二氧化碳致裂器
二氧化碳致裂器
工作原理流程图
工艺流程图
使用范围
7、致裂大块岩（煤）体
1、二氧化碳致裂强制放顶煤
在开采厚煤层时由于松散碎 煤有限，放煤口前方的煤体破碎 不充分，后方的采空区有垮落的 矸石形成一定的支持，使顶板煤 层不易垮落，二氧化碳致裂器可 以将顶板煤层致裂，使其垮落， 目前正在新疆阜康市西沟煤焦有 限责任公司西沟二号井煤矿试验 阶段。
以往采取曾进行过炸药爆破强制放顶，因发生多起事故，规程规定禁止 在采动区进行爆破作业，二氧化碳致裂工作时不产生任何明火或火花，可以 替代炸药进行强制放顶工作。计划3月在阜新进行试验。
钻孔布置 钻孔底部位于煤层距采空区煤壁2—3m左右位置采用大直径气动钻机(或锚杆 机)施工钻孔，钻孔的直径为60mm，即钻头为60mm；钻杆直径为50mm，致裂筒 直径45mm，相邻致裂筒间连接管直径56mm，距顶板3-4m高度范围内不爆破筒， 使用普通空2根，每根1.5m，避免综放液压支架上方煤体跨落，形成空顶。每组钻 孔可按从运输顺槽向开切眼内顺序依次爆破；工作面预裂钻孔布置见图
二氧化碳致裂器由主管、充气头（起爆头）、泄能 头、加热棒、剪切片、垫片、止飞器等组成。
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1-充装阀；2-发热管；3-主管；4-密封垫；5-剪切片；6-泄能头 图1 二氧化碳致裂器结构示意图
主管
充装阀
发热管
密封垫
剪切片
泄能头
工作原理
二氧化碳在低于31℃或压力大于7.35MPa时 以液态存在，而超过31℃时开始气化，且随温 度的变化压力也不断变化。利用这一特点，在 爆破器主管内充装液态二氧化碳，使用发爆器 快速激发加热装置，液态二氧化碳瞬间气化膨 胀并产生高压，体积膨胀600倍以上，当压力达 到爆破片极限强度（可设定压力）时，定压剪 切片破断，高压气体从放气头释放，作用在煤 （岩）体上，从而达到爆破的目的。致裂器采 用可连接式，可实现多点同时定向致裂。
二氧化碳致裂器PPT课件
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爆破孔
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9# 观测孔 图5 致裂增透效果考察钻孔布置示意图
图6 致裂增透效果考察钻孔剖面示意图
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5）第五组钻孔为二氧化碳致裂前后煤层透气性系数对比试 验
在选择的试验巷道，施工2个常规钻孔11#、12#，要求同时 完成钻孔布置，并对其中1个钻孔进行二氧化碳致裂。2个钻孔 均封孔后测定煤层瓦斯压力P0，当测压钻孔的瓦斯压力稳定于 最高值后，取下压力表，卸除瓦斯压力，开始排放瓦斯，并测 定钻孔瓦斯流量Q。然后通过计算获得λ、λB。目的是通过对致 裂孔与常规孔煤层透气性系数λ的对比，考察致裂增透机理和效感谢您的观看。
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爆破孔观测孔致裂增透效果考察钻孔剖面示意图5第五组钻孔为二氧化碳致裂前后煤层透气性系数对比试在选择的试验巷道施工2个常规钻孔1112要求同时完成钻孔布置并对其中1个钻孔进行二氧化碳致裂
汇报提纲
一 产品简介 二 工作原理 三 使用范围 四 产品优点及装备 五 效果考察及应用 七 六 淮南增透技术方案 七
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3）第三组钻孔为单孔致裂前后瓦斯自然排放对比试验 在选择的试验巷道，先施工穿层5#钻孔，封孔留出一截 排放管自然排放瓦斯，测定瓦斯涌出量Q(t)，t =0~t1。对 该钻孔进行二氧化碳致裂，测定瓦斯涌出量Q(t)，t =t1~t2。 然后进行对比分析。目的是通过单孔致裂前后两个不同阶 段瓦斯涌出量的比较，考察致裂机理和效果。
