CN109138956A - 一种电脉冲水力致裂一体化装置 - Google Patents
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Abstract
一种电脉冲水力致裂一体化装置，包括放电电极、高压线缆、线管、高压储能电容器、胶囊封孔器、钻孔注水管和胶囊注水管，放电电极固定在线管的前端，高压线缆的一端与放电电极相连，高压线缆的另一端穿过线管后与高压储能电容器相连，胶囊封孔器串在线管上，胶囊注水管的前端伸入到胶囊封孔器内，钻孔注水管的前端穿过胶囊封孔器。本发明的一种电脉冲水力致裂一体化装置，结构巧妙，实现了放置放电电极、注水和封孔的一体化操作，作业效率高，以静压水作为介质，放电电极产生的电脉冲引起水的空化效应不断扩增煤体中的裂隙，并使水充满钻孔周围的裂隙及次生裂隙，改善了煤体力学性能，提高了煤体的塑性，降低了突出危险性。
Description
技术领域
本发明涉及矿用设备，具体涉及一种电脉冲水力致裂一体化装置。
背景技术
采煤工作面回采过程中，为防止突出发生，须尽可能增加煤体透性，使瓦斯充分预排。在煤炭开采不断向地底延伸时，深部出现的高地应力、高瓦斯含量、高瓦斯吸附压力、煤岩的高非均质性和低渗透性的问题越来越严重。综合机械化工作面的快速推进，采场应力来不及平衡。这些都共同导致采煤工作面的卸压带长度不足，煤炭生产中，通常以加大炸药用量来提高松爆效果，这种方式存在较大安全隐患。专利CN201610713505公开了一种新型深孔水压爆破装置和爆破方法，将炸药筒包裹在水袋中，再将水袋装入钻孔，水袋注水后实施爆破。这种爆破方法，由于水仅存在于在水袋中，没有渗入岩层裂隙，因此其爆破仅能松动钻孔周围有限的岩层，而不能对钻孔周围的整个岩层进行松动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电脉冲水力致裂一体化装置，集注水、放电于一体，以提高井下深孔的松爆效率。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种电脉冲水力致裂一体化装置，包括放电电极、高压线缆、线管、高压储能电容器、胶囊封孔器、钻孔注水管和胶囊注水管，放电电极固定在线管的前端，高压线缆的一端与放电电极相连，高压线缆的另一端穿过线管后与高压储能电容器相连，胶囊封孔器串在线管上，胶囊注水管的前端伸入到胶囊封孔器内，钻孔注水管的前端穿过胶囊封孔器。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述胶囊注水管上还安装有第一阀门。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述钻孔注水管上还安装有第二阀门。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述高压储能电容器的电容为20～40μF。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述高压储能电容器的充电端与高压充电电源相连。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述高压充电电源的额定输出电压为100～500kV。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.本发明的一种电脉冲水力致裂一体化装置，结构巧妙，实现了放置放电电极、注水和封孔的一体化操作，作业效率高；
2.以静压水作为介质，静压水充满钻孔内及钻孔周围的裂隙，放电电极产生的电脉冲引起水的空化效应不断扩增裂隙；
3.放电电极多次放电，使水充满钻孔周围的裂隙及次生裂隙，改善了煤体力学性能，提高了煤体的塑性，降低了突出危险性。
附图说明
图1为一种电脉冲水力致裂一体化装置的结构示意图；
图2为胶囊封孔器的结构示意图；
图3为胶囊封口器的A处横截面图；
图4为胶囊封口器的B处横截面图；
以上图1-4中，1-放电电极；2-线管；3-胶囊封孔器；301-胶囊注水管；302-第一阀门；4-高压线缆；5-钻孔注水管；501-第二阀门。
具体实施方式：
下面参照附图对本发明做进一步描述。
实施例
如图1所示，一种电脉冲水力致裂一体化装置，包括放电电极1、高压线缆4、线管2、高压储能电容器、胶囊封孔器3、钻孔注水管5和胶囊注水管301。放电电极1固定在线管2的前端，高压线缆4的一端与放电电极1相连，高压线缆4的另一端穿过线管2后与高压储能电容器相连，高压储能电容器的电容为20～40μF，胶囊封孔器3串在线管2上。
如图2、3和4所示，胶囊注水管301的前端伸入到胶囊封孔器3内，钻孔注水管5的前端穿过胶囊封孔器3。第一阀门302安装在胶囊注水管301上，第二阀门501安装在钻孔注水管5上。
使用上述电脉冲水力致裂一体化装置进行深孔水力致裂松爆的方法如下：
1)当煤层回采时，向煤体施工多个钻孔；
2)将电脉冲水力致裂一体化装置的前端伸入到钻孔的深处，之后将高压储能电容器的充电端与额定输出电压为100～500kV的高压充电电源相连，将胶囊注水管301和钻孔注水管5分别与水源相连；
3)打开第一阀门302向胶囊封孔器3内注水，胶囊封孔器3膨胀，胶囊封孔器3内侧的胶囊皮抱紧线管2，外侧的胶囊皮贴紧钻孔壁，从而封闭钻孔；
4)打开第二阀门501，通过钻孔注水管5向钻孔内注入静压水，直至无法再注入后关闭第二阀门501；
5)开启高压充电电源对高压储能电容器中充电，当电压达到预定值时断开高压充电电源，闭合高压储能电容器的放电开关将高压储能电容器中存储的电能通过放电电极1在水中释放，放电电极1放电瞬间在水中产生强大的冲击波，使放电电极周围的水产生空化效应冲击钻孔周围的煤体，使煤体上的裂隙扩增；
6)再次开启高压充电电源向高压储能电容器中充电，当电压再次达到预定值时，再次闭合放电开关进行放电，继续扩增煤体上的裂隙，重复放电50～100次后停止放电；
7)打开第二阀门501降低钻孔内的水压，打开第一阀门302使胶囊封孔器3松弛，通过杆状物顶住胶囊封孔器3，同时将线管2向钻孔外退出1～2m；
8)重复步骤3)～7)；
9)当放电电极1与胶囊封孔器3之间的距离为2m时，致裂作业完成；
10)打开第二阀门501降低钻孔内的水压，打开第一阀门302使胶囊封孔器3松弛，之后从钻孔中撤出电脉冲水力致裂一体化装置；
11)选取新的钻孔，重复步骤2)～9)。
Claims (6)
1.一种电脉冲水力致裂一体化装置，其特征在于，包括放电电极、高压线缆、线管、高压储能电容器、胶囊封孔器、钻孔注水管和胶囊注水管，放电电极固定在线管的前端，高压线缆的一端与放电电极相连，高压线缆的另一端穿过线管后与高压储能电容器相连，胶囊封孔器串在线管上，胶囊注水管的前端伸入到胶囊封孔器内，钻孔注水管的前端穿过胶囊封孔器。
2.根据权利要求1所述的一种电脉冲水力致裂一体化装置，其特征在于，所述胶囊注水管上还安装有第一阀门。
3.根据权利要求1所述的一种电脉冲水力致裂一体化装置，其特征在于，所述钻孔注水管上还安装有第二阀门。
4.根据权利要求1所述的一种电脉冲水力致裂一体化装置，其特征在于，所述高压储能电容器的电容为20～40μF。
5.根据权利要求1所述的一种电脉冲水力致裂一体化装置，其特征在于，所述高压储能电容器的充电端与高压充电电源相连。
6.根据权利要求5所述的一种电脉冲水力致裂一体化装置，其特征在于，所述高压充电电源的额定输出电压为100～500kV。
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