸連接；
[0010]所述矩形鉆頭的側壁上設置有若干貫通軸向端面的鉆頭進氣通道，所述矩形鉆頭的中部空腔為鉆頭抽氣通道；所述矩形鉆頭矩形鉆孔端的鉆頭進氣通道端口處設置噴嘴，靠近噴嘴的鉆頭抽氣通道內設置巖塊粉碎組件；
[0011]所述圓形鉆桿的側壁上沿圓周方向均勻設置若干貫通軸向端面且能夠與鉆頭進氣通道一一對應的鉆桿進氣通道；所述圓形鉆桿中間的圓柱形空腔形成鉆桿抽氣通道；
[0012]所述高壓氣泵的進氣端、出氣端均與連接管組件相連；所述連接管組件與圓形鉆桿相連時，所述高壓氣泵的進氣端與圓形鉆桿的鉆桿抽氣通道相連通、出氣端與圓形鉆桿的各個鉆桿進氣通道相連通。
[0013]優選的，所述矩形鉆頭包括矩形段、圓形段以及用來連接矩形段、圓形段的過渡段；
[0014]所述矩形段的橫截面呈矩形結構，所述矩形段的側壁上沿矩形周長方向設置有若干沿矩形段長度方向延伸的第一通道；所述矩形段中間的矩形空腔形成第一抽氣通道；
[0015]所述圓形段的橫截面呈圓形結構，所述圓形段的側壁上沿圓周方向均勻設置若干沿圓形段長度方向延伸的第二通道；所述第二通道與第一通道一一對應；所述圓形段中間的圓柱形空腔形成第二抽氣通道；
[0016]所述過渡段的側壁上設置有若干用來連通相對應第二通道、第一通道的第三通道，所述過渡管中間的空腔形成第三抽氣通道；
[0017]相連通的第一抽氣通道、第二抽氣通道、第三抽氣通道形成鉆頭抽氣通道；
[0018]相連通的第一通道、第二通道、第三通道形成鉆頭進氣通道；
[0019]所述噴嘴設置在矩形段上。
[0020]優選的，所述巖塊粉碎組件包括傳動軸，所述傳動軸的外側壁上設置有若干破巖截齒；
[0021]所述傳動軸的一端與固定設置在矩形段內側壁上的連接座進行轉動連接、另一端與固定設置在矩形段內側壁上的電機進行同軸固定連接。
[0022]優選的，所述過渡段與圓形段之間內部內腔的連接處設置有過濾片，所述過濾片上設置有若干過濾孔。
[0023]優選的，所述圓形鉆桿包括鉆桿本體，所述鉆桿本體的橫截面呈圓形結構，
[0024]所述鉆桿本體的一端同軸固定設置連接端；
[0025]所述連接端的橫截面呈圓形結構，所述連接端的外壁面上設置有鉆桿外螺紋；所述連接端的中空內腔與鉆桿抽氣通道相連通；
[0026]所述鉆桿本體另一端鉆桿抽氣通道的側壁上設置有能夠與其他圓形鉆桿連接端上的鉆桿外螺紋進行螺紋配合的鉆桿內螺紋。
[0027]優選的，所述鉆桿本體的兩端均設置有鉆桿對齊部；
[0028]所述鉆桿進氣通道、鉆桿抽氣通道均貫通鉆桿本體以及鉆桿對齊部；
[0029]所述鉆桿對齊部的外側面呈正八面體柱面結構；
[0030]所述連接端設置在其中一個鉆桿對齊部的端面上，所述鉆桿內螺紋設置在另一個鉆桿對齊部中空內腔的側壁上；
[0031]所述鉆桿本體中兩個鉆桿對齊部的外側面相平行；
[0032]兩個圓形鉆桿相連且鉆桿對齊部的外側面相平行時，兩個圓形鉆桿上的鉆桿進氣通道一一對齊。
[0033]優選的，所述圓形段的端部設置有鉆頭對齊部；
[0034]所述第二通道、第二抽氣通道均貫通鉆頭對齊部；
[0035]所述鉆頭對齊部的外側面呈正八面體柱面結構；
[0036]所述鉆頭對齊部內側壁上設置有能夠與圓形鉆桿連接端上的鉆桿外螺紋進行螺紋配合的鉆頭內螺紋；
[0037]所述矩形鉆頭、圓形鉆桿相連且鉆頭對齊部的外側面與鉆桿對齊部的外側面相平行時，矩形鉆頭中的第二通道與圓形鉆桿中的鉆桿進氣通道一一對齊。
[0038]優選的，所述連接管組件包括兩個分別與圓形鉆桿、高壓氣泵相連的剛性接頭；
[0039]所述剛性接頭包括環形接頭本體，所述環形接頭本體的外側壁上設置接頭外螺紋；
[0040]所述環形接頭本體一端的外壁面上同軸固定設置連接板，所述連接板上沿圓周方
向設置有若干與鉆桿進氣通道一一對應的連接孔，所述連接板的外側面呈正八面體的柱面結構；
[0041]兩個剛性接頭相對應的連接孔之間設置有進氣管；
[0042]兩個剛性接頭相對應的中空內腔之間設置有抽氣管；
[0043]所述剛性接頭、圓形鉆桿相連且連接板的外側面與鉆桿對齊部的外側面相平行時，剛性接頭中的連接孔與圓形鉆桿中的鉆桿進氣通道一一對齊。
[0044]優選的，所述矩形鉆頭與圓形鉆桿相連時、圓形鉆桿與圓形鉆桿相連時、圓形鉆桿與剛性接頭相連時、剛性接頭與高壓氣泵相連時，各個連接端面處均設置橡膠墊片；