（1）测压地点应选择在巷道顶板比较完整、稳定的 地方开孔，1#、2#开孔点距终孔点的法线距离（岩石段） 不小于15m(最小不小于10m)，采用水泥砂浆封孔，封孔 长度不小于10m；测压孔见煤点处煤层应处于原始状态， 方圆50m范围内，不应有揭露点；
二氧化碳致裂器原理
二氧化碳致裂设备属于矿用物理致裂设备，是利用液态二氧化碳受热气化膨胀，快速释放高压气体破断岩石或落煤，解决了以往爆破开采和预裂中破坏性大，危险性高及矿体粉碎等缺点，为矿山安全开采和预裂提供可靠保证，广泛适用于煤矿和非煤矿山。
爆破器是根据矿山行业标准设计而成，具有结构简单、安全性高、工作可靠、致裂能量可控、可重复使用、操作维护简单等多种优点。
工作原理如下图：二氧化碳在低于31或压力大于7.35MPa时以液态存在，而超过31时开始气化，且随温度的变化压力也不断变化。
利用这一特点，在致裂器主管内充装液态二氧化碳，使用发热管快速加热装置，液态二氧化碳瞬间气化膨胀并产生高压，当压力达到爆破片极限强度（可设定压力）时，定压泄能片破断，高压气体从泄能头释放，作用在煤（岩）体上，从而达到致裂的目的。
有别于传统，二氧化碳致裂器不产生冲击波、明火、热源和因化学反应而产生的各种有毒有害气体。
应用证明，二氧化碳致裂器作为一种物理爆破设备，不存在任何的负面作用，安全性能高。
突出优点：1) 热反应过程在密闭管体内腔中进行，低温爆破，喷出的CO2具有抑制**和阻燃作用，不会引爆瓦斯；2) 震动小，不产生具有破坏性的震荡或震波，大大减少诱发瓦斯突出的几率；3) 震动和撞击均无法激发发热装置，因此充装、运输、存放具有较高的安全性；4) 致裂扩散半径可达2m以上，可减少抽采钻孔数量；5) 爆破能力可控，根据使用环境、对象的不同设定能量等级；6) 落煤成块率高、抛煤距离短、粉尘小，有利于生产大块洁净煤；7) 不产生有毒有害气体，躲炮距离近，可迅速返回工作面，连续作业；8) 致裂器重复使用，寿命长达10年。
以上就是关于二氧化碳致裂器的简单分享，希望对大家有所帮助，同时也感谢大家一直以来的关注与支持！。
《二氧化碳致裂器》课件
原理及工作方式
通过将高压二氧化碳气体注入油井，形成压力差，从而使岩石裂缝扩大，增加油井的产能和 采收率。
与传统致裂器对比分析
与传统的水力致裂和化学致裂相比，二氧化碳致裂器具有更高的效率、更低的环境污染和更 可持续的发展前景。
参考文献
• 1. Smith, J. K., & Johnson, L. (2020). Carbon Dioxide Fracturing: Techniques, Applications, and Future Prospects.
• 2. Zhang, X., & Li, Y. (2019). Advances in Carbon Dioxide Fracturing Technology for Enhanced Oil Recovery.
未来发பைடு நூலகம்趋势
随着能源需求的增加和环境保 护意识的提高，二氧化碳致裂 器在能源行业中的应用前景将 进一步扩大。
挑战和机遇
尽管二氧化碳致裂器面临一些 挑战，但其在能源转型和可持 续发展方面的潜力为行业创造 了巨大的机遇。
总结
通过本次课程，我们需要掌握二氧化碳致裂器的原理和应用，了解其在石油开采中的重要性和应用前景。希望大家 能够从中获得知识和启发，并为能源行业的可持续发展做出贡献。
应用
石油开采中的应用
二氧化碳致裂器被广泛应用于油田 开发，可提高油井产量，降低开采 成本并提升能源行业的可持续性。
方法与技术
成功案例分析
通过控制二氧化碳注入的压力、流 量和喷射方式等参数，优化致裂效 果，并最大限度地提高油井的产能。
