CN109323973B - 一种高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤层气(矿井瓦斯)开采技术领域，特别是一种高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置，包括高功率脉冲发生机构和声发射检测机构，使所述高功率脉冲发生机构工作时，所述高功率脉冲发生机构向煤样发射高功率脉冲，致裂所述煤样，所述声发射检测机构检测并分析所述煤样内的声发射,还包括冲击波检测机构，所述冲击波检测机构检测并分析所述煤样内的冲击波特征。采用本发明的有益效果为：能够确定对煤体致裂效果较好时所需的脉冲能量，分析在较高围压和高瓦斯压力下含瓦斯煤破裂过程中声发射时空演化规律，探讨瓦斯压力对声发射特征的影响,对冲击波特性、冲击波致裂煤样规律的实验研究，对不同波形能量冲击波致裂规律进行数值计算分析。
Description
技术领域
本发明涉及煤层气(矿井瓦斯)开采技术领域，特别是一种高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置。
背景技术
近年来，随着科学技术的发展，我国对煤层的开发取得了突破性的进展。随着我国煤需求量的逐年增加，我国对煤层的开采也逐步向深部转移。深部煤层瓦斯压力大、瓦斯含量高，容易导致矿井生产过程中发生煤与瓦斯突出动力灾害。为了防治发生煤与瓦斯突出灾害，确保安全生产，在对煤层进行开采前，需要对煤层中的瓦斯进行抽采。然而，深部煤层的透气性普遍较低，因而瓦斯抽采难度较大，为了降低瓦斯抽采的难度，在抽采瓦斯前需要采取措施增加煤层的渗透性。
煤层致裂增渗技术是解决深部低透气性煤层普遍存在微孔隙、低渗透率和高吸附难题的重要方法，国内外的学者对煤层致裂增渗技术进行了大量探索，取得了一定的进展。目前常用的煤层增渗技术主要有：开采保护层、密集钻孔、水力压裂、高压水射流割缝以及深孔松动爆破等。这些技术普遍存在工艺复杂、施工量大、成本高及应用范围有限等缺点。
近些年来，高功率脉冲技术被提出应用于煤层增透领域，在现场应用中取得了较好的效果。在采用高功率脉冲技术增加煤层渗透性的过程中，研究人员发现，高功率脉冲技术作用于煤层的增渗效果受到脉冲能量和煤体自身理化特征的影响，即采用高功率脉冲致裂煤体时，选用不同脉冲能量的高功率脉冲对相同理化特征的煤体进行致裂，致裂后煤体的渗透性并不相同；选用相同脉冲能量的高功率脉冲对不同理化特征的煤体进行致裂，致裂后煤体的渗透性也不相同。
在煤层开采的过程中，不同地区的煤层，其自身理化特征并不相同。采用高功率脉冲致裂煤体时，为了确保致裂后的煤体具有较好的渗透性，需要提前确定对煤体致裂效果较好时所需的脉冲能量。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对采用高功率脉冲致裂煤体时，如何确定对煤体致裂效果较好时所需的脉冲能量的问题，提供一种高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置，包括高功率脉冲发生机构和声发射检测机构，所述高功率脉冲发生机构通过导线与煤样相连接，使所述高功率脉冲发生机构工作时，所述高功率脉冲发生机构向所述煤样发射高功率脉冲，致裂所述煤样，所述声发射检测机构与所述煤样相配合，检测并分析所述煤样内的声发射特征。
本申请的高功率脉冲，是指脉冲功率在10KW以上的脉冲。上述方案中为了确保放电效果，可使导线与煤样相连接的一端与放电电极进行连接后，再将放电电极与煤样进行连接，使对煤样放电时，高功率脉冲机构通过放电电极对煤样发射高功率脉冲。上述方案中的声发射检测机构可选用市面上常见的声发射检测仪。上述方案中的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验方法包括高功率脉冲发生机构和声发射检测机构。在实验开始前根据实验需要制作多组相同的煤样。实验时，将声发射检测机构的传感器贴合在煤样的表面，随后使高功率脉冲发生机构以不同脉冲能量的高功率脉冲对不同组的煤样进行致裂，并逐个记录各组煤样所对应的脉冲能量。