CN115371508A - 一种电爆破装置、新型煤岩致裂系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电爆破装置、新型煤岩致裂系统及方法。所述电爆破装置包括第一交流电源、升压整流器、电容器、放电开关和电极；所述第一交流电源与所述升压整流器的输入端连接，所述升压整流器的输出端与所述电容器连接；所述电容器还与所述放电开关的输入端连接，所述放电开关的输出端与所述电极连接；所述电极设置在待爆破位置的导电液体中，所述放电开关用于当电容器充电完成时，使所述电容器与所述电极之间的线路导通，向所述电极提供电爆破所需的电压。本发明提供一种用于电爆破致裂的电爆破装置，对煤岩进行电爆破致裂，克服了现有的注水致裂方式对煤层条件要求较高的技术缺陷，提供了一种不受煤层条件制约的致裂技术。

Description

一种电爆破装置、新型煤岩致裂系统及方法

技术领域

本发明涉及能源采矿技术领域，特别是涉及一种电爆破装置、新型煤岩致裂系统及方法。

背景技术

随着煤炭开采深度的逐渐加深，煤矿的地质结构更加复杂、瓦斯开采难度加大、煤层渗透性降低等特征愈发明显。为了有效卸载煤体的中的应力、修改煤体结构，煤岩致裂技术作为一种有效的技术手段得到了广泛应用。传统的煤层注水致裂技术对煤层条件要求较高，在煤层没有受到损伤的矿区注水困难。因此，需要发明一种不受煤层条件制约的致裂技术。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电爆破装置、新型煤岩致裂系统及方法，以提供一种不受煤层条件制约的致裂技术。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种电爆破装置，所述电爆破装置包括第一交流电源、升压整流器、电容器、放电开关和电极；

所述第一交流电源与所述升压整流器的输入端连接，所述升压整流器的输出端与所述电容器连接，所述升压整流器用于将第一交流电源提供的交流电转换为直流电，并对所述直流电进行升压；升压后的直流电用于对所述电容器进行充电；