二氧化碳致裂器厂家
1.产品介绍用途二氧化碳气爆机，顾名思义，就是采用液态二氧化碳作为爆破材料来进行爆破作业的专用设备，适用范围广。
（一）煤炭行业巷道掘进、采煤工作面强制放顶、放顶煤工作面顶煤弱化、煤仓清、瓦斯治理深孔预裂（二）非煤矿山（金、铝、铜、铁等有色金属和大理石、石灰石、砂浆岩等非金属矿山。
（三）地铁隧道及城市建设工程，坚硬岩石、土石方开控、剥离、巷道掘进；混凝土建筑物等定向爆破。
（四）水泥、电力、钢铁行业的旋窑；预热器、炉窑、钢渣等设备清堵；热电厂垃圾燃烧炉的结块处理。
（五）水下爆破，破冰。
（七）应急救援抢险，各种矿山救护抢险，道路清障，堰塞湖处理，泄洪等2.工作原理:1、二氧化碳气体在一定的高压下可转变为液态，通过二氧化碳高压灌注机将液态的二氧化碳压缩至圆柱体容器（爆破筒）内，装入安全膜、破裂片、导热棒和密封圈，拧紧合金帽即完成了爆破前的准备工作。
2、将爆破筒和起爆器及电源线携至爆破现场，把爆破筒插入钻孔中固定好，连接起爆器电源。
当微电流通过高导热棒时，产生高温击穿安全膜，瞬间将液态二氧化碳气化，急剧膨胀产生高压冲击波致泄压阀自动打开，被爆破物品或堆积物受几何级当量冲击波向外迅猛推进，从起爆至结束整个过程只需4毫秒，且是低温下运行，与周围环境的液体，气体不相融合，不产生任何有害气体，不产生电弧和电火花，不受高温、高热、高湿、高寒影响。
产品组成:①二氧化碳储液罐②定量充装机③计量充装台④松紧机⑤电动提升机⑥可重复灌装使用的的二氧化碳储液管⑦充装头:用于充装液态二氧化碳。
⑧泄能头:为高压二氧化碳气体提供释放通道。
⑨发热装置:由电化学原料制作而成，在空气中不燃烧，不爆炸，为液态二氧化碳气化提供能量。
⑩定压泄能片:用于控制致裂器释放压力的大小。
产品特点：安全组装、填充和运输等过程安全可靠，同时相对于炸药爆破，消除人员伤亡事故；环保定向泄能对周围环境不产生破坏、不产生一氧化碳及氧化物等有毒气体，能够较好的改善工作环境，有益矿工身体健康；便利通过不同的二氧化碳填充量、更换不同型号的定能泄压片和发热活化器可控制膨胀系统的工作压力，从而使用不同的工作环境。
二氧化碳致裂器安全技术要求
附件1二氧化碳致裂器安全技术要求（试行）1范围本文件适用于二氧化碳致裂器（以下简称致裂器）的安全标志管理，规定了致裂器的命名、技术要求、试验方法、检验规则、包装、运输、储存、安全使用要求等内容。
本文件参照煤矿用液态二氧化碳相变致裂装备安全技术专家论证意见制定。
2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB 3836.1爆炸性环境第1部分：设备通用要求GB 3836.4爆炸性环境第4部分：由本质安全型丫保护的设备GB/T 6052-2011工业液体二氧化碳GB 6944危险货物分类和品名编号GB 7958-2000煤矿用电容式发爆器GB 8031-2005工业电雷管GB/T 9969工业产品使用说明书GB 12463危险货物运输包装通用技术条件GB/T 15098危险货物运输包装类别划分方法《煤矿安全规程》《煤矿井下爆破作业安全规程》3术语和定义下列术语和定义适用于本要求。
3.1二氧化碳致裂器由充装阀、发热装置、储液管、泄能器等组成，利用液体二氧化碳吸热气化相变时体积急剧膨胀产生高压，致使煤、岩体开裂或破碎、增透的设备。
3.2储液管高强度合金钢材所制的耐高压管式容器。
3.3发热装置由启动器、发热材料、保护罩或支架组成，为致裂器储液管内液体二氧化碳气化提供热能的装置。
3.4启动器由两根绝缘脚线、熔丝、引药组成，用以引燃发热材料的器件。
3.5发热材料由几种化工原料配制而成的化学药剂固体粉末。
3.6引药放置在启动器内部的一种化学药剂固体材料。
3.7泄能器为满足不同矿体开裂或破碎、增透要求，在致裂器里设置的用以限制泄放压力的器件。