随着高功率脉冲发生机构发射高功率脉冲对煤样进行致裂，煤样内的不同区域逐渐发生破裂，并产生声发射信号，声发射检测机构检测不同区域破裂时产生的声发射信号，并记录检测到的声发射信号的先后顺序。待煤样致裂完成后，声发射检测机构对采集到的声发射信号进行分析，并采用计算机进行建模，能够在计算机上清楚地反映煤样不同区域产生破坏的动态过程，从而能够准确地得到煤样内部受到破坏的区域的大小。通过对比不同组煤样内受到破坏的区域的大小，即可确定内部破坏区域最大的一组煤样。通过查询该组煤样所对应的脉冲能量即可确定使煤样致裂效果较好时所需的脉冲能量，从而解决了采用高功率脉冲致裂煤样时，如何确定对煤体致裂效果较好时所需的脉冲能量的问题。
采用高功率脉冲致裂煤体的过程中，研究人员发现，采用相同脉冲能量的高功率脉冲对同一煤体进行致裂的过程中，当对同一煤体进行致裂的频率不同时，即在一定时间内对同一煤体进行致裂的次数不同时，煤体的致裂效果也不相同。为了确保致裂后的煤体具有较好的渗透性，为此，需要提前确定选择何种频率对煤体进行致裂。
使用上述方案所述的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置进行实验时，首先保持对煤体进行致裂的频率相同的情况下，选用不同的脉冲能量进行实验，确定致裂效果好时所需的脉冲能量；然后保持高功率脉冲的脉冲能量不变的情况下，采用不同的频率对不同组的煤样进行致裂。致裂完成后，通过对不同组的煤样的内部进行检测，确定孔隙率最大的一组煤样，即可确定以何种频率对煤样进行致裂时，煤样的致裂效果好。
优选地，所述高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置还包括三轴加压系统和瓦斯注入系统，所述三轴加压系统与所述煤样相配合，对所述煤样施加三轴压力，所述瓦斯注入系统与所述煤样相连接，使所述瓦斯注入系统工作时，所述瓦斯注入系统向所述煤样的内部注入瓦斯。
煤资源是我国主要能源之一，随着经济的发展，对煤资源的开采逐渐向深部转变。深部煤层所具有的高地应力、高瓦斯和低渗透率等特点严重影响了煤炭的安全开采。因此，开展含瓦斯煤岩在复杂应力下，特别是较高围压和高瓦斯压力下的声发射特性研究，对揭示不同应力环境下深部高瓦斯煤岩体微破裂试件的时空分布特征，保障深部高瓦斯煤层安全开采具有重要意义。
上述优选方案中所述的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置还包括三轴加压系统和瓦斯注入系统，实验时，三轴加压系统对煤样施加三轴压力，模拟深部煤层受到的高地应力，瓦斯注入系统向煤样的内部注入瓦斯，模拟煤岩内部存在的高瓦斯压力。在实验的过程中，声发射检测机构对煤体内部的声发射信号进行采集并进行分析，能够得到声发射空间分布规律，从而研究人员能够分析在较高围压和高瓦斯压力下含瓦斯煤破裂过程中声发射时空演化规律，探讨瓦斯压力对声发射特征的影响。
优选地，所述高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置还包括冲击波检测机构，所述冲击波检测机构与所述煤样相配合，检测并分析所述煤样内的冲击波特征。
上述优选方案中的冲击波检测机构可选用市面上常见的冲击波检测仪。在实验开始前根据实验需要制作出多组相同的煤样。实验时，将冲击波检测机构的多个传感器埋设在煤样的内部的不同位置，随后使高功率脉冲发生机构以不同脉冲能量的高功率脉冲对不同组的煤样的钻孔内填充的液体进行击穿，使液体产生冲击波对煤样进行致裂，并逐个记录各组煤样所对应的脉冲能量。煤样的破坏形式可分为抗拉破坏和抗压破坏，在钻孔附近的破坏通常为抗压破坏。煤样的抗拉强度小于其抗压强度，随着冲击波在煤样内传播，冲击波的破坏能力逐渐减小，当冲击波的无法造成煤样的抗压破坏时，煤样的破坏形式转变为抗拉破坏。冲击波检测机构对采集到的冲击波信号进行分析，能够获知煤样内不同区域受到破坏的形式，同时冲击波检测机构对采集到的冲击波信号的位置进行分析，从而能够得到煤样内受到破坏的区域的大小。通过对比不同组煤样内受到破坏的区域的大小，即可确定内部破坏区域最大的一组煤样。通过查询该组煤样所对应的脉冲能量即可确定使煤样致裂效果较好时所需的脉冲能量。采用冲击波检测机构对煤样内的冲击波信号进行检测并进行分析，从而研究人员能够实现对高功率脉冲冲击波的产生、传播机理以及煤样的破裂机理进行分析，同时还能够实现对冲击波特性、冲击波致裂煤样规律的实验研究，并对不同波形能量冲击波致裂规律进行数值计算分析。同时，通过对声发射和冲击波共同进行分析，能够更加准确地得出煤样内部的破裂范围。
