CN109374510A - 一种高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的伺服渗流装置 - 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伺服渗流装置，包括高功率脉冲发生机构，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。采用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。
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伺服渗流装置。
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伺服渗流装置。
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伺服渗流装置，包括高功率脉冲发生机构，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。
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。上述方案中所述的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的伺服渗流装置包括高功率脉冲发生机构。在实验开始前根据实验需要制作多组相同的煤样。实验时，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。待煤样致裂完成后，采用核磁共振等手段对致裂后的煤样内部进行检测，确定内部孔隙率最大的一组煤样。通过查询该组煤样所对应的脉冲能量即可确定使煤体致裂效果较好时所需的脉冲能量。解决了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。
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伺服渗流装置进行实验时，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。
使用上述方案所述的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的伺服渗流装置，能够确定选择何种脉冲能量的高功率脉冲以及选择何种频率对煤体进行致裂时，煤体的致裂效果最好。
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一导线节段或所述第二导线节段上，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一导线节段或所述第二导线节段上。
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伺服渗流装置进行实验时，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，所述高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的伺服渗流装置还包括三轴加压系统，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。
使用高功率脉冲致裂煤体的过程中，研究人员发现，当煤体受到的地应力不同时，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。为了使实验确定的脉冲能量更加符合实际应用，因此在进行实验时，需要对煤样施加三轴压力，模拟煤体受到的地应力。上述优选方案中，通过设置三轴加压系统，实验时，三轴加压系统对煤样施加三轴压力，模拟煤体受到的地应力，从而使得实验确定的脉冲能量更加符合实际应用。
优选地，所述三轴加压系统包括液压泵、压迫机构以及可封闭的压力室，所述压力室用于容纳所述煤样，所述液压泵与所述压力室相连通，所述压迫机构具有压迫部，所述压迫部与所述煤样之间为压迫配合。
上述优选方案中，压迫机构可选用市面上常见的液压杆或液压油缸。实验时，首先将煤样放置于压力室内，并封闭压力室；然后开启液压泵向压力室内泵入具有一定压力的液体，对煤样的四周提供围压，模拟煤体在煤岩中受到的围压；随后使压迫机构的压迫部对岩石试件的两端进行压迫，模拟煤体的两端受到的压力。在液压泵和压迫机构的配合下，通过调节液压泵向压力室泵入的液体的压力，以及调节压迫机构对煤体两端施加压迫力，即可实现对煤样施加不同大小的三轴压力，较为方便。
优选地，所述压力室为管状结构，所述压迫部包括第一滑动杆和第二滑动杆，所述第一滑动杆的侧壁与所述压力室的一端内壁之间为滑动贴合，所述第二滑动杆的侧壁与所述压力室的另一端内壁之间为滑动贴合。