通常由定压剪切片及释放管等组成。
3.8泄放压力致裂器中定压剪切片破断时，所释放的二氧化碳最大压力。
4名称型号、结构和基本参数4.1名称型号4.1.1产品名称：二氧化碳致裂器。
二氧化碳致裂器设备安全操作规定
二氧化碳致裂器设备安全操作规定二氧化碳致裂器（CO2 Fracturing）是一种新型的页岩气开发技术，在美国等地已经广泛应用。
二氧化碳致裂器可通过对注入井的高压二氧化碳进行喷出，引发裂缝从而为页岩气的产出提供了技术保障。
然而，操作过程中安全事故也时有发生。
本文旨在为操作人员提供二氧化碳致裂器设备的安全操作规定，以保障人身安全和设备安全。
一、操作前准备1.检查设备：在操作前，操作人员要检查二氧化碳致裂器设备是否完好，如有异常情况须立刻汇报至上级。
设备完好的内容包括：喷嘴、管道、气瓶、压力表等配件是否处于正常状态，喷嘴和气瓶的连接口是否严密，气瓶中的压力是否达到操作要求等。
对于损坏、老化等异常情况的设备要及时更换或维修。
2.清洗设备：使用二氧化碳致裂器设备时，设备中的裂解剂必须保持纯净，在操作前需要清洗设备。
清洗操作包括：用清洁剂对设备进行清洗、通入大量的清水进行冲洗等。
清洗后必须将设备内与裂解剂有关的管道、喷嘴等部位进行充分的干燥处理。
3.准备材料：在操作前，操作人员需准备相应数量的裂解剂和配套气瓶。
裂解剂是操作二氧化碳致裂器设备必要的原料，气瓶则用于储存高压的二氧化碳，供喷射之用。
裂解剂和气瓶的数量要根据具体情况而定，必须达到正常操作所需的本体。
二、操作过程中1.稳定设备：在操作过程中，二氧化碳致裂器设备要始终保持稳定状态，操作人员需要通过控制压力的大小来保证喷射速度和喷射量。
如果压力过大，设备内部会发生过载现象，导致设备破裂，造成人员伤害和设备损坏。
2.保持距离：在操作过程中，操作人员需保持安全距离，以保护自身安全。
喷射的裂解剂具有较高的速度和压力，如果距离设备太近，则有可能会被喷射到表面而造成伤害。
常见的距离为10-20米。
3.防静电：在操作过程中，设备内部会积累静电，导致火花产生。
为了防止静电引起火花甚至爆炸，操作人员需保持设备的接地良好，定期检查设备的接地情况，确保设备处于地面的良好触点上。
MZL系列二氧化碳致裂器技术简介
二、 二氧化碳致裂器技术介绍
1、二氧化碳致裂器
图例
二氧化碳致裂器结构示意图
致裂器主管
致裂器充气头
致裂器热源体
致裂器充气头
致裂器释放头
致裂器释泄能片（释放前）
致裂器释泄能片（释放后）
2、工作原理 将一定质量液态CO2充入致裂器主管。激发时将起爆装置连接到致裂器装置 上，通过电激励致裂器内的启动器使化学热反应器迅速放热给液态CO2，利用CO2 温度超过31℃时，无论压力多大液态CO2将在40毫秒内气化的物理特性和CO2从液 态变成气态时体积增加到原体积的600倍。当瞬间膨胀压力达到定压泄能片的屈 服压力时，泄能片破断，高压气体作用到钻孔壁，使周围材料破断，整个过程 在1秒内完成。
二氧化碳致裂器还有很多难题需要攻克， 期待有志于此的专家一起共同努力！
中煤科工集团工程科技有限公司
5、 CO2气体致裂过程是可控压力致裂，根据需要选定不同规格的致裂片，致裂安全管理 简单。不必考虑多装药问题，也不用考虑炮眼封堵长度、压力要求，可根据煤层致裂需求， 适当调节爆破压力，达到理想的预裂效果； 6、致裂震动比火药爆破小，不会产生破坏性震动，对上下巷和工作面支护不会产生破坏， 爆破时诱发煤与瓦斯突出可能性小，也不易破坏煤层引起突水事故； 7、抛煤距离短，不会崩倒支柱，有利于工作面顶板管理； 8、致裂器储存及运输过程中没有任何危险，管理容易，不会对社会造成危害； 9、不产生任何有毒气体（如火药爆破产生的对人体极其有害的CO、NO、NO2等气体）； 10、致裂过程产生粉尘少，不会造成粉尘飞扬；对井下作业人员的职业病防治、降低工 人发病率有积极作用，在安全高效的同时具有较高的环保效益； 11、躲炮距离短，致裂后可立即返回工作面； 12、在相同效果下比传统爆破布置炮眼少，可以减少爆破作业时间； 13、机理与火药爆破不同，从而使产炭块率提高30%-40%。