优选地，所述高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置还包括气体压力检测机构，所述气体压力检测机构与所述煤样相配合，检测所述煤样内的瓦斯压力。
高功率脉冲技术作用于煤层的增渗效果受到煤层内的煤层气压力的影响，即当煤层内的煤层气压力不同时，采用相同脉冲能量的高功率脉冲对煤体进行致裂的致裂效果并不相同。上述优选方案中，通过设置气体压力检测机构，实现了对煤样内部瓦斯压力的检测，从而能够明确地得出煤样在什么瓦斯压力下，受到高功率脉冲的致裂效果最好。
优选地，所述高功率脉冲发生机构包括高功率脉冲电源、高功率脉冲开关以及高功率脉冲电容器，所述导线包括第一导线节段、第二导线节段和第三导线节段，所述高功率脉冲电源与所述高功率脉冲电容器之间通过所述第一导线节段相连接，所述高功率脉冲电容器的正极与所述煤样的一端之间通过所述第二导线节段相连接，所述高功率脉冲电容器的负极与所述煤样的另一端之间通过所述第三导线节段相连接，所述高功率脉冲开关设置在所述第二导线节段或所述第三导线节段上，控制所述高功率脉冲电容器与所述煤样之间电路的通断状态。
上述优选方案中，高功率脉冲发生机构包括高功率脉冲电源、高功率脉冲开关以及高功率脉冲电容器，高功率脉冲电源与高功率脉冲电容器之间通过第一导线节段相连接，高功率脉冲电容器的正极与煤样的一端之间通过第二导线节段相连接，高功率脉冲电容器的负极与煤样的另一端之间通过第三导线节段相连接，高功率脉冲开关设置在第二导线节段或所述第三导线节段上。使用时，首先断开高功率脉冲开关，并使高功率脉冲电源对高功率脉冲电容器进行充电，通过测量高功率脉冲电容器的正极与负极之间的电压，即可计算出高功率脉冲电容器内存储的脉冲能量。当对高功率脉冲电容器充入的电量满足实验要求时，使高功率脉冲电源停止对高功率脉冲电容器充电，随后将高功率脉冲开关闭合，此时高功率脉冲电容器释放特定脉冲能量的高压脉冲对煤样进行致裂。同时，通过控制一定时间内高功率脉冲电源对高功率脉冲电容器的充电的次数，以及高功率脉冲开关闭合的次数，即可实现以特定的频率对煤样进行致裂。
使用上述优选方案所述的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置进行实验时，不但能够较为方便地实现以特定脉冲能量的高功率脉冲对煤样进行致裂，而且还能够较为方便地实现以特定的频率对煤样进行致裂。
优选地，所述三轴加压系统包括可封闭的压力室，所述压力室用于容纳所述煤样，所述压力室的x方向、y方向、z方向的侧壁上分别设置有通孔，所述通孔上滑动设置有滑动块，所述滑动块与所述压力室的内侧相对应的一端为压迫端，所述压迫端的端部与所述煤样之间为压迫配合。
上述优选方案中，所述三轴加压系统包括可封闭的压力室。实验时，将煤样放置于压力室内，并封闭压力室，通过推动滑动块使滑动块的压迫端端部对煤样进行压迫，即可实现对煤样施加三轴压力，操作十分方便。
优选地，所述三轴加压系统还包括液压油缸，所述液压油缸的与所述滑动块相对应，所述液压油缸与所述滑动块之间为联动配合。
上述优选方案中，通过设置液压油缸，并使液压油缸与滑动块相对应，在液压油缸与滑动块之间联动配合下，使液压油缸伸缩时，液压油缸推动或拉动滑动块滑动，使滑动块压迫煤样或与煤样分离，从而在对煤样施加三轴压力时，更加方便。
优选地，所述滑动块由绝缘材料制成。
优选地，所述滑动块中的其中一个为连通滑动块，所述煤样背离所述连通滑动块的一端为第一对应端，所述第一对应端上设置连接块，所述连接块的一端穿过所述压力室，延伸至所述压力室的外部，所述连接块上设置有可封闭的第一通道，所述连通滑动块上设置有可封闭的第二通道，所述瓦斯注入系统与所述第一通道相连通，使注入的瓦斯经所述第一通道流入所述压力室，再经所述第二通道流出所述压力室。
