CN107939364A - 一种电脉冲致裂增透与瓦斯渗流一体化装置与方法 - Google Patents
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Abstract
一种电脉冲致裂增透与瓦斯渗流一体化装置与方法，适用于提高低渗透、高吸附煤层的瓦斯抽采率，包括高压充电电源、高压储能电容器、高压放电开关、煤样固定装置、液压控制***、真空泵装置、气瓶、压力表。首先，利用高压充电电源向高压储能电容器中充电，打开高压放电开关，通过正电极和负电极向煤样放电，产生巨大的能量直接作用在煤体上，在煤体中形成裂缝，再通过煤样固定装置中内置的瓦斯渗流装置测量击穿后煤样的渗透率。本发明能够实现电脉冲致裂增透与瓦斯渗流测定一体化操作，该方法测量准确，操作方便，能够为电脉冲致裂效果提供可靠的依据。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿瓦斯抽采技术领域，尤其是一种适用研究煤层瓦斯抽采困难等问题的电脉冲致裂增透与瓦斯渗流一体化实验装置与方法。
背景技术
近年来，由于我国煤矿开采逐步进入深部开采阶段，地应力高、瓦斯抽采困难等问题尤为突出，而解决这一问题的关键就在于瓦斯抽采。目前，常采用的瓦斯抽采方法主要有：水力压裂、深孔***、水力割缝、保护层开采，但是这些技术应用起来存在一些缺陷，例如：水力压裂容易造成水锁现象，堵塞瓦斯运移的通道；深孔***送药困难；水力割缝在软煤层应用效果较差；保护层开采不适应在单一煤层开采。因此，开发应用范围更广的煤层增透方法以解决低透气煤层瓦斯抽采困难的问题尤为重要。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的问题，提供一种简单可靠、操作方便，能够准确测定电脉冲致裂后煤样的渗透率。本发明通过将高压电直接作用在煤层上面，在正电极和负电极之间产生放电通道，巨大的能量瞬间通过放电通道，形成强大的应力波使煤样破裂，然后通过瓦斯渗流测定实验装置进行瓦斯渗透性测定。
技术方案：本发明的电脉冲致裂增透与瓦斯渗流一体化装置，包括高压充电电源、高压储能电容器、高压放电开关、煤样固定装置、液压控制***、真空泵装置、气瓶、压力表和进气控制阀，气瓶的出气端连接有压力表和出气控制阀；其特征在于：所述的高压充电电源的输出端与高压储能电容器的正极相连，所述的高压储能电容器的输出端与高压放电开关的输入端相连，所述的高压放电开关的输出端与煤样固定装置相连，所述的煤样固定装置的输出端与高压储能电容器的负极相连；所述的煤样固定装置与液压控制***、真空泵装置、气瓶相连。
所述的煤样固定装置包括支撑台、设在支撑台上的腔体，腔体内设有高压胶套，高压胶套的外圆面与腔体内圆面之间留有充入液压油的间隙，腔体底部设有向间隙内注入液压油的进油管，进油管与液压控制***相连，所述高压胶套中部设有煤样，煤样的上端面上设有上轴压柱，煤样的下端面上设有下轴压柱，所述的下轴压柱和上轴压柱各有一个中心孔和旁孔，上轴压柱的中心孔内嵌装有由弹簧一顶在煤样上的针状正电极，下轴压柱的中心孔内嵌装有由弹簧二顶在煤样上的针状负电极；针状正电极和针状负电极外面套有绝缘套管，绝缘套管内嵌在上轴压柱和下轴压柱内；所述下轴压柱的旁孔内设有与真空泵装置相连的进气管，进气管上设有进气控制阀，上轴压柱的旁孔内设有出气管；下轴压柱和上轴压柱通过液压管路分别与液压控制***相连，液压管路上连接液压控制阀；所述的进气管连接气瓶，出气管上设有出气控制阀和测量流量的气体流量计。
所述的下轴压柱和上轴压柱中心孔的直径由绝缘套管的外径确定，旁孔的直径由进气管和出气管的直径决定。
上述电脉冲致裂增透与瓦斯渗流一体化装置的渗流一体方法，包括以下步骤：
a、将煤样固定在高压胶套中部，然后将装有煤样的高压胶套装入腔体内，将上轴压柱与下轴压柱分别设在煤样的上下端面上，在弹簧一和弹簧二的作用下，设在上轴压柱与下轴压柱中心孔内的针状正电极和针状负电极紧挨着煤样；
b、开启液压控制***，通过调节液压控制阀和液压控制阀给煤样施加预设的围压和轴压后，关闭液压控制***、液压控制阀和液压控制阀；
c、通过高压充电电源向高压储能电容器中充入预设电压，打开高压放电开关，向煤样放电；
d、重复步骤c多次使煤样破裂后，关闭高压充电电源与高压放电开关；
e、利用密封套密封住电线与下轴压柱、上轴压柱连接处；
f、打开进气控制阀，关闭出气控制阀，利用真空泵装置对煤样固定装置进行抽真空；
g、抽完真空后，关闭进气控制阀，将真空泵装置卸下，然后将气瓶连入进气管，开启气瓶，通过调节进气控制阀设定进气压力1MPa，使煤样吸附饱和3—5天；