所述电容器还与所述放电开关的输入端连接，所述放电开关的输出端与所述电极连接；

所述电极设置在待爆破位置的导电液体中，所述放电开关用于当电容器充电完成时，使所述电容器与所述电极之间的线路导通，向所述电极提供电爆破所需的电压。

可选的，所述电爆破所需的电压为15kV超高压电。

一种新型煤岩致裂系统，所述系统包括：钻孔装置、注水装置和上述电爆破装置；

所述钻孔装置用于在煤岩的预设位置钻出预设深度的炮孔，作为用于设置所述电爆破装置的电极的待爆破位置；所述预设深度为致裂作业的目标煤层的深度；

所述注水装置用于向所述炮孔内注入导电液体；

所述电爆破装置用于以所述炮孔为爆破中心对所述煤岩进行电爆破致裂。

可选的，所述钻孔装置包括第二交流电源和钻机；

所述第二交流电源与所述钻机连接，用于为所述钻机提供电能。

可选的，所述注水装置包括供水装置、注水泵、第一注水管和第二注水管；

所述供水装置和所述注水泵通过所述第一注水管连通；

所述注水泵与所述炮孔通过所述第二注水管连通。

一种新型煤岩致裂方法，所述方法应用于上述系统，所述方法包括如下步骤：

利用钻孔装置在煤岩的预设位置钻出预设深度的炮孔；所述预设深度为致裂作业的目标煤层的深度；

将电爆破装置的电极设置在所述炮孔内；

利用注水装置向所述炮孔内注入导电液体；

打开电爆破装置的第一交流电源对电爆破装置的电容器进行充电；

当充电完成时，闭合电爆破装置的放电开关，对所述煤岩进行电爆破致裂。

可选的，所述利用注水装置向所述炮孔内注入导电液体，具体包括：

打开注水装置的注水泵，向所述炮孔内注入导电液体，直到所述炮孔内有导电液体溢出，关闭所述注水泵。

可选的，充电完成的指标为所述电容器的电压达到放电阈值。

可选的，当充电完成时，闭合电爆破装置的放电开关，对所述煤岩进行电爆破致裂，之后还包括：

当所述目标煤层的致裂效果未达到预期效果时，在所述煤岩上选取下一个位置作为煤岩的预设位置，返回步骤“利用钻孔装置在煤岩的预设位置钻出预设深度的炮孔”。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开了一种电爆破装置、新型煤岩致裂系统及方法。所述电爆破装置包括第一交流电源、升压整流器、电容器、放电开关和电极；所述第一交流电源与所述升压整流器的输入端连接，所述升压整流器的输出端与所述电容器连接，所述升压整流器用于将第一交流电源提供的交流电转换为直流电，并对所述直流电进行升压；升压后的直流电用于对所述电容器进行充电；所述电容器还与所述放电开关的输入端连接，所述放电开关的输出端与所述电极连接；所述电极设置在待爆破位置的导电液体中，所述放电开关用于当电容器充电完成时，使所述电容器与所述电极之间的线路导通，向所述电极提供电爆破所需的电压。本发明提供一种用于电爆破致裂的电爆破装置，对煤岩进行电爆破致裂，克服了现有的注水致裂方式对煤层条件要求较高的技术缺陷，提供了一种不受煤层条件制约的致裂技术。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术行人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种新型煤岩致裂系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术行人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种电爆破装置、新型煤岩致裂系统及方法，以提供一种不受煤层条件制约的致裂技术。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供一种电爆破装置，所述电爆破装置包括第一交流电源1、电容器2、升压整流器3、放电开关4和电极5；

所述第一交流电源1与所述升压整流器3的输入端连接，所述升压整流器3的输出端与所述电容器2连接，所述升压整流器3用于将第一交流电源1提供的交流电转换为直流电，并对所述直流电进行升压，示例性的，所述升压整流器3用于将380V交流电整合为15kV超高压电。升压后的直流电用于对所述电容器2进行充电；所述第一交流电源1用于提供电爆破致裂作业的能量。

所述电容器2还与所述放电开关4的输入端连接，所述放电开关4的输出端与所述电极5连接；所述电容器2用于提供电爆破致裂电能。

所述电极5设置在待爆破位置的导电液体7(示例性的，所述导电液体7为水)中，所述放电开关4用于当电容器2充电完成时，使所述电容器2与所述电极5之间的线路导通，向所述电极5提供电爆破所需的电压(15kV超高压电)。即控制电能传输至电极5，完成电爆破致裂作业。

实施例2

如图1所示，本发明实施例2提供一种新型煤岩致裂系统，所述系统包括：钻孔装置、注水装置和实施例1所述的电爆破装置；所述钻孔装置用于在煤岩14的预设位置钻出预设深度的炮孔8，作为用于设置所述电爆破装置的电极5的待爆破位置；所述预设深度为致裂作业的目标煤层的深度；所述注水装置用于向所述炮孔8内注入导电液体；所述电爆破装置用于以所述炮孔8为爆破中心对所述煤岩14进行电爆破致裂。

所述钻孔装置包括第二交流电源12和钻机13；所述第二交流电源与所述钻机连接，用于为所述钻机提供电能。所述钻机用于在坚硬的煤岩14上钻出一个能放入电极5的炮孔，所述第二交流电源为380V交流电源，所述钻机13的钻头为不锈钢钻头。

所述注水装置包括供水装置9、注水泵10、第一注水管11和第二注水管6；所述供水装置9和所述注水泵10通过所述第一注水管11连通；所述注水泵10与所述炮孔8通过所述第二注水管6连通。所述注水泵10通过第一注水管11抽取供水装置9内的水，并通过第二注水管6注入钻出的炮孔8，直至水溢出炮孔8，所述第一注水管11和第二注水管6为高压金属管。

实施例3

本发明实施例3提供一种新型煤岩致裂方法，所述方法应用于实施例2中的系统，所述方法包括如下步骤：

利用钻孔装置在煤岩的预设位置钻出预设深度的炮孔8；所述预设深度为致裂作业的目标煤层的深度。在预致裂的煤岩指定预设位置。利用钻机13钻出一个直径为13cm的钻孔，钻孔深度达到致裂作业的目标煤层的深度停止钻孔，撤出钻机，得到炮孔8。

将电爆破装置的电极5设置在所述炮孔8内；将电极5的一端放入炮孔8内利用注水装置向所述炮孔8内注入导电液体7(示例性的，所述导电液体7为水)；即，第二注水管7的一端放入炮孔8内，打开注水装置的注水泵10，向所述炮孔8内注入导电液体7，直到所述炮孔8内有导电液体7溢出，关闭所述注水泵10。

打开电爆破装置的第一交流电源1对电爆破装置的电容器2进行充电；即，开启第一交流电源1，利用升压整流器3将第一交流电源1提供的交流电转换为直流电并升压(将380V交流电整流为15kV超高压电)，利用升压后的直流电将电容器2充电至放电阈值；