优选地，所述煤样与所述连通滑动块相对应的一端为第二对应端，所述第二导线节段穿过所述第一通道后与所述第一对应端相连接，所述第三导线节段穿过所述第二通道后与所述第二对应端相连接。
上述优选方案中，通过在连接块上设置可封闭的第一通道，在连通滑动块上设置可封闭的第二通道，从而第二导线节段可穿过第一通道进入压力室的内与煤样的一端相连接，第三导线节段可穿过第二通道进入压力室内与煤样的另一端相连接，十分方便。当第一导线节段和第二导线节段分别与煤样的两端相连接后，对第一通道和第二通道进行封堵，即可避免在进行实验时，压力室内的瓦斯沿第一通道或第二通道流出压力室。
优选地，所述瓦斯注入系统包括压力瓶，所述压力瓶内存储有瓦斯，所述压力瓶通过第一管道与所述第一通道相连通。
优选地，所述第一管道与所述第一通道之间为可拆卸的连接。
优选地，所述第二通道上设置有第二管道，所述第二管道上设置有流量计，所述流量计与所述第二管道相配合，对流经所述第二通道的瓦斯进行计量。
在实验的过程中，实验人员发现，采用高功率脉冲对煤体进行致裂后，瓦斯会穿过煤体，并沿第二通道流动至连通滑动块的外部。当煤样的致裂效果越好时，瓦斯流动的流量越大。上述优选方案中，通过在第二通道上设置第二管道，并在第二管道上设置流量计，对流经第二通道的瓦斯进行计量，使得对煤样致裂完成后，通过对比不同组的煤样对应的流量计显示的流量大小，即可确定哪一组煤样的致裂效果最好。整个确定煤样内部渗透率大小的过程无需其他仪器的配合，不但节约了实验成本，而且十分方便。
优选地，所述高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置还包括罗氏线圈和示波器，所述罗氏线圈设置在所述导线上，所述罗氏线圈与所述示波器之间通过数据线相连接。
在反复实验的过程中，研究人员发现，以不同放电形式的脉冲电流对液体进行击穿时，液体击穿后产生的冲击波的强度也不同，从而对煤样的致裂效果也不同。为了确保对煤体的致裂的效果最好，因此提前确定以何种形式放电时，液体击穿后产生的冲击波的强度最大。在不同的放电形式下，产生的脉冲电流所对应的电流波形均不相同。
上述优选方案中，通过安装罗氏线圈和示波器，在罗氏线圈和示波器的配合下，能够测得不同脉冲电流所对应的电流波形，通过对比不同的波形下，煤样的致裂效果，即可确定以何种波形的脉冲电流对液体进行击穿时，对煤体的致裂效果最好。调节高功率脉冲机构的放电形式，使之产生的脉冲电流所对应的波形为特定的波形，采用现有的方式即可实现。因此，在获得对煤样致裂效果最好时脉冲电流的电流波形后，通过调节高功率脉冲的放电形式，即可实现对煤体进行致裂的效果最好。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：采用高功率脉冲致裂煤体时，能够较为准确地确定对煤体致裂效果较好时所需的脉冲能量，同时能够分析在较高围压和高瓦斯压力下含瓦斯煤破裂过程中声发射时空演化规律，探讨瓦斯压力对声发射特征的影响。
附图说明
图1是本发明的示意图；
图2是本发明所述的煤样放置在压力室内的剖视图；
图3是本发明所述的压力室的剖视图；
图4是本发明所述的压力室的在另一个方向上的剖视图，
图中标记：1-声发射检测机构，2-煤样，3-冲击波检测机构，4-气体压力检测机构，5-高功率脉冲电源，6-高功率脉冲开关，7-高功率脉冲电容器，8-第一导线节段，9-第二导线节段,10-第三导线节段,11-压力室,12-滑动块,13-液压油缸,14-连接块,15-压力瓶,16-第一管道，17-第二管道，18-流量计，19-罗氏线圈，20-示波器，111-通孔，121-第二通道，141-第一通道。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置，包括高功率脉冲发生机构和声发射检测机构1，所述高功率脉冲发生机构通过导线与煤样2相连接，使所述高功率脉冲发生机构工作时，所述高功率脉冲发生机构向所述煤样2发射高功率脉冲，致裂所述煤样2，所述声发射检测机构1与所述煤样2相配合，检测并分析所述煤样2内的声发射特征。
