[发明专利]一种强塑性材料灌装高压水致裂裂隙岩体的方法

说明书

本发明公开了一种强塑性材料灌装高压水致裂裂隙岩体的方法，涉及裂隙岩体水力压裂领域。能达到水压力更加集中，破裂裂缝更大更充分，岩体相对破碎程度大，破碎效果更加明显的目的。在岩体内钻孔之后，先在钻孔中布置强塑性材料，再注入高压水进行水力压裂。这种遇水后具有极强的张力和可降解性质的塑性材料在之后的水压致裂裂隙岩体过程中能达到束缚高压水、集中水压致裂裂隙岩体的目的；与此同时，通过可降解材料的封闭，充入的水不会流出，水压不会下降，这时能够集中水压力破岩，使得材料不断膨胀，当膨胀压力大于周围岩体的承受能力时，可以将岩体撑开一定裂隙破裂裂缝更大更充分。

技术领域

本发明涉及利用水力压裂技术致裂裂隙岩体的相关领域，特别提供一种遇水后具有极强的张力和可降解特性的塑性材料且在之后的水压破裂过程中达到束缚高压水、集中水压致裂裂隙岩体的目的。

背景技术

现有技术中，水力压裂技术主要应用于煤矿或页岩油开采领域，在煤矿中主要用于对煤矿顶板进行切顶卸压、高瓦斯煤层增透、巷道扩帮、取代炸药爆破技术进行岩巷掘进等。主要原理为通过在坚硬岩体中钻孔并注入高压水，当钻孔周围的应力达到岩体的起裂条件后，在坚硬顶板中形成裂缝网络，起到破坏坚硬顶板完整性和降低坚硬顶板强度的作用，水力压裂技术可以有效降低坚硬岩体的强度，使其达到隧道掘进机（TBM）或掘进机可以进行机械切割的程度。

伴随开采过程中各种矿物埋藏深度不断增加，上覆岩层压力也越来越大，导致岩层硬度愈加坚硬，开采难度也不断加大。常规水压开裂法水力压裂就是利用地面高压泵，通过井筒向油层挤注具有较高粘度的压裂液。当注入压裂液的速度超过岩层的吸收能力时，则在岩层上形成很高的压力，当这种压力超过井底附近岩石的破裂压力时，岩层将被压开并产生裂缝。这时，继续不停地向岩层挤注压裂液，裂缝就会继续向岩层内部扩张。传统的水力压裂如图1-2所示，其中压裂液极易随裂隙流失，出现泄压的情况，从而影响水力压裂的最终效果。

发明内容

本发明针对以上问题，提出了一种破裂效果更好的强塑性材料来灌装高压水致裂裂隙岩体的方法，能达到水压力更加集中，破裂裂缝更大更充分，岩体相对破碎程度大，破碎效果更加明显的目的。

本发明的技术方案为：如图3-5所示，在岩体内钻孔之后，先在水力压裂点处布置强塑性材料，再进行水力压裂。本案中采用一种具有强塑性且不易破裂材料来灌装高压水破裂岩体，将这种材料提前套入已经打好钻孔的岩体内，以此来达到束缚高压水的目的；随着高压水的持续注入，使得这种强塑性材料不断膨胀，膨胀压力也越来越大，最终达到膨胀压力大于钻孔周围岩体的承载能力，使得岩体松散破碎。

所述强塑性材料为纳米碳增强钛基复合材料（比如按照2019年12月31日公告的一份名为“一种强塑性匹配的纳米碳增强钛基复合材料的制备方法”、申请号为“201911058959.X”的中国发明专利申请所加工出的纳米碳增强钛基复合材料）或超细晶材料（比如按照2006年6月27日公告的一份名为“制备超晶材料的强塑性变形方法”、申请号为“200610148220.4”的中国发明专利申请所加工出的超细晶材料）。强塑性材料拥有遇水后具有极强的张力和塑性的特性，即能够随着高压水的注入不断膨胀呈现出近似椭圆形的球体给予周围岩体一定的膨胀应力直至岩体破裂。

布置强塑性材料时，应将强塑性材料贴附在钻孔的内壁上。

通过水力压裂系统中进行水力压裂，所述水力压裂系统包括高压水泵、压力表、水压监测仪、注水管以及封孔器，需要说明的是，由于现有技术中的封孔器较多，比如申请号为“202021101787.8”、名称为“一种新型水力压裂封孔器”的中国实用新型专利所示，对此，本案中对于封孔器的内部结构不再赘述；

所述高压水泵的进水口连接水源，所述高压水泵的出水口通过注水管与封孔器连接；所述水压监测仪安装在高压水泵的出水口处，用于监测高压水泵的出水口的水压；所述压力表安装在高压水泵上，用于监测高压水泵内部的压力。通过水力压裂技术在硬岩巷隧道内部生成一系列网状裂缝，使其强度降低。