上述优选方案中，通过将压力室设置为管状结构，并使第一滑动杆的侧壁与压力室的一端内壁之间为滑动贴合，第二滑动杆的侧壁与压力室的另一端内壁之间为滑动贴合，在实验时，只需推动第一滑动杆或第二滑动杆即可实现对煤样进行压迫，因而操作十分方便。
优选地，所述第一滑动杆和所述第二滑动杆由绝缘材料制成。
优选地，所述第一滑动杆上设置有可封闭的第一通道，所述第二滑动杆上设置有可封闭的第二通道，所述第一通道的一端为第一连接端，另一端为第一连通端，所述第二通道的一端为第二连接端，另一端为第二连通端，所述第一连接端与所述第一滑动杆的外侧相连通，所述第一连通端与所述压力室的内侧相连通，所述第二连接端与所述第二滑动杆的外侧相连通，所述第二连通端与所述压力室的内侧相连通。
优选地，所述煤样与所述第一滑动杆相对应的一端为第一受压端，所述煤样与所述第二滑动杆相对应的一端为第二受压端，所述第二导线节段穿过所述第一通道后与所述第一受压端相连接，所述第三导线节段穿过所述第二通道后与所述第二受压端相连接。
上述优选方案中，通过在第一滑动杆上设置可封闭的第一通道，在第二滑动杆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，使第一通道和第二通道为封闭状态，从而避免在进行实验时，压力室内的液体沿第一通道或第二通道流出压力室。
优选地，所述煤样为柱状结构，所述第一滑动杆与所述煤样相对应的一端为第一压迫端，所述第二滑动杆与所述煤样相对应的一端为第二压迫端，所述第一压迫端的端部与所述煤样的一端端部相贴合，所述第二压迫端的端部与所述煤样的另一端端部相贴合。
上述优选方案中，通过将煤样设置为柱状机构，并使第一压迫端的端部与第一受压端的端部相贴合，第二压迫端的端部与第二受压端的端部相贴合，确保了煤样的侧壁受到的围压力更加均匀，同时也确保了煤样的两端受到的压迫力更加均匀，使得对煤样提供的三轴压力与煤体在煤岩中受到的地应力更加接近，从而提高了实验结果的准确度。
优选地，所述煤样的外围设置有隔离层，所述隔离层、所述第一滑动杆以及所述第二滑动杆之间相互配合，使所述液压泵泵出的液体与所述煤样之间相互隔开。
在实验的过程中，研究人员发现，液压泵泵出的液体与煤样相接触后，会导致煤样的性质发生改变，从而测得的实验数据误差较大。
上述优选方案中的隔离层可选用橡胶套，实验时将橡胶套的中部套在煤样的外壁上，并使橡胶套的两端分别套在第一滑动杆和第二滑动杆上，从而阻止液体进入橡胶套内与煤样相接触。上述优选方案中，通过设置隔离层，在隔离层的作用下，液压泵泵出的液体与煤样之间相互隔开，从而确保了实验数据的准确性。
优选地，所述第一压迫端的端部边缘与所述第一受压端的端部边缘相重合，所述第二压迫端的端部边缘与所述第二受压端的端部边缘相重合，所述隔离层包覆在所述煤样的外壁、所述第一压迫端的外壁以及所述第二压迫端的外壁上。
在实验的过程中，为了避免对煤样施加围压的液体与煤样相接触，因此需要使隔离层同时对煤样、第一滑动杆以及第二滑动杆的侧壁进行包覆。然而，在实验时，实验人员发现，当第一压迫端的端部边缘与第一受压端的端部边缘不相重合时，或第二压迫端的端部边缘与第二受压端的端部边缘不相重合时，煤样与第一滑动杆和第二滑动杆相接触的部分侧壁上包覆的隔离层在围压的作用下容易发生破裂，从而导致液体进入隔离层内侧与煤样相接触，致使试验存在较大的误差。
上述优选方案中，通过使第一压迫端的端部边缘与第一受压端的端部边缘相重合，第二压迫端的端部边缘与第二受压端的端部边缘相重合，避免了隔离层发生破裂，确保了实验结果的准确性。
优选地，所述压力室上设置有第三通道，所述第三通道的一端与所述液压泵之间为可拆卸的连接，另一端与所述压力室的内侧相连通，使所述液压泵泵出的液体经所述第三通道进入所述压力室的内侧。
上述优选方案中，压力室上设置有第三通道，第三通道的一端与液压泵之间为可拆卸的连接，另一端与压力室的内侧相连通，使所述液压泵工作时，所述液压泵泵出的液体经所述第三通道进入所述压力室的内部。通过设置第三通道实现了在进行实验时，液压泵将带压的液体泵入到压力室内，通过使第三通道的一端与液压泵之间为可拆卸的连接，使得在安装和拆卸液压泵时较为方便。
优选地，所述高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的伺服渗流装置还包括瓦斯注入机构，所述瓦斯注入机构与所述煤样相连通，使所述瓦斯注入机构工作时，所述瓦斯注入机构向所述煤样的内部注入瓦斯。
使用高功率脉冲致裂煤体的过程中，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。为了使实验确定的脉冲能量更加符合实际应用，因此在进行实验时，需要向煤样内注入具有一定压力的瓦斯，模拟煤体内部的煤层气。上述优选方案中，通过设置瓦斯注入机构，实验时，瓦斯注入机构向煤样的内部注入具有一定压力的瓦斯，模拟煤体受到的煤层气压力，从而使得实验确定的脉冲能量更加符合实际应用。
