检索结果-南通市图书馆

基于液电效应的水激波时域特性及煤体致裂效果研究

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

基于液电效应的水激波时域特性及煤体致裂效果研究

作者：贾少华太原理工大学

学位级别：硕士

煤层气又称瓦斯,是导致井下爆炸等安全事故以及温室效应的气体,同时也是一种清洁能源。合理利用煤层气不仅能降低煤矿井下安全事故的发生率、减少大气污染,又能为人类的生产生活提供所需的能源。然而,我国高瓦斯矿井中95%以上的煤层存... 详细信息

煤层气又称瓦斯,是导致井下爆炸等安全事故以及温室效应的气体,同时也是一种清洁能源。合理利用煤层气不仅能降低煤矿井下安全事故的发生率、减少大气污染,又能为人类的生产生活提供所需的能源。然而,我国高瓦斯矿井中95%以上的煤层存在渗透性较差及煤质偏软的缺陷,导致抽采钻孔极易堵塞,抽采率偏低等问题。因此增加赋存瓦斯煤岩体的裂隙度成为煤层气抽采中亟待解决的难题。近年来,煤层钻孔注水高压脉冲放电致裂技术作为一种新型动静荷载耦合致裂煤体的手段,逐渐引起越来越多学者及工程技术人员的关注。其主要原理是利用高压脉冲放电产生的液电效应,形成高压脉冲水激波,水激波通过液体介质作用于煤体,使其产生不规则的大范围贯通裂纹,从而达到增加煤层渗透性的目的。脉冲水激波作为一种特殊的动载荷,其时域特性(包括波前时间、上升沿斜率等)对煤体中裂纹的动态扩展影响深远。不同的水激波时域特性表示煤体中的裂纹从外界吸收能量的速率不同。而受其自身材料属性的限制,煤体中的裂纹在扩展过程中释放能量的速率存在一个极限值。在这两种能量速率的博弈下,煤体裂纹的扩展模式也不相同。为此,针对水中高压脉冲放电产生的水激波,本文通过控制不同的放电电压和静水压力来获得不同的水激波波前时间及上升沿斜率。着重研究了波前时间及上升沿斜率随放电电压和静水压力的变化规律及其对煤体致裂效果的影响。主要研究结果如下:(1)结合冲击波的相关知识及水中高压脉冲放电生成水激波的机理,从理论上分析了水激波波前时间及上升沿斜率随放电电压和静水压力的变化规律,推导出了波前时间及上升沿斜率关于放电电压和静水压力的理论计算公式。公式表明:波前时间与放电电压和静水压力分别呈负相关和正相关的关系,而上升沿斜率与之相反;(2)采用控制变量法进行了水中高压脉冲放电的实验研究,研究结果表明:在静水压力一定时,放电电压越高,水激波的波前时间越短,上升沿斜率也越大;而在放电电压一定时,静水压力越大,水激波的波前时间越长,上升沿斜率越小。实验结论与理论计算公式的结论相一致。(3)结合冲击载荷下裂纹扩展的基本知识,通过分析后发现:水激波波前时间能够通过影响裂纹尖端的应力强度因子来影响煤体中裂纹的扩展。将波前时间引入到裂纹尖端的应力强度因子公式中,得到了含有水激波波前时间的应力强度因子理论计算公式。(4)利用RFPA-Dynamic数值分析软件研究了波前时间对裂纹扩展的影响。模拟结果显示,不同的波前时间对煤体中应力波的传播及声发射现象均具有显著的影响。同时不同的波前时间下裂纹的扩展模式也不同:较短的波前时间产生数量较多的短小裂纹,而较长的波前时间则有利于裂纹长度的扩展。总之,本文的研究能够为钻孔注水高压电脉冲水压致裂在煤层瓦斯抽采中的应用提供一定的理论与实验依据。

关键词：高压电脉冲水激波波前时间煤体致裂 RFPA-Dynamic

同方学位论文库评论

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

激波脉动荷载作用下煤岩体动态损伤特征研究

煤炭科学技术 2023年

作者：鲍先凯姜斌张武宋翔宇赵金昌于超云张童太原理工大学矿业工程学院内蒙古自治区高校城市地下工程研究中心内蒙古科技大学内蒙古自治区建筑结构防灾减灾工程技术研究中心内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古科技大学内蒙古自治区土木工程安全与耐久重点实验室