[0045]所述橡膠墊片內部中空，所述橡膠墊片上沿圓周方向設置若干通氣孔；
[0046]所述橡膠墊片呈正八面體結構；
[0047]所述橡膠墊片、圓形鉆桿同軸且橡膠墊片外側面與鉆桿對齊部的外側面相平行時，橡膠墊片中的通氣孔與圓形鉆桿中的鉆桿進氣通道一一對齊。
[0048]本專利技術還提供一種基于CO2壓裂的矩形鉆孔掘進方法。
[0049]基于CO2壓裂的矩形鉆孔掘進方法，基于CO2壓裂的矩形鉆孔裝置實施，包括以下步驟：
[0050]步驟1：在矩形鉆頭上安裝噴嘴；
[0051]步驟2：在矩形鉆頭的端部安裝一節圓形鉆桿，圓形鉆桿的另一端安裝連接管組件的剛性接頭，連接管組件另一端的剛性接頭與高壓氣泵相連；
[0052]步驟3：依次開啟高壓氣泵、巖石粉碎組件，進行矩形鉆孔的正常掘進；
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【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.基于CO2壓裂的矩形鉆孔裝置，其特征在于，包括矩形鉆頭、若干用來組裝鉆桿的圓形鉆桿、高壓氣泵；所述圓形鉆桿之間能夠進行可拆卸連接；所述圓形鉆桿與矩形鉆頭之間進行可拆卸連接；所述矩形鉆頭的側壁上設置有若干貫通軸向端面的鉆頭進氣通道，所述矩形鉆頭的中部空腔為鉆頭抽氣通道；所述矩形鉆頭矩形鉆孔端的鉆頭進氣通道端口處設置噴嘴，靠近噴嘴的鉆頭抽氣通道內設置巖塊粉碎組件；所述圓形鉆桿的側壁上沿圓周方向均勻設置若干貫通軸向端面且能夠與鉆頭進氣通道一一對應的鉆桿進氣通道；所述圓形鉆桿中間的圓柱形空腔形成鉆桿抽氣通道；所述高壓氣泵的進氣端、出氣端均與連接管組件相連；所述連接管組件與圓形鉆桿相連時，所述高壓氣泵的進氣端與圓形鉆桿的鉆桿抽氣通道相連通、出氣端與圓形鉆桿的各個鉆桿進氣通道相連通。2.如權利要求1所述的基于CO2壓裂的矩形鉆孔裝置，其特征在于，所述矩形鉆頭包括矩形段、圓形段以及用來連接矩形段、圓形段的過渡段；所述矩形段的橫截面呈矩形結構，所述矩形段的側壁上沿矩形周長方向設置有若干沿矩形段長度方向延伸的第一通道；所述矩形段中間的矩形空腔形成第一抽氣通道；所述圓形段的橫截面呈圓形結構，所述圓形段的側壁上沿圓周方向均勻設置若干沿圓形段長度方向延伸的第二通道；所述第二通道與第一通道一一對應；所述圓形段中間的圓柱形空腔形成第二抽氣通道；所述過渡段的側壁上設置有若干用來連通相對應第二通道、第一通道的第三通道，所述過渡管中間的空腔形成第三抽氣通道；相連通的第一抽氣通道、第二抽氣通道、第三抽氣通道形成鉆頭抽氣通道；相連通的第一通道、第二通道、第三通道形成鉆頭進氣通道；所述噴嘴設置在矩形段上。3.如權利要求2所述的基于CO2壓裂的矩形鉆孔裝置，其特征在于，所述巖塊粉碎組件包括傳動軸，所述傳動軸的外側壁上設置有若干破巖截齒；所述傳動軸的一端與固定設置在矩形段內側壁上的連接座進行轉動連接、另一端與固定設置在矩形段內側壁上的電機進行同軸固定連接。4.如權利要求2所述的基于CO2壓裂的矩形鉆孔裝置，其特征在于，所述過渡段與圓形段之間內部內腔的連接處設置有過濾片，所述過濾片上設置有若干過濾孔。5.如權利要求2所述的基于CO2壓裂的矩形鉆孔裝置，其特征在于，所述圓形鉆桿包括鉆桿本體，所述鉆桿本體的橫截面呈圓形結構，所述鉆桿本體的一端同軸固定設置連接端；所述連接端的橫截面呈圓形結構，所述連接端的外壁面上設置有鉆桿外螺紋；所述連接端的中空內腔與鉆桿抽氣通道相連通；所述鉆桿本體另一端鉆桿抽氣通道的側壁上設置有能夠與其他圓形鉆桿連接端上的鉆桿外螺紋進行螺紋配合的鉆桿內螺紋。6.如權利要求5所述的基于CO2壓裂的矩形鉆孔裝置，其特征在于，所述鉆桿本體的兩端均設置有鉆桿對齊部；
所述鉆桿進氣通道、鉆桿抽氣通道均貫通鉆桿本體...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李青海，史衛平，秦忠誠，王昊楠，王子郡，張浩然，李照迎，劉奇，鄭學軍，孟昭勝，李志深，紀永虎，耿學升，
申請(專利權)人：山東科技大學，
類型：發明
國別省市：
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