本申请的高功率脉冲，是指脉冲功率在10KW以上的脉冲。上述方案中为了确保放电效果，可使导线与煤样2相连接的一端与放电电极进行连接后，再将放电电极与煤样2进行连接，使对煤样2放电时，高功率脉冲机构通过放电电极对煤样2发射高功率脉冲。上述方案中的声发射检测机构1可选用市面上常见的声发射检测仪。上述方案中的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验方法包括高功率脉冲发生机构和声发射检测机构1。在实验开始前根据实验需要制作多组相同的煤样2。实验时，将声发射检测机构1的传感器贴合在煤样2的表面，随后使高功率脉冲发生机构以不同脉冲能量的高功率脉冲对不同组的煤样2进行致裂，并逐个记录各组煤样2所对应的脉冲能量。随着高功率脉冲发生机构发射高功率脉冲对煤样2进行致裂，煤样2内的不同区域逐渐发生破裂，并产生声发射信号，声发射检测机构1检测不同区域破裂时产生的声发射信号，并记录检测到的声发射信号的先后顺序。待煤样2致裂完成后，声发射检测机构1对采集到的声发射信号进行分析，并采用计算机进行建模，能够在计算机上清楚地反映煤样2不同区域产生破坏的动态过程，从而能够准确地得到煤样2内部受到破坏的区域的大小。通过对比不同组煤样2内受到破坏的区域的大小，即可确定内部破坏区域最大的一组煤样2。通过查询该组煤样2所对应的脉冲能量即可确定使煤样2致裂效果较好时所需的脉冲能量，从而解决了采用高功率脉冲致裂煤样2时，如何确定对煤体致裂效果较好时所需的脉冲能量的问题。
采用高功率脉冲致裂煤体的过程中，研究人员发现，采用相同脉冲能量的高功率脉冲对同一煤体进行致裂的过程中，当对同一煤体进行致裂的频率不同时，即在一定时间内对同一煤体进行致裂的次数不同时，煤体的致裂效果也不相同。为了确保致裂后的煤体具有较好的渗透性，为此，需要提前确定选择何种频率对煤体进行致裂。
使用上述方案所述的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置进行实验时，首先保持对煤体进行致裂的频率相同的情况下，选用不同的脉冲能量进行实验，确定致裂效果好时所需的脉冲能量；然后保持高功率脉冲的脉冲能量不变的情况下，采用不同的频率对不同组的煤样2进行致裂。致裂完成后，通过对不同组的煤样2的内部进行检测，确定孔隙率最大的一组煤样2，即可确定以何种频率对煤样2进行致裂时，煤样2的致裂效果好。
优选地，所述高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置还包括三轴加压系统和瓦斯注入系统，所述三轴加压系统与所述煤样2相配合，对所述煤样2施加三轴压力，所述瓦斯注入系统与所述煤样2相连接，使所述瓦斯注入系统工作时，所述瓦斯注入系统向所述煤样2的内部注入瓦斯。
煤资源是我国主要能源之一，随着经济的发展，对煤资源的开采逐渐向深部转变。深部煤层所具有的高地应力、高瓦斯和低渗透率等特点严重影响了煤炭的安全开采。因此，开展含瓦斯煤岩在复杂应力下，特别是较高围压和高瓦斯压力下的声发射特性研究，对揭示不同应力环境下深部高瓦斯煤岩体微破裂试件的时空分布特征，保障深部高瓦斯煤层安全开采具有重要意义。
上述优选方案中所述的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置还包括三轴加压系统和瓦斯注入系统，实验时，三轴加压系统对煤样2施加三轴压力，模拟深部煤层受到的高地应力，瓦斯注入系统向煤样2的内部注入瓦斯，模拟煤岩内部存在的高瓦斯压力。在实验的过程中，声发射检测机构1对煤体内部的声发射信号进行采集并进行分析，能够得到声发射空间分布规律，从而研究人员能够分析在较高围压和高瓦斯压力下含瓦斯煤破裂过程中声发射时空演化规律，探讨瓦斯压力对声发射特征的影响。
优选地，所述高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置还包括冲击波检测机构3，所述冲击波检测机构3与所述煤样2相配合，检测并分析所述煤样2内的冲击波特征。