为了研究水中高压电脉冲激波脉动荷载特性及其作用下的煤岩体动态损伤特征，通过开展不同水压、电压条件下的真三轴煤岩体压裂试验，研究水激波峰值压力、冲击荷载、加载速率等水激波加载特性，煤岩体钻孔侧壁环向有效应力与动态抗拉强... 详细信息

为了研究水中高压电脉冲激波脉动荷载特性及其作用下的煤岩体动态损伤特征，通过开展不同水压、电压条件下的真三轴煤岩体压裂试验，研究水激波峰值压力、冲击荷载、加载速率等水激波加载特性，煤岩体钻孔侧壁环向有效应力与动态抗拉强度的关系，煤岩体裂纹起裂应力、扩展角度与地应力、水压力、脉冲激波之间的关系。基于CT扫描和ABAQUS数值模拟软件计算不同液电参数下的煤岩体损伤变量，进而评价煤岩体动态损伤和裂纹起裂扩展形态及演化特征。研究结果表明：脉冲水激波峰值压力随着放大电压和水压的增加而迅速增加，加载速率随放电电压增加而增加、随水压增加而减小；相对于水压变化，放电电压的变化对水激波峰值压力及其加载速率影响更大；数值模拟与室内试验所得结果吻合度较高，二者从细、微观角度互相印证了随着水压、放电电压的增加，煤岩体的损伤变量增加明显，损伤致裂程度加剧，裂纹数量、扩展长度、开度、复杂程变化明显，其中放电电压的改变对煤岩体的损伤影响尤其明显。研究结果可以为我国水中高压电脉冲压裂煤岩体，高效抽采煤层气提供理论支撑，具有指导性意义。

关键词：水激波加载速率损伤变量动态损伤高压电脉冲水力压裂

在线全文

同方期刊数据库

学校读者我要写书评

暂无评论

水激波的积分解析解

水动力学研究与进展（A辑） 1996年第4期11卷 419-428页

作者：伍超郑永红赵文谦黄国富四川联合大学高速水力学国家重点实验室

本文发展了溃坝水激波求解的数学模型，对梯形溃口提出了解析式，给出了激波波高的具体计算算例，对矩形溃口，过去的文献资料需用三个方程求解三个未知数来表示，本文给出了以一个方程表示的解析解，该解析解具有Ｆ（ｘ，ｙ）＝０的形... 详细信息

本文发展了溃坝水激波求解的数学模型，对梯形溃口提出了解析式，给出了激波波高的具体计算算例，对矩形溃口，过去的文献资料需用三个方程求解三个未知数来表示，本文给出了以一个方程表示的解析解，该解析解具有Ｆ（ｘ，ｙ）＝０的形式，是数学意义上的解析解。本文还介绍了定量描述任一时刻，任一位置过程线的方法。

关键词：水激波解析解溃坝

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

高压电脉冲水压致裂煤体效果试验研究

煤炭科学技术 2017年第9期45卷 133-138页

作者：鲍先凯武晋文杨东伟黄春辉段东明太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古包头014010 中北大学理学院山西太原030051

为了研究高压电脉冲水压对煤体产生裂缝的作用效果,制作了力学特征接近真实煤层的煤样试件,试验前首先在原煤试件中钻取煤样,利用CT进行扫描观察原煤试件中的裂缝分布情况,然后在实验室三轴刚性压力室内进行水中高压脉冲放电,试验完成... 详细信息

为了研究高压电脉冲水压对煤体产生裂缝的作用效果,制作了力学特征接近真实煤层的煤样试件,试验前首先在原煤试件中钻取煤样,利用CT进行扫描观察原煤试件中的裂缝分布情况,然后在实验室三轴刚性压力室内进行水中高压脉冲放电,试验完成后再次进行CT切片扫描,对比相同水压条件下高静水压力和高压电脉冲水压对煤样产生裂缝的效果。研究发现:原煤试件取样完整,无振动和破坏,无明显的原生裂隙分布;在3 MPa静水压力作用下,煤样钻孔及周边并未产生新的裂隙;而在3 MPa静水压力+10 k V高压放电的情况下,煤样钻孔及周边有一些长短不一、形状各异的新生裂隙产生,证明了相同水压条件下高压电脉冲对煤层致裂增透效果优于单纯静水压。

