[发明专利]一种煤体电脉冲致裂增渗实验系统及方法

说明书

一种煤体电脉冲致裂增渗实验系统及方法，适用于提高低渗透、高吸附煤层的瓦斯抽采率。该系统包括高压充电电源、高压储能电容器、放电开关、高压击穿发生器。所述的高压充电电源将220V的交流电整流、升压至0‑300kV范围内的可调电压；所述的高压储能电容器可将高压电储存起来；所述的放电开关可实现瞬间释放高压储能电容器储存的高压电；所述的高压击穿发生器通过液压控制系统能够在煤样的三轴方向施加压力。该系统利用高压脉冲放电技术实现煤层致裂，能够较好的疏通瓦斯渗流过程中的通道，对于提高低透气、高吸附煤层瓦斯的抽采率有着重要意义。

技术领域

本发明涉及一种致裂增渗的实验系统及方法，尤其是一种利用高压电脉冲放电技术击穿煤样的煤体电脉冲致裂增渗实验系统及方法。

背景技术

近年来，随着我国煤矿进入了深部开采阶段，我国大多数矿井以低透气性煤层开采为主，这些矿井开采的过程中都面临着瓦斯抽采困难的问题，而解决这一问题的关键就在于提高煤层的透气性。传统的提高瓦斯抽采效果主要有两种方法：一是促进瓦斯的解吸，二是疏通瓦斯渗流的通道。而当前主要采用的提高瓦斯抽采的办法是疏通瓦斯渗流通道，即通过采用一系列致裂技术从而在煤层内部形成裂隙网络，为瓦斯在煤层中的运移提供路径。根据传统的煤层致裂增透方法：开采解放层、水力压裂、密集钻孔以及深孔爆破技术等也取得了一定的效果，但是这些方法的本身也存在一些缺陷，例如：开采解放层会有很多的夹矸且不适应于单一煤层开采；水力压裂的方向难以控制而且会浪费大量的水资源；密集钻孔技术很容易出现串钻的现象，而且钻孔数目的增加会极大的增加采煤的成本；深孔爆破技术在松软煤层很难将炸药输送到预设地点。基于现有煤层增透技术的缺陷，开发一种更加简单有效的煤层增透方法以解决低透气性煤层瓦斯抽采困难的问题尤为重要。

自20世纪70年代美国等国家将高压电脉冲破碎技术成功应用于石油解堵以来，有些学者提出将高压脉冲放电技术应用于煤层的致裂增透。高压电脉冲放电技术破坏材料主要有两种方式：一种是液电效应，另一种是电破碎。液电效应是指将固体材料和电极浸没在液体中，电极与固体材料为非接触状态，高压电先将液体电介质击穿，从而产生强大的冲击波，冲击波作用于固体材料从而将固体材料破碎，从本质上讲液电效应利用的是冲击波产生的压力使固体材料破碎。电破碎是指高压电直接作用于固体材料表面，使得固体材料内部形成大量的等离子，随着等离子的聚集使得等离子通道急剧膨胀，从而产生很大的张应力，迫使固体材料发生破碎。

目前，大多数学者将高压脉冲放电技术应用到破碎固体的领域主要采用的是液电效应破碎的方式，然而液电效应破碎固体材料的能量利用率很低，因此研究更为直接的高压脉冲放电破碎固体的技术具有重要的意义。本发明通过将高压电脉冲直接加载到煤样两端，放电过程中会产生大量的等离子，这些等离子携带着巨大的能量并在瞬间积聚形成等离子通道，积聚后的等离子以应力波的形式对煤样做功，迫使煤样发生破裂。本发明直接将高压电脉冲加载到煤样两端并将煤样破碎，能够更加有效的提高能量利用率，同时疏通了瓦斯运移的通道，进而实现了提高低透气、高吸附煤层瓦斯抽采率的目的。

发明内容

技术问题：本发明的目的是为了解决现有低透气性煤层瓦斯抽采技术中的不足，提供一种煤体电脉冲致裂增渗的实验系统及方法，利用瞬时高压放电的过程中等离子携带的巨大的能量以应力波的形式对煤样进行做功，从而疏通煤层中的原生裂隙或产生新的裂隙通道以促进瓦斯的抽采。