优选地，所述瓦斯注入机构包括压力瓶，所述压力瓶上连接有第一管道，所述压力瓶内存储有瓦斯，所述压力瓶通过所述第一管道向所述煤样的内部注入瓦斯。
优选地，所述第一管道与所述第一连接端之间为可拆卸的连接，使所述压力瓶开启时，所述压力瓶释放的瓦斯经所述第一通道渗入所述煤样的内部。
优选地，所述第二连接端上设置有第二管道，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第二滑动杆的外部。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，通过在第二连接端上设置第二管道，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伺服渗流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。
优选地，所述高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的伺服渗流装置还包括支架，所述压力室与所述压迫机构设置在所述支架上。
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。
附图说明
图1是本发明的示意图；
图2是本发明所述的第一滑动杆的剖视图；
图3是本发明所述的第二滑动杆的剖视图；
图4是本发明所述的压力室的剖视图；
图5是图1中A处的局部放大图，
图中标记：1-煤样，2-高功率脉冲电源，3-高功率脉冲开关，4-高功率脉冲电容器，5-第一导线节段，6-第二导线节段，7-第三导线节段，8-液压泵，9-压迫机构,10-压力室,11-第一滑动杆,12-第二滑动杆,13-隔离层,14-压力瓶,15-第一管道,16-第二管道，17-流量计，18-罗氏线圈，19-示波器，20-支架，101-第三通道，111-第一通道，121-第二通道。
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伺服渗流装置，包括高功率脉冲发生机构，所述高功率脉冲发生机构通过导线与煤样1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1发射高功率脉冲，致裂所述煤样1。
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1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1进行连接，使对煤样1放电时，高功率脉冲机构通过放电电极对煤样1发射高功率脉冲。上述方案中所述的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的伺服渗流装置包括高功率脉冲发生机构。在实验开始前根据实验需要制作多组相同的煤样1。实验时，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1进行致裂，并逐个记录各组煤样1所对应的脉冲能量。待煤样1致裂完成后，采用核磁共振等手段对致裂后的煤样1内部进行检测，确定内部孔隙率最大的一组煤样1。通过查询该组煤样1所对应的脉冲能量即可确定使煤体致裂效果较好时所需的脉冲能量。解决了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。
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伺服渗流装置进行实验时，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1进行致裂。致裂完成后，通过对不同组的煤样1的内部进行检测，确定孔隙率最大的一组煤样1，即可确定以何种频率对煤样1进行致裂时，煤样1的致裂效果好。
使用上述方案所述的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的伺服渗流装置，能够确定选择何种脉冲能量的高功率脉冲以及选择何种频率对煤体进行致裂时，煤体的致裂效果最好。