关键词：煤层气水激波水压致裂致裂效果

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

高压电脉冲放电煤层增透研究

煤矿安全 2019年第5期50卷 15-18页

作者：马帅旗陕西理工大学电气工程学院陕西汉中723000

针对现有煤层气开发和煤矿安全开采中瓦斯抽采率低的问题,给出了一种水中高压脉冲放电的煤层气增透方法。首先分析了脉冲放电过程中液电效应及产生水激波机理;然后研究了水激波作用下的煤层产生裂纹位移及裂纹扩展规律;最后搭建了1套高... 详细信息

针对现有煤层气开发和煤矿安全开采中瓦斯抽采率低的问题,给出了一种水中高压脉冲放电的煤层气增透方法。首先分析了脉冲放电过程中液电效应及产生水激波机理;然后研究了水激波作用下的煤层产生裂纹位移及裂纹扩展规律;最后搭建了1套高压脉冲放电煤层增透试验测试系统,并进行了相关煤层增透试验。试验结果表明,该方法能改变煤层孔隙和裂隙结构,提高煤层瓦斯增透效果,在煤层增透方面具有一定的可行性和优越性。

关键词：煤层增透高压电脉冲液电效应水压致裂水激波

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

水中高压放电基本现象分析

煤炭技术 2014年第7期33卷 294-296页

作者：闫东卞德存阙梦辉太原理工大学矿业工程学院太原030000 内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古包头014000

水中高压放电是一个类爆炸过程,尖端放电击穿水介质并急速释放巨大能量产生水激波和气泡脉动。视水介质为不可压缩,研究水激波和气泡脉动作用效果以及力学模拟分析其基本物理过程,对水中高压放电基本物理现象在矿业工程领域运用前景有... 详细信息

水中高压放电是一个类爆炸过程,尖端放电击穿水介质并急速释放巨大能量产生水激波和气泡脉动。视水介质为不可压缩,研究水激波和气泡脉动作用效果以及力学模拟分析其基本物理过程,对水中高压放电基本物理现象在矿业工程领域运用前景有更深的认识。

关键词：水中高压放电水激波气泡脉动力学模拟

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

液相放电等离子体破岩方法研究

液相放电等离子体破岩方法研究

作者：姜敞中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

深部地层岩石硬度高、研磨性强,如何提高深井、超深井破岩效率是深层油气资源高效开发面临的关键问题之一。液相放电等离子体破岩方法是一种能将电能转换为机械能的新型高效破岩方法。本文在液相放电水激波的压力传播特性、高压脉冲电... 详细信息

深部地层岩石硬度高、研磨性强,如何提高深井、超深井破岩效率是深层油气资源高效开发面临的关键问题之一。液相放电等离子体破岩方法是一种能将电能转换为机械能的新型高效破岩方法。本文在液相放电水激波的压力传播特性、高压脉冲电源放电回路特性以及液相放电等离子体破岩室内实验等三个方面开展了研究工作,主要研究成果如下:基于水下炸药爆炸的ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件,研究了液相放电水激波的压力传播特性,得到了高压脉冲电路参数与RDX炸药装药量的对应关系、400ns上升沿和10μs脉冲宽度放电条件下放电中心的峰值压力以及水激波的传播规律。基于PSPICE电学仿真软件,优化设计了一种适用于液相放电等离子体破岩技术的高压脉冲电源。高压脉冲电源充电模块为带滤波电容的交流源,储能模块为Marx发生器,脉冲成型模块为磁开关。PSPICE仿真计算结果显示磁开关能有效的压缩Marx发生器的输出电流,该高压脉冲电源最终能产生纳秒级的输出脉冲。设计开发了一套液相放电等离子体破岩实验装置,装置由高压脉冲电源、破岩反应器以及测量系统三部分组成。利用该实验装置开展了室内实验,得到了400ns上升沿、10μs脉冲宽度、1000J放电能量实验条件下,冲击次数和岩石距放电中心距离这两个参数对岩石破碎效果的影响规律。

关键词：脉冲功率技术液相放电等离子体水激波岩石破碎

水中高压脉冲放电的液电特性及煤体致裂效果研究

同方学位论文库评论

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

水中高压脉冲放电的液电特性及煤体致裂效果研究

作者：尹志强太原理工大学

学位级别：硕士

水中高压脉冲放电技术作为在电火花震源、液电成型、污水处理、石油开采等工程领域广泛成熟应用的一项工程技术,它的基本原理和工作特性影响着它在工程实际中的应用效果。目前针对水中高压脉冲放电技术的研究很多,但都是根据各自工程领... 详细信息