h、打开出气控制阀，通过调节进气控制阀维持进气压力2MPa，通过气体流量计测量出气端的气体流量；
i、通过改变实验过程中的围压、轴压、进气瓦斯压力以及高压充电电源预设的电压大小，对电脉冲击穿后煤样的破碎效果及瓦斯渗透性进行研究。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明能够实现电脉冲增透与瓦斯渗流一体化实验操作，能够准确的检验电脉冲致裂的效果。通过液压控制***，能够实现在三轴加载条件下进行电脉冲致裂实验，能够较好的疏通瓦斯渗流的通道，同时还可以实现对电脉冲致裂的煤样进行瓦斯渗流实验，准确的对电脉冲致裂效果进行检验。该装置结构简单，操作方便，能够有效的解决电脉冲破碎煤样后效果检验困难的问题，在该领域中有着广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中的I—I剖面图。
图中：1—高压充电电源，2—高压储能电容器，3—高压放电开关，4—煤样固定装置，5—液压控制***，6—真空泵装置，7—气瓶，8—压力表，9—进气控制阀，10—进气管，11—出气管，12—液压油，13—煤样，14—高压胶套，15—腔体，16—下轴压柱，17—上轴压柱，18—支撑台，19—气体流量计，20—绝缘套管，21—密封套，22—出气控制阀，23—针状正电极，24—针状负电极，25—弹簧一，26—弹簧二，27—液压控制阀一，28—液压控制阀二。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施案例作进一步的描述：
本发明的电脉冲致裂增透与瓦斯渗流一体化装置，主要由高压充电电源1、高压储能电容器2、高压放电开关3、煤样固定装置4、液压控制***5、真空泵装置6、气瓶7、压力表8和进气控制阀9，气瓶7的出气端连接有压力表8和出气控制阀9；所述的高压充电电源1的输出端与高压储能电容器2的正极相连，所述的高压储能电容器2的输出端与高压放电开关3的输入端相连，所述的高压放电开关3的输出端与煤样固定装置4相连，所述的煤样固定装置4的输出端与高压储能电容器2的负极相连；所述的煤样固定装置4与液压控制***5、真空泵装置6、气瓶7相连。
所述的煤样固定装置4包括支撑台18、设在支撑台18上的腔体15，腔体15内设有高压胶套14，高压胶套14的外圆面与腔体15内圆面之间留有充入液压油12的间隙，腔体15底部设有向间隙内注入液压油的进油管，进油管与液压控制***5相连，所述高压胶套14中部设有煤样13，煤样13的上端面上设有上轴压柱17，煤样13的下端面上设有下轴压柱16，所述的下轴压柱16和上轴压柱17各有一个中心孔和旁孔，上轴压柱17的中心孔内嵌装有由弹簧一25顶在煤样上的针状正电极23，下轴压柱16的中心孔内嵌装有由弹簧二26顶在煤样上的针状负电极24；针状正电极23和针状负电极24外面套有绝缘套管20，绝缘套管20内嵌在上轴压柱17和下轴压柱16内,下轴压柱16和上轴压柱17中心孔的直径由绝缘套管20的外径确定，旁孔的直径由进气管10和出气管11的直径决定。所述下轴压柱16的旁孔内设有与真空泵装置6相连的进气管10，进气管10上设有进气控制阀9，上轴压柱17的旁孔内设有出气管11；下轴压柱16和上轴压柱17通过液压管路分别与液压控制***5相连，液压管路上连接液压控制阀27和液压控制阀28；所述的进气管10连接气瓶7，出气管11上设有出气控制阀22和测量流量的气体流量计19。
上所述电脉冲致裂增透与瓦斯渗流一体化装置的渗流一体方法，包括以下步骤：
a、将煤样13固定在高压胶套14中部，然后将装有煤样13的高压胶套14装入腔体15内，将上轴压柱17与下轴压柱16分别设在煤样13的上下端面上，在弹簧一25和弹簧二26的作用下，设在上轴压柱17与下轴压柱16中心孔内的针状正电极23和针状负电极24紧挨着煤样13；
b、开启液压控制***5，通过调节液压控制阀27和液压控制阀28给煤样13施加预设的围压和轴压后，例如围压10MPa,轴压8MPa，关闭液压控制***5、液压控制阀27和液压控制阀28；
c、通过高压充电电源1向高压储能电容器2中充入预设电压50kV，打开高压放电开关3，向煤样13放电；
d、重复步骤c多次使煤样破裂后，关闭高压充电电源1与高压放电开关3；
e、利用密封套21密封住电线与下轴压柱16、上轴压柱17连接处；
f、打开进气控制阀9，关闭出气控制阀22，利用真空泵装置6对煤样固定装置4进行抽真空；
g、抽完真空后，关闭进气控制阀9，将真空泵装置6卸下，然后将气瓶7连入进气管10，开启气瓶7，通过调节进气控制阀9设定进气压力1MPa，使煤样13吸附饱和3—5天；