优选地，所述高功率脉冲发生机构包括高功率脉冲电源2、高功率脉冲开关3以及高功率脉冲电容器4，所述导线包括第一导线节段5、第二导线节段6和第三导线节段7，所述高功率脉冲电源2与所述高功率脉冲电容器4之间通过所述第一导线节段5相连接，所述高功率脉冲电容器4的正极与所述煤样1的一端之间通过所述第二导线节段6相连接，所述高功率脉冲电容器4的负极与所述煤样1的另一端之间通过所述第三导线节段7相连接，所述高功率脉冲开关3设置在所述第一导线节段5或所述第二导线节段6上，控制所述高功率脉冲电容器4与所述煤样1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2、高功率脉冲开关3以及高功率脉冲电容器4，高功率脉冲电源2与高功率脉冲电容器4之间通过第一导线节段5相连接，高功率脉冲电容器4的正极与煤样1的一端之间通过第二导线节段6相连接，高功率脉冲电容器4的负极与煤样1的另一端之间通过第三导线节段7相连接，高功率脉冲开关3设置在第一导线节段5或所述第二导线节段6上。使用时，首先断开高功率脉冲开关3，并使高功率脉冲电源2对高功率脉冲电容器4进行充电，通过测量高功率脉冲电容器4的正极与负极之间的电压，即可计算出高功率脉冲电容器4内存储的脉冲能量。当对高功率脉冲电容器4充入的电量满足实验要求时，使高功率脉冲电源2停止对高功率脉冲电容器4充电，随后将高功率脉冲开关3闭合，此时高功率脉冲电容器4释放特定脉冲能量的高压脉冲对煤样1进行致裂。同时，通过控制一定时间内高功率脉冲电源2对高功率脉冲电容器4的充电的次数，以及高功率脉冲开关3闭合的次数，即可实现以特定的频率对煤样1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伺服渗流装置进行实验时，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1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1进行致裂。
优选地，所述高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的伺服渗流装置还包括三轴加压系统，所述三轴加压系统与所述煤样1相配合，对所述煤样1施加三轴压力。
使用高功率脉冲致裂煤体的过程中，研究人员发现，当煤体受到的地应力不同时，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。为了使实验确定的脉冲能量更加符合实际应用，因此在进行实验时，需要对煤样1施加三轴压力，模拟煤体受到的地应力。上述优选方案中，通过设置三轴加压系统，实验时，三轴加压系统对煤样1施加三轴压力，模拟煤体受到的地应力，从而使得实验确定的脉冲能量更加符合实际应用。
优选地，所述三轴加压系统包括液压泵8、压迫机构9以及可封闭的压力室10，所述压力室10用于容纳所述煤样1，所述液压泵8与所述压力室10相连通，所述压迫机构9具有压迫部，所述压迫部与所述煤样1之间为压迫配合。
上述优选方案中，压迫机构9可选用市面上常见的液压杆或液压油缸。实验时，首先将煤样1放置于压力室10内，并封闭压力室10；然后开启液压泵8向压力室10内泵入具有一定压力的液体，对煤样1的四周提供围压，模拟煤体在煤岩中受到的围压；随后使压迫机构9的压迫部对岩石试件的两端进行压迫，模拟煤体的两端受到的压力。在液压泵8和压迫机构9的配合下，通过调节液压泵8向压力室10泵入的液体的压力，以及调节压迫机构9对煤体两端施加压迫力，即可实现对煤样1施加不同大小的三轴压力，较为方便。
优选地，所述压力室10为管状结构，所述压迫部包括第一滑动杆11和第二滑动杆12，所述第一滑动杆11的侧壁与所述压力室10的一端内壁之间为滑动贴合，所述第二滑动杆12的侧壁与所述压力室10的另一端内壁之间为滑动贴合。
上述优选方案中，通过将压力室10设置为管状结构，并使第一滑动杆11的侧壁与压力室10的一端内壁之间为滑动贴合，第二滑动杆12的侧壁与压力室10的另一端内壁之间为滑动贴合，在实验时，只需推动第一滑动杆11或第二滑动杆12即可实现对煤样1进行压迫，因而操作十分方便。
优选地，所述第一滑动杆11和所述第二滑动杆12由绝缘材料制成。
优选地，所述第一滑动杆11上设置有可封闭的第一通道111，所述第二滑动杆12上设置有可封闭的第二通道121，所述第一通道111的一端为第一连接端，另一端为第一连通端，所述第二通道121的一端为第二连接端，另一端为第二连通端，所述第一连接端与所述第一滑动杆11的外侧相连通，所述第一连通端与所述压力室10的内侧相连通，所述第二连接端与所述第二滑动杆12的外侧相连通，所述第二连通端与所述压力室10的内侧相连通。
优选地，所述煤样1与所述第一滑动杆11相对应的一端为第一受压端，所述煤样1与所述第二滑动杆12相对应的一端为第二受压端，所述第二导线节段6穿过所述第一通道111后与所述第一受压端相连接，所述第三导线节段7穿过所述第二通道121后与所述第二受压端相连接。
上述优选方案中，通过在第一滑动杆11上设置可封闭的第一通道111，在第二滑动杆12上设置可封闭的第二通道121，从而第二导线节段6可穿过第一通道111进入压力室10的内与煤样1的一端相连接，第三导线节段7可穿过第二通道121进入压力室10内与煤样1的另一端相连接，十分方便。当第一导线节段5和第二导线节段6分别与煤样1的两端相连接后，使第一通道111和第二通道121为封闭状态，从而避免在进行实验时，压力室10内的液体沿第一通道111或第二通道121流出压力室10。