水中高压脉冲放电技术作为在电火花震源、液电成型、污水处理、石油开采等工程领域广泛成熟应用的一项工程技术,它的基本原理和工作特性影响着它在工程实际中的应用效果。目前针对水中高压脉冲放电技术的研究很多,但都是根据各自工程领域的一些经验性的总结,难以被广泛推广,并将其应用到煤层气井的致裂增透上来。本文针对煤层井致裂增透的工程背景,基于传统的水力压裂技术和水中高压脉冲放电在其他领域的成熟理论经验,提出将钻孔水压致裂与高压脉冲放电技术集成在一起,利用水中高压脉冲放电产生的液电效应来实现煤层的致裂增透。本文根据水中高压脉冲放电的基本理论,分析了液电效应致裂煤体的机理及影响因素,并在实验室中完成了不同水压及电压条件下的水中高压脉冲放电液电特性实验及其致裂煤层效果的试验,取得了一些成果,初步论证了水中高压脉冲放电技术在煤层气抽采方面的可行性,为以后的工程应用提供了理论指导。本论文的主要研究内容及成果包括:（1）在水中高压脉冲放电基本理论的基础上,对液电效应中水激波的基本特征进行了理论分析,得出了水激波的能量计算公式和压力衰减公式。对液电效应致裂煤层的作用机理进行了理论分析,并且研究了击穿延时和静水压力对脉冲致裂效果的影响。经过分析认为:击穿延时越长,水激波峰值压力降低,煤层致裂效果变差;击穿延时越短,水激波峰值压力增大,煤层致裂效果越好;水压的增大,有利于形成较长的顺层裂缝,但会减低水激波峰值压力,影响煤层致裂效果。所以在每一组放电参数下存在一个最优的静水压力值,从而使得煤体致裂效果最好。（2）在放电电压7kV~13kV,水介质静压力0MPa~12MPa范围的实验条件下,进行了不同静水压力和放电电压条件下的脉冲放电液电效应的实验,对得到的实验数据进行分析,得出以下结论:随着放电电压的增大,击穿延时减小,水激波的峰值压力会增大;随着静水压力的增加,击穿延时增大,水激波的峰值压力会先升高而后降低。（3）在3MPa静水压条件下,分别对四个试件进行了不同放电电压的水中高压脉冲放电,采用超声波检测的方法,分析了不同液电特性时的煤体致裂效果,研究结果表明:在液电效应的作用下,新生冲击裂隙主要在煤体中存在的原有裂隙处产生,使得原有裂隙发育扩展;随着液电效应的增强,裂隙数量增加,脉冲致裂区域扩大,最终使得裂隙之间相互贯通,形成覆盖整个试件的贯通裂纹。本论文从理论及实验的角度对水中高压脉冲放电的液电特性及煤体致裂效果进行了研究,初步确立了水中高压脉冲放电技术具有在煤层气抽采应用方面的可行性,确定了适合工程实际的放电参数,得出了脉冲放电致裂煤层效果的一般规律,为水中高压脉冲放电技术在煤层致裂方面的应用提供了一定的理论依据和操作方法。

关键词：水中高压脉冲放电煤层气抽采液电效应水激波致裂

同方学位论文库评论

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于激波时域特性的煤体破裂过程数值分析

煤炭技术 2018年第6期37卷 79-80页

作者：崔联兵山西煤炭进出口集团经坊煤业有限公司山西长治047100

通过采用RFPA-Dynamic软件模拟水激波对煤体的物理作用关系,研究波前时间与煤体裂隙发育状况的关系,最终得出:波前时间越短,波头传播速度越快,辐射范围越大;增大波前时间,相应的衰减系数也会增大;减小波前时间,煤体中的裂隙度增加且长... 详细信息

通过采用RFPA-Dynamic软件模拟水激波对煤体的物理作用关系,研究波前时间与煤体裂隙发育状况的关系,最终得出:波前时间越短,波头传播速度越快,辐射范围越大;增大波前时间,相应的衰减系数也会增大;减小波前时间,煤体中的裂隙度增加且长度较小。

关键词：波前时间煤体致裂 RFPA-Dynamic 水激波