上述优选方案中的冲击波检测机构3可选用市面上常见的冲击波检测仪。在实验开始前根据实验需要制作出多组相同的煤样2。实验时，将冲击波检测机构3的多个传感器埋设在煤样2的内部的不同位置，随后使高功率脉冲发生机构以不同脉冲能量的高功率脉冲对不同组的煤样2的钻孔内填充的液体进行击穿，使液体产生冲击波对煤样2进行致裂，并逐个记录各组煤样2所对应的脉冲能量。煤样2的破坏形式可分为抗拉破坏和抗压破坏，在钻孔附近的破坏通常为抗压破坏。煤样2的抗拉强度小于其抗压强度，随着冲击波在煤样2内传播，冲击波的破坏能力逐渐减小，当冲击波的无法造成煤样2的抗压破坏时，煤样2的破坏形式转变为抗拉破坏。冲击波检测机构3对采集到的冲击波信号进行分析，能够获知煤样2内不同区域受到破坏的形式，同时冲击波检测机构3对采集到的冲击波信号的位置进行分析，从而能够得到煤样2内受到破坏的区域的大小。通过对比不同组煤样2内受到破坏的区域的大小，即可确定内部破坏区域最大的一组煤样2。通过查询该组煤样2所对应的脉冲能量即可确定使煤样2致裂效果较好时所需的脉冲能量。采用冲击波检测机构3对煤样2内的冲击波信号进行检测并进行分析，从而研究人员能够实现对高功率脉冲冲击波的产生、传播机理以及煤样2的破裂机理进行分析，同时还能够实现对冲击波特性、冲击波致裂煤样2规律的实验研究，并对不同波形能量冲击波致裂规律进行数值计算分析。同时，通过对声发射和冲击波共同进行分析，能够更加准确地得出煤样2内部的破裂范围。
优选地，所述高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置还包括气体压力检测机构4，所述气体压力检测机构4与所述煤样2相配合，检测所述煤样2内的瓦斯压力。
高功率脉冲技术作用于煤层的增渗效果受到煤层内的煤层气压力的影响，即当煤层内的煤层气压力不同时，采用相同脉冲能量的高功率脉冲对煤体进行致裂的致裂效果并不相同。上述优选方案中，通过设置气体压力检测机构4，实现了对煤样2内部瓦斯压力的检测，从而能够明确地得出煤样2在什么瓦斯压力下，受到高功率脉冲的致裂效果最好。
优选地，所述高功率脉冲发生机构包括高功率脉冲电源5、高功率脉冲开关6以及高功率脉冲电容器7，所述导线包括第一导线节段8、第二导线节段9和第三导线节段10，所述高功率脉冲电源5与所述高功率脉冲电容器7之间通过所述第一导线节段8相连接，所述高功率脉冲电容器7的正极与所述煤样2的一端之间通过所述第二导线节段9相连接，所述高功率脉冲电容器7的负极与所述煤样2的另一端之间通过所述第三导线节段10相连接，所述高功率脉冲开关6设置在所述第二导线节段9或所述第三导线节段10上，控制所述高功率脉冲电容器7与所述煤样2之间电路的通断状态。
上述优选方案中，高功率脉冲发生机构包括高功率脉冲电源5、高功率脉冲开关6以及高功率脉冲电容器7，高功率脉冲电源5与高功率脉冲电容器7之间通过第一导线节段8相连接，高功率脉冲电容器7的正极与煤样2的一端之间通过第二导线节段9相连接，高功率脉冲电容器7的负极与煤样2的另一端之间通过第三导线节段10相连接，高功率脉冲开关6设置在第二导线节段9或所述第三导线节段10上。使用时，首先断开高功率脉冲开关6，并使高功率脉冲电源5对高功率脉冲电容器7进行充电，通过测量高功率脉冲电容器7的正极与负极之间的电压，即可计算出高功率脉冲电容器7内存储的脉冲能量。当对高功率脉冲电容器7充入的电量满足实验要求时，使高功率脉冲电源5停止对高功率脉冲电容器7充电，随后将高功率脉冲开关6闭合，此时高功率脉冲电容器7释放特定脉冲能量的高压脉冲对煤样2进行致裂。同时，通过控制一定时间内高功率脉冲电源5对高功率脉冲电容器7的充电的次数，以及高功率脉冲开关6闭合的次数，即可实现以特定的频率对煤样2进行致裂。
使用上述优选方案所述的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置进行实验时，不但能够较为方便地实现以特定脉冲能量的高功率脉冲对煤样2进行致裂，而且还能够较为方便地实现以特定的频率对煤样2进行致裂。
优选地，所述三轴加压系统包括可封闭的压力室11，所述压力室11用于容纳所述煤样2，所述压力室11的x方向、y方向、z方向的侧壁上分别设置有通孔111，所述通孔111上滑动设置有滑动块12，所述滑动块12与所述压力室11的内侧相对应的一端为压迫端，所述压迫端的端部与所述煤样2之间为压迫配合。