优选地，所述煤样1为柱状结构，所述第一滑动杆11与所述煤样1相对应的一端为第一压迫端，所述第二滑动杆12与所述煤样1相对应的一端为第二压迫端，所述第一压迫端的端部与所述煤样1的一端端部相贴合，所述第二压迫端的端部与所述煤样1的另一端端部相贴合。
上述优选方案中，通过将煤样1设置为柱状机构，并使第一压迫端的端部与第一受压端的端部相贴合，第二压迫端的端部与第二受压端的端部相贴合，确保了煤样1的侧壁受到的围压力更加均匀，同时也确保了煤样1的两端受到的压迫力更加均匀，使得对煤样1提供的三轴压力与煤体在煤岩中受到的地应力更加接近，从而提高了实验结果的准确度。
优选地，所述煤样1的外围设置有隔离层13，所述隔离层13、所述第一滑动杆11以及所述第二滑动杆12之间相互配合，使所述液压泵8泵出的液体与所述煤样1之间相互隔开。
在实验的过程中，研究人员发现，液压泵8泵出的液体与煤样1相接触后，会导致煤样1的性质发生改变，从而测得的实验数据误差较大。
上述优选方案中的隔离层13可选用橡胶套，实验时将橡胶套的中部套在煤样1的外壁上，并使橡胶套的两端分别套在第一滑动杆11和第二滑动杆12上，从而阻止液体进入橡胶套内与煤样1相接触。上述优选方案中，通过设置隔离层13，在隔离层13的作用下，液压泵8泵出的液体与煤样1之间相互隔开，从而确保了实验数据的准确性。
优选地，所述第一压迫端的端部边缘与所述第一受压端的端部边缘相重合，所述第二压迫端的端部边缘与所述第二受压端的端部边缘相重合，所述隔离层13包覆在所述煤样1的外壁、所述第一压迫端的外壁以及所述第二压迫端的外壁上。
在实验的过程中，为了避免对煤样1施加围压的液体与煤样1相接触，因此需要使隔离层13同时对煤样1、第一滑动杆11以及第二滑动杆12的侧壁进行包覆。然而，在实验时，实验人员发现，当第一压迫端的端部边缘与第一受压端的端部边缘不相重合时，或第二压迫端的端部边缘与第二受压端的端部边缘不相重合时，煤样1与第一滑动杆11和第二滑动杆12相接触的部分侧壁上包覆的隔离层13在围压的作用下容易发生破裂，从而导致液体进入隔离层13内侧与煤样1相接触，致使试验存在较大的误差。
上述优选方案中，通过使第一压迫端的端部边缘与第一受压端的端部边缘相重合，第二压迫端的端部边缘与第二受压端的端部边缘相重合，避免了隔离层13发生破裂，确保了实验结果的准确性。
优选地，所述压力室10上设置有第三通道101，所述第三通道101的一端与所述液压泵8之间为可拆卸的连接，另一端与所述压力室10的内侧相连通，使所述液压泵8泵出的液体经所述第三通道101进入所述压力室10的内侧。
上述优选方案中，压力室10上设置有第三通道101，第三通道101的一端与液压泵8之间为可拆卸的连接，另一端与压力室10的内侧相连通，使所述液压泵8工作时，所述液压泵8泵出的液体经所述第三通道101进入所述压力室10的内部。通过设置第三通道101实现了在进行实验时，液压泵8将带压的液体泵入到压力室10内，通过使第三通道101的一端与液压泵8之间为可拆卸的连接，使得在安装和拆卸液压泵8时较为方便。
优选地，所述高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的伺服渗流装置还包括瓦斯注入机构，所述瓦斯注入机构与所述煤样1相连通，使所述瓦斯注入机构工作时，所述瓦斯注入机构向所述煤样1的内部注入瓦斯。
使用高功率脉冲致裂煤体的过程中，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。为了使实验确定的脉冲能量更加符合实际应用，因此在进行实验时，需要向煤样1内注入具有一定压力的瓦斯，模拟煤体内部的煤层气。上述优选方案中，通过设置瓦斯注入机构，实验时，瓦斯注入机构向煤样1的内部注入具有一定压力的瓦斯，模拟煤体受到的煤层气压力，从而使得实验确定的脉冲能量更加符合实际应用。
优选地，所述瓦斯注入机构包括压力瓶14，所述压力瓶14上连接有第一管道15，所述压力瓶14内存储有瓦斯，所述压力瓶14通过所述第一管道15向所述煤样1的内部注入瓦斯。
优选地，所述第一管道15与所述第一连接端之间为可拆卸的连接，使所述压力瓶14开启时，所述压力瓶14释放的瓦斯经所述第一通道111渗入所述煤样1的内部。
优选地，所述第二连接端上设置有第二管道16，所述第二管道16上设置有流量计17，所述流量计17与所述第二管道16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流动至第二滑动杆12的外部。当煤样1的致裂效果越好时，瓦斯流动的流量越大。上述优选方案中，通过在第二连接端上设置第二管道16，并在第二管道16上设置流量计17，对流经第二通道121的瓦斯进行计量，使得对煤样1致裂完成后，通过对比不同组的煤样1对应的流量计17显示的流量大小，即可确定哪一组煤样1的致裂效果最好。整个确定煤样1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伺服渗流装置还包括罗氏线圈18和示波器19，所述罗氏线圈18设置在所述导线上，所述罗氏线圈18与所述示波器19之间通过数据线相连接。