在保护煤炭资源、提高资源利 用价值的同时，煤矿企业经济效益大幅增长； 14、使用成本低：该产品操作简单，操作人员少，低耗材、充填迅速、生产效率高； 15、利用CO2相较于CH4亲煤特性，在致裂的过程置换出一定数量的吸附CH4，更好地降低 煤体瓦斯赋存量。
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7#
爆破孔
10# 6# 8#
9# 观测孔
图5 致裂增透效果考察钻孔布置示意图
图6 致裂增透效果考察钻孔剖面示意图
5）第五组钻孔为二氧化碳致裂前后煤层透气性系数对比试
验 在选择的试验巷道，施工2个常规钻孔 11#、12#，要求同时
完成钻孔布置，并对其中1个钻孔进行二氧化碳致裂。2个钻孔
均封孔后测定煤层瓦斯压力P0，当测压钻孔的瓦斯压力稳定于 最高值后，取下压力表，卸除瓦斯压力，开始排放瓦斯，并测
MZL二氧化碳致裂器
煤科集团沈阳研究院有限公司 2015年2月
汇 报 提 纲
一
产品简介
二 工作原理
三
使用范围
四 产品优点及装备 五
效果考察及应用
七 六
七
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
淮南增透技术方案
效果考察及应用 目前MZL二氧化碳致裂器主要在陕西、山西、 辽宁等地使用，效果显著。
淮南增透实验方案
1）第一组钻孔主要测定煤层瓦斯压力
（1）测压地点应选择在巷道顶板比较完整、稳定的 地方开孔，1#、2#开孔点距终孔点的法线距离（岩石段 ）不小于15m(最小不小于10m)，采用水泥砂浆封孔，封 孔长度不小于10m；测压孔见煤点处煤层应处于原始状 态，方圆50m范围内，不应有揭露点； （2） 测压点距断层、裂隙、火成岩及其它地质构造 带的距离不小于100m； （3） 测压孔的开孔直径为Φ75 mm； （4） 钻孔采用向上孔，倾角最好大于30°，便于水 泥砂浆封孔。
3）第三组钻孔为单孔致裂前后瓦斯自然排放对比试验 在选择的试验巷道，先施工穿层5#钻孔，封孔留出一截 排放管自然排放瓦斯，测定瓦斯涌出量 Q(t)，t =0~t1。对 该钻孔进行二氧化碳致裂，测定瓦斯涌出量Q(t)，t =t1~t2 。然后进行对比分析。目的是通过单孔致裂前后两个不同 阶段瓦斯涌出量的比较，考察致裂机理和效果。
2）第二组钻孔进行钻孔瓦斯自然排放对比试验 在选择的试验巷道，施工 2 个常规钻孔 3# 、 4# ，间距大于 15m，要求同时完成钻孔布置，并对其中1个钻孔进行二氧化 碳致裂。同时封孔，留出一截排放管自然排放瓦斯，测定瓦 斯涌出量QC(t)，QCB(t) ，t =0~t2。然后进行对比分析，并 获得λ，λB。目的是通过对致裂孔与常规钻孔自然排放瓦斯涌 出量的对比，考察致裂增透机理和效果。
4）第四组钻孔为二氧化碳致裂增透范围试验
在选择的试验巷道，布置 6# 致裂钻孔，在致裂钻孔两
侧不等距布置 4个考察钻孔 7#、8#、9#、10#，要求4个钻 孔同时完成钻孔布置，立即封孔（图5）。准备完毕后再
施工致裂孔，并进行二氧化碳致裂。测定各考察钻孔的瓦
斯涌出量Q i (t)，αi，计算λi，t =0~t2。然后进行对比分析 。目的是通过 6 个不同距离的考察钻孔的 P0i ， Qi (t) 和 αi 的比较，获得二氧化碳致裂影响半径及增透影响范围内距 致裂孔不同距离的透气性系数的变化规律和增透效果。
定钻孔瓦斯流量 Q 。然后通过计算获得 λ 、 λB 。目的是通过对
致裂孔与常规孔煤层透气性系数 λ的对比，考察致裂增透机理 和效果。