上述优选方案中，所述三轴加压系统包括可封闭的压力室11。实验时，将煤样2放置于压力室11内，并封闭压力室11，通过推动滑动块12使滑动块12的压迫端端部对煤样2进行压迫，即可实现对煤样2施加三轴压力，操作十分方便。
优选地，所述三轴加压系统还包括液压油缸13，所述液压油缸13的与所述滑动块12相对应，所述液压油缸13与所述滑动块12之间为联动配合。
上述优选方案中，通过设置液压油缸13，并使液压油缸13与滑动块12相对应，在液压油缸13与滑动块12之间联动配合下，使液压油缸13伸缩时，液压油缸13推动或拉动滑动块12滑动，使滑动块12压迫煤样2或与煤样2分离，从而在对煤样2施加三轴压力时，更加方便。
优选地，所述滑动块12由绝缘材料制成。
优选地，所述滑动块12中的其中一个为连通滑动块，所述煤样2背离所述连通滑动块的一端为第一对应端，所述第一对应端上设置连接块14，所述连接块14的一端穿过所述压力室11，延伸至所述压力室11的外部，所述连接块14上设置有可封闭的第一通道141，所述连通滑动块上设置有可封闭的第二通道121，所述瓦斯注入系统与所述第一通道141相连通，使注入的瓦斯经所述第一通道141流入所述压力室11，再经所述第二通道121流出所述压力室11。
优选地，所述煤样2与所述连通滑动块相对应的一端为第二对应端，所述第二导线节段9穿过所述第一通道141后与所述第一对应端相连接，所述第三导线节段10穿过所述第二通道121后与所述第二对应端相连接。
上述优选方案中，通过在连接块14上设置可封闭的第一通道141，在连通滑动块上设置可封闭的第二通道121，从而第二导线节段9可穿过第一通道141进入压力室11的内与煤样2的一端相连接，第三导线节段10可穿过第二通道121进入压力室11内与煤样2的另一端相连接，十分方便。当第一导线节段8和第二导线节段9分别与煤样2的两端相连接后，对第一通道141和第二通道121进行封堵，即可避免在进行实验时，压力室11内的瓦斯沿第一通道141或第二通道121流出压力室11。
优选地，所述瓦斯注入系统包括压力瓶15，所述压力瓶15内存储有瓦斯，所述压力瓶15通过第一管道16与所述第一通道141相连通。
优选地，所述第一管道16与所述第一通道141之间为可拆卸的连接。
优选地，所述第二通道121上设置有第二管道17，所述第二管道17上设置有流量计18，所述流量计18与所述第二管道17相配合，对流经所述第二通道121的瓦斯进行计量。
在实验的过程中，实验人员发现，采用高功率脉冲对煤体进行致裂后，瓦斯会穿过煤体，并沿第二通道121流动至连通滑动块的外部。当煤样2的致裂效果越好时，瓦斯流动的流量越大。上述优选方案中，通过在第二通道121上设置第二管道17，并在第二管道17上设置流量计18，对流经第二通道121的瓦斯进行计量，使得对煤样2致裂完成后，通过对比不同组的煤样2对应的流量计18显示的流量大小，即可确定哪一组煤样2的致裂效果最好。整个确定煤样2内部渗透率大小的过程无需其他仪器的配合，不但节约了实验成本，而且十分方便。
优选地，所述高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置还包括罗氏线圈19和示波器20，所述罗氏线圈19设置在所述导线上，所述罗氏线圈19与所述示波器20之间通过数据线相连接。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置，其特征在于：包括高功率脉冲发生机构和声发射检测机构(1)，所述高功率脉冲发生机构通过导线与煤样(2)相连接，使所述高功率脉冲发生机构工作时，所述高功率脉冲发生机构向所述煤样(2)发射高功率脉冲，致裂所述煤样(2)，所述声发射检测机构(1)与所述煤样(2)相配合，检测并分析所述煤样(2)内的声发射特征；所述导线上安装有罗氏线圈(19)，示波器(20)通过数据线连接罗氏线圈(19)，获取脉冲电流的电流波形；
将冲击波检测机构(3)的多个传感器埋设在煤样(2)的内部的不同位置，随后使高功率脉冲发生机构以不同脉冲能量的高功率脉冲对不同组的煤样(2)的钻孔内填充的液体进行击穿，使液体产生冲击波对煤样(2)进行致裂，并逐个记录各组煤样(2)所对应的脉冲能量，然后保持高功率脉冲的脉冲能量不变的情况下，采用不同的频率对不同组的煤样(2)进行致裂；