h、打开出气控制阀22，通过调节进气控制阀9维持进气压力2MPa，通过气体流量计19测量出气端的气体流量；
i、通过改变实验过程中的围压、轴压、进气瓦斯压力以及高压充电电源1预设的电压大小，对电脉冲击穿后煤样的破碎效果及瓦斯渗透性进行研究。
Claims (4)
1.一种电脉冲致裂增透与瓦斯渗流一体化装置，包括高压充电电源（1）、高压储能电容器（2）、高压放电开关（3）、煤样固定装置（4）、液压控制***（5）、真空泵装置（6）、气瓶（7）、压力表（8）和进气控制阀（9），气瓶（7）的出气端连接有压力表（8）和出气控制阀（9）；其特征在于：所述的高压充电电源（1）的输出端与高压储能电容器（2）的正极相连，所述的高压储能电容器（2）的输出端与高压放电开关（3）的输入端相连，所述的高压放电开关（3）的输出端与煤样固定装置（4）相连，所述的煤样固定装置（4）的输出端与高压储能电容器（2）的负极相连；所述的煤样固定装置（4）分别与液压控制***（5）、真空泵装置（6）和气瓶（7）相连。
2.根据权利要求1所述的一种电脉冲致裂增透与瓦斯渗流一体化装置，其特征在于：所述的煤样固定装置（4）包括支撑台（18）、设在支撑台（18）上的腔体（15），腔体（15）内设有高压胶套（14），高压胶套（14）的外圆面与腔体（15）内圆面之间留有充入液压油（12）的间隙，腔体（15）底部设有向间隙内注入液压油的进油管，进油管与液压控制***（5）相连，所述高压胶套（14）中部设有煤样（13），煤样（13）的上端面上设有上轴压柱（17），煤样（13）的下端面上设有下轴压柱（16），所述的下轴压柱（16）和上轴压柱（17）各有一个中心孔和旁孔，上轴压柱（17）的中心孔内嵌装有由弹簧一（25）顶在煤样上的针状正电极（23），下轴压柱（16）的中心孔内嵌装有由弹簧二（26）顶在煤样上的针状负电极（24）；针状正电极（23）和针状负电极（24）外面套有绝缘套管（20），绝缘套管（20）内嵌在上轴压柱（17）和下轴压柱（16）内；所述下轴压柱（16）的旁孔内设有与真空泵装置（6）相连的进气管（10），进气管（10）上设有进气控制阀（9），上轴压柱（17）的旁孔内设有出气管（11）；下轴压柱（16）和上轴压柱（17）通过液压管路分别与液压控制***（5）相连，液压管路上连接液压控制阀（27）和液压控制阀（28）；所述的进气管（10）连接气瓶（7），出气管（11）上设有出气控制阀（22）和测量流量的气体流量计（19）。
3.根据权利要求2所述的一种电脉冲致裂增透与瓦斯渗流一体化装置，其特征在于：所述的下轴压柱（16）和上轴压柱（17）中心孔的直径由绝缘套管（20）的外径确定，旁孔的直径由进气管（10）和出气管（11）的直径决定。
4.根据权利要求1或2所述电脉冲致裂增透与瓦斯渗流一体化装置的渗流一体方法，包括以下步骤：
a、将煤样（13）固定在高压胶套（14）中部，然后将装有煤样（13）的高压胶套（14）装入腔体（15）内，将上轴压柱（17）与下轴压柱（16）分别设在煤样（13）的上下端面上，在弹簧一（25）和弹簧二（26）的作用下，设在上轴压柱（17）与下轴压柱（16）中心孔内的针状正电极（23）和针状负电极（24）紧挨着煤样（13）；
b、开启液压控制***（5），通过调节液压控制阀（27）和液压控制阀（28）给煤样（13）施加预设的围压和轴压后，关闭液压控制***（5）、液压控制阀（27）和液压控制阀（28）；
c、通过高压充电电源（1）向高压储能电容器（2）中充入预设电压，打开高压放电开关（3），向煤样（13）放电；
d、重复步骤c多次使煤样破裂后，关闭高压充电电源（1）与高压放电开关（3）；
e、利用密封套（21）密封住电线与下轴压柱（16）、上轴压柱（17）连接处；
f、打开进气控制阀（9），关闭出气控制阀（22），利用真空泵装置（6）对煤样固定装置（4）进行抽真空；
g、抽完真空后，关闭进气控制阀（9），将真空泵装置（6）卸下，然后将气瓶（7）连入进气管（10），开启气瓶（7），通过调节进气控制阀（9）设定进气压力1MPa，使煤样（13）吸附饱和3—5天；
h、打开出气控制阀（22），通过调节进气控制阀（9）维持进气压力2MPa，通过气体流量计（19）测量出气端的气体流量；
i、通过改变实验过程中的围压、轴压、进气瓦斯压力以及高压充电电源（1）预设的电压大小，对电脉冲击穿后煤样的破碎效果及瓦斯渗透性进行研究。
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