[發明專利]一種煤體電脈沖致裂增滲實驗系統及方法

有效

• 申請號: 201611113775.5
• 申請日: 2016-12-06
• 公開（公告）號: CN106761641B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 林柏泉;張祥良;閆發志;王一涵;孔佳;楊凱;郭暢;盧細苗;朱傳杰
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26
• 代理公司: 32249 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 楊曉玲

一種煤體電脈沖致裂增滲實驗系統及方法，適用于提高低滲透、高吸附煤層的瓦斯抽采率。該系統包括高壓充電電源、高壓儲能電容器、放電開關、高壓擊穿發生器。所述的高壓充電電源將220V的交流電整流、升壓至0?300kV范圍內的可調電壓；所述的高壓儲能電容器可將高壓電儲存起來；所述的放電開關可實現瞬間釋放高壓儲能電容器儲存的高壓電；所述的高壓擊穿發生器通過液壓控制系統能夠在煤樣的三軸方向施加壓力。該系統利用高壓脈沖放電技術實現煤層致裂，能夠較好的疏通瓦斯滲流過程中的通道，對于提高低透氣、高吸附煤層瓦斯的抽采率有著重要意義。

技術領域

本發明涉及一種致裂增滲的實驗系統及方法，尤其是一種利用高壓電脈沖放電技術擊穿煤樣的煤體電脈沖致裂增滲實驗系統及方法。

背景技術

近年來，隨著我國煤礦進入了深部開采階段，我國大多數礦井以低透氣性煤層開采為主，這些礦井開采的過程中都面臨著瓦斯抽采困難的問題，而解決這一問題的關鍵就在于提高煤層的透氣性。傳統的提高瓦斯抽采效果主要有兩種方法：一是促進瓦斯的解吸，二是疏通瓦斯滲流的通道。而當前主要采用的提高瓦斯抽采的辦法是疏通瓦斯滲流通道，即通過采用一系列致裂技術從而在煤層內部形成裂隙網絡，為瓦斯在煤層中的運移提供路徑。根據傳統的煤層致裂增透方法：開采解放層、水力壓裂、密集鉆孔以及深孔爆破技術等也取得了一定的效果，但是這些方法的本身也存在一些缺陷，例如：開采解放層會有很多的夾矸且不適應于單一煤層開采；水力壓裂的方向難以控制而且會浪費大量的水資源；密集鉆孔技術很容易出現串鉆的現象，而且鉆孔數目的增加會極大的增加采煤的成本；深孔爆破技術在松軟煤層很難將炸藥輸送到預設地點。基于現有煤層增透技術的缺陷，開發一種更加簡單有效的煤層增透方法以解決低透氣性煤層瓦斯抽采困難的問題尤為重要。

自20世紀70年代美國等國家將高壓電脈沖破碎技術成功應用于石油解堵以來，有些學者提出將高壓脈沖放電技術應用于煤層的致裂增透。高壓電脈沖放電技術破壞材料主要有兩種方式：一種是液電效應，另一種是電破碎。液電效應是指將固體材料和電極浸沒在液體中，電極與固體材料為非接觸狀態，高壓電先將液體電介質擊穿，從而產生強大的沖擊波，沖擊波作用于固體材料從而將固體材料破碎，從本質上講液電效應利用的是沖擊波產生的壓力使固體材料破碎。電破碎是指高壓電直接作用于固體材料表面，使得固體材料內部形成大量的等離子，隨著等離子的聚集使得等離子通道急劇膨脹，從而產生很大的張應力，迫使固體材料發生破碎。

目前，大多數學者將高壓脈沖放電技術應用到破碎固體的領域主要采用的是液電效應破碎的方式，然而液電效應破碎固體材料的能量利用率很低，因此研究更為直接的高壓脈沖放電破碎固體的技術具有重要的意義。本發明通過將高壓電脈沖直接加載到煤樣兩端，放電過程中會產生大量的等離子，這些等離子攜帶著巨大的能量并在瞬間積聚形成等離子通道，積聚后的等離子以應力波的形式對煤樣做功，迫使煤樣發生破裂。本發明直接將高壓電脈沖加載到煤樣兩端并將煤樣破碎，能夠更加有效的提高能量利用率，同時疏通了瓦斯運移的通道，進而實現了提高低透氣、高吸附煤層瓦斯抽采率的目的。

發明內容

技術問題：本發明的目的是為了解決現有低透氣性煤層瓦斯抽采技術中的不足，提供一種煤體電脈沖致裂增滲的實驗系統及方法，利用瞬時高壓放電的過程中等離子攜帶的巨大的能量以應力波的形式對煤樣進行做功，從而疏通煤層中的原生裂隙或產生新的裂隙通道以促進瓦斯的抽采。