当充电完成时，闭合电爆破装置的放电开关4，对所述煤岩14进行电爆破致裂；打开放电开关4，控制电极5释放超高压电能，在放电过程，电极5正负极放电间隙被击穿，形成放电通道，电容器2电能在短时间内(瞬间)作用在放电间隙，使水气化、膨胀而产生高温、高压和冲击波，高压冲击波作用于煤岩14的目标煤层使之损伤破裂。

重复上述步骤可完成多次放电作业，直至煤岩14破裂效果达到预期要求。

本发明公开了一种电爆破装置、新型煤岩致裂系统及方法。本发明利用高压电脉冲在具有不可压缩性质的导电液体(水)中产生的液电效应将电能转换为液体中的机械能，机械能以高压冲击波的形式作用于周围煤层，致使煤层破裂。与传统水压、气压等致裂技术相比，具有以下优势：

1)电爆破装置存储和运输没有安全隐患，且运输和作业过程能够降低能源损耗。

2)可重复多次放电，最大放电能量可达675KJ，能量可分级调控、作用范围大受环境影响小、灵活适用各种煤层致裂条件。

3)可实现远程操作控制，节省人力资源，同时能够实现精准时刻作业，致裂效果更能满足实际生产要求。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术行人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种电爆破装置，其特征在于，所述电爆破装置包括第一交流电源、升压整流器、电容器、放电开关和电极；

所述第一交流电源与所述升压整流器的输入端连接，所述升压整流器的输出端与所述电容器连接，所述升压整流器用于将第一交流电源提供的交流电转换为直流电，并对所述直流电进行升压；升压后的直流电用于对所述电容器进行充电；

所述电容器还与所述放电开关的输入端连接，所述放电开关的输出端与所述电极连接；

所述电极设置在待爆破位置的导电液体中，所述放电开关用于当电容器充电完成时，使所述电容器与所述电极之间的线路导通，向所述电极提供电爆破所需的电压。

2.根据权利要求1所述的电爆破装置，其特征在于，所述电爆破所需的电压为15kV超高压电。

3.一种新型煤岩致裂系统，其特征在于，所述系统包括：钻孔装置、注水装置和权利要求1-2任一项所述的电爆破装置；

所述钻孔装置用于在煤岩的预设位置钻出预设深度的炮孔，作为用于设置所述电爆破装置的电极的待爆破位置；所述预设深度为致裂作业的目标煤层的深度；

所述注水装置用于向所述炮孔内注入导电液体；

所述电爆破装置用于以所述炮孔为爆破中心对所述煤岩进行电爆破致裂。

4.根据权利要求3所述的新型煤岩致裂系统，其特征在于，所述钻孔装置包括第二交流电源和钻机；

所述第二交流电源与所述钻机连接，用于为所述钻机提供电能。

5.根据权利要求3所述的新型煤岩致裂系统，其特征在于，所述注水装置包括供水装置、注水泵、第一注水管和第二注水管；

所述供水装置和所述注水泵通过所述第一注水管连通；

所述注水泵与所述炮孔通过所述第二注水管连通。

6.一种新型煤岩致裂方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求3-5任一项所述的系统，所述方法包括如下步骤：

利用钻孔装置在煤岩的预设位置钻出预设深度的炮孔；所述预设深度为致裂作业的目标煤层的深度；

将电爆破装置的电极设置在所述炮孔内；

利用注水装置向所述炮孔内注入导电液体；

打开电爆破装置的第一交流电源对电爆破装置的电容器进行充电；

当充电完成时，闭合电爆破装置的放电开关，对所述煤岩进行电爆破致裂。

7.根据权利要求6所述的新型煤岩致裂方法，其特征在于，所述利用注水装置向所述炮孔内注入导电液体，具体包括：

打开注水装置的注水泵，向所述炮孔内注入导电液体，直到所述炮孔内有导电液体溢出，关闭所述注水泵。

8.根据权利要求6所述的新型煤岩致裂方法，其特征在于，充电完成的指标为所述电容器的电压达到放电阈值。

9.根据权利要求6所述的新型煤岩致裂方法，其特征在于，当充电完成时，闭合电爆破装置的放电开关，对所述煤岩进行电爆破致裂，之后还包括：

当所述目标煤层的致裂效果未达到预期效果时，在所述煤岩上选取下一个位置作为煤岩的预设位置，返回步骤“利用钻孔装置在煤岩的预设位置钻出预设深度的炮孔”。

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