所述高功率脉冲发生机构包括高功率脉冲电源（5）、高功率脉冲开关（6）以及高功率脉冲电容器（7），所述导线包括第一导线节段（8）、第二导线节段（9）和第三导线节段（10），所述高功率脉冲电源（5）与所述高功率脉冲电容器（7）之间通过所述第一导线节段（8）相连接，所述高功率脉冲电容器（7）的正极与所述煤样（2）的一端之间通过所述第二导线节段（9）相连接，所述高功率脉冲电容器（7）的负极与所述煤样（2）的另一端之间通过所述第三导线节段（10）相连接，所述高功率脉冲开关（6）设置在所述第二导线节段（9）或所述第三导线节段（10）上，控制所述高功率脉冲电容器（7）与所述煤样（2）之间电路的通断状态；
还包括气体压力检测机构(4)，所述气体压力检测机构(4)与所述煤样(2)相配合，检测所述煤样(2)内的瓦斯压力；
还包括三轴加压系统和瓦斯注入系统，所述三轴加压系统包括可封闭的压力室(11)，所述压力室(11)用于容纳所述煤样(2)，所述压力室(11)的x方向、y方向、z方向的侧壁上分别设置有通孔(111)，所述通孔(111)上滑动设置有滑动块(12)，所述滑动块(12)中的其中一个为连通滑动块，所述连通滑动块上设置有可封闭的第二通道(121)。
2.根据权利要求1所述的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置，其特征在于：所述三轴加压系统与所述煤样(2)相配合，对所述煤样(2)施加三轴压力，所述瓦斯注入系统与所述煤样(2)相连接，使所述瓦斯注入系统工作时，所述瓦斯注入系统向所述煤样(2)的内部注入瓦斯。
3.根据权利要求2所述的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置，其特征在于：还包括冲击波检测机构(3)，所述冲击波检测机构(3)与所述煤样(2)相配合，检测并分析所述煤样(2)内的冲击波特征。
4.根据权利要求1所述的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置，其特征在于：所述滑动块(12)与所述压力室(11)的内侧相对应的一端为压迫端，所述压迫端的端部与所述煤样(2)之间为压迫配合。
5.根据权利要求1所述的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置，其特征在于：所述三轴加压系统还包括液压油缸(13)，所述液压油缸(13)的与所述滑动块(12)相对应，所述液压油缸(13)与所述滑动块(12)之间为联动配合。
6.根据权利要求4所述的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置，其特征在于：所述煤样(2)背离所述连通滑动块的一端为第一对应端，所述第一对应端上设置连接块(14)，所述连接块(14)的一端穿过所述压力室(11)，延伸至所述压力室(11)的外部，所述连接块(14)上设置有可封闭的第一通道(141)，所述瓦斯注入系统与所述第一通道(141)相连通，使注入的瓦斯经所述第一通道(141)流入所述压力室(11)，再经所述第二通道(121)流出所述压力室(11)。
7.根据权利要求6所述的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置，其特征在于：所述瓦斯注入系统包括压力瓶(15)，所述压力瓶(15)内存储有瓦斯，所述压力瓶(15)通过第一管道(16)与所述第一通道(141)相连通。
8.根据权利要求1所述的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验装置，其特征在于：所述第二通道(121)上设置有第二管道(17)，所述第二管道(17)上设置有流量计(18)，所述流量计(18)与所述第二管道(17)相配合，对流经所述第二通道(121)的瓦斯进行计量。
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