一种高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验方法技术

本发明专利技术涉及煤层气(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方法，包括制作煤样；安装高功率脉冲发生机构；安装声发射检测机构；使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，使所述声发射检测机构检测并分析所述煤样内的声发射,还包括安装冲击波检测机构，使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。采用本发明专利技术的有益效果为：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。

【技术实现步骤摘要】
一种高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验方法
本专利技术涉及煤层气(矿井瓦斯)开采
，特别是一种高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：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方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验方法，包括步骤a：制作煤样；步骤b：安装高功率脉冲发生机构，将所述高功率脉冲发生机构与所述煤样之间通过导线进行连接；步骤c：安装声发射检测机构，使所述声发射检测机构与所述煤样相配合；步骤d：使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，使所述声发射检测机构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方法进行实验时，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方法还包括步骤e：安装三轴加压系统和瓦斯注入系统；步骤f：使所述三轴加压系统对所述煤样施加三轴压力，使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方法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方法还包括步骤g：安装冲击波检测机构，使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。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、冲击波致裂煤样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验方法，其特征在于：包括步骤a：制作煤样(2)；步骤b：安装高功率脉冲发生机构，将所述高功率脉冲发生机构与所述煤样(2)之间通过导线进行连接；步骤c：安装声发射检测机构(1)，使所述声发射检测机构(1)与所述煤样(2)相配合；步骤d：使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)，使所述声发射检测机构(1)检测并分析所述煤样(2)内的声发射特征。

【技术特征摘要】
1.一种高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的实验方法，其特征在于：包括步骤a：制作煤样(2)；步骤b：安装高功率脉冲发生机构，将所述高功率脉冲发生机构与所述煤样(2)之间通过导线进行连接；步骤c：安装声发射检测机构(1)，使所述声发射检测机构(1)与所述煤样(2)相配合；步骤d：使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)，使所述声发射检测机构(1)检测并分析所述煤样(2)内的声发射特征。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方法，其特征在于：还包括步骤e：安装三轴加压系统和瓦斯注入系统；步骤f：使所述三轴加压系统对所述煤样(2)施加三轴压力，使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方法，其特征在于：还包括步骤g：安装冲击波检测机构(3)，使所述冲击波检测机构(3)检测并分析所述煤样(2)内的冲击波特征。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实验方法，其特征在于：还包括步骤h：安装气体压力检测机构(4)，使所述气体压力检测机构(4)检测所述煤样(2)内的瓦斯压力。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实验方法，其特征在于：所述步骤e中，安装三轴加压系统包括步骤e1：安装用于容纳所述煤样(2)的可封闭的压力室(11)；步骤e2：在所述压力室11的x方向、y方向、z方向的侧壁上分别设置有通孔(111)；步骤e3：在所述通孔(111)上滑动设置滑动块(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，使所述压迫端的端部与所述煤样(2)之间为压迫配合。6.根据权利要求5所述的高功率脉冲波...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫发志，许江，尹光志，彭守建，李全贵，陈灿灿，李奇贤，张辰庆，甘青青，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50