优选地，所述高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的伺服渗流装置还包括支架20，所述压力室10与所述压迫机构9设置在所述支架20上。
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 (10)
1.一种高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的伺服渗流装置，其特征在于：包括高功率脉冲发生机构，所述高功率脉冲发生机构通过导线与煤样(1)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(1)发射高功率脉冲，致裂所述煤样(1)。
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伺服渗流装置，其特征在于：还包括三轴加压系统，所述三轴加压系统与所述煤样(1)相配合，对所述煤样(1)施加三轴压力。
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伺服渗流装置，其特征在于：所述三轴加压系统包括液压泵(8)、压迫机构(9)以及可封闭的压力室(10)，所述压力室(10)用于容纳所述煤样(1)，所述液压泵(8)与所述压力室(10)相连通，所述压迫机构(9)具有压迫部，所述压迫部与所述煤样(1)之间为压迫配合。
4.根据权利要求3所述的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的伺服渗流装置，其特征在于：所述压力室(10)为管状结构，所述压迫部包括第一滑动杆(11)和第二滑动杆(12)，所述第一滑动杆(11)的侧壁与所述压力室(10)的一端内壁之间为滑动贴合，所述第二滑动杆(12)的侧壁与所述压力室(10)的另一端内壁之间为滑动贴合。
5.根据权利要求4所述的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的伺服渗流装置，其特征在于：所述第一滑动杆(11)上设置有可封闭的第一通道(111)，所述第二滑动杆(12)上设置有可封闭的第二通道(121)，所述第一通道(111)的一端为第一连接端，另一端为第一连通端，所述第二通道(121)的一端为第二连接端，另一端为第二连通端，所述第一连接端与所述第一滑动杆(11)的外侧相连通，所述第一连通端与所述压力室(10)的内侧相连通，所述第二连接端与所述第二滑动杆(12)的外侧相连通，所述第二连通端与所述压力室(10)的内侧相连通。
6.根据权利要求5所述的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的伺服渗流装置，其特征在于：所述煤样(1)为柱状结构，所述第一滑动杆(11)与所述煤样(1)相对应的一端为第一压迫端，所述第二滑动杆(12)与所述煤样(1)相对应的一端为第二压迫端，所述第一压迫端的端部与所述煤样(1)的一端端部相贴合，所述第二压迫端的端部与所述煤样(2)的另一端端部相贴合。
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伺服渗流装置，其特征在于：所述煤样(1)的外围设置有隔离层(13)，所述隔离层(13)、所述第一滑动杆(11)以及所述第二滑动杆(12)之间相互配合，使所述液压泵(8)泵出的液体与所述煤样(1)之间相互隔开。
8.根据权利要求7所述的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的伺服渗流装置，其特征在于：还包括瓦斯注入机构，所述瓦斯注入机构与所述煤样(1)相连通，使所述瓦斯注入机构工作时，所述瓦斯注入机构向所述煤样(1)的内部注入瓦斯。
9.根据权利要求8所述的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的伺服渗流装置，其特征在于：所述第二连接端上设置有第二管道(16)，所述第二管道(16)上设置有流量计(17)，所述流量计(17)与所述第二管道(16)相配合，对流经所述第二通道(121)的瓦斯进行计量。
10.根据权利要求9所述的高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的伺服渗流装置，其特征在于：还包括罗氏线圈(18)和示波器(19)，所述罗氏线圈(18)设置在所述导线上，所述罗氏线圈(18)与所述示波器(19)之间通过数据线相连接。
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