河南工程学院 环境与生物工程学院中国矿业大学 煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室东华理工大学 地球科学学院西安交通大学 电气工程学院
基于开放式循环高压电脉冲实验平台,针对肥煤、贫煤和无烟煤3 种不同变质程度煤样,开展金属丝和含能材料2 种能量加载方式下的煤样冲击致裂实验,通过光学显微镜分析循环冲击作用下煤中微裂隙发育的煤级与载荷响应特征,研究微裂隙扩展演化与显微组分之间的关系。结果发现:① 增加循环冲击次数,微裂隙密度的增大趋势是非线性的,大致可划分为初期缓慢增加、中期快速增大、后期趋于稳定3 个阶段,说明并非循环冲击次数越多致裂效果越好,而是存在一个最佳冲击次数。② 金属丝加载方式下煤中微裂隙较含能材料加载下更为发育;整体上,肥煤的微裂隙发育程度高于贫煤,贫煤高于无烟煤,反映循环高压电脉冲在致裂效果上可能具有“双低效应”,即低变质程度煤加载低能量致裂效果可能更好。③ 微裂隙发育程度在显微组分之间具有差异性和侧重性,镜质组最发育,惰质组次之,壳质组最少,这是镜质组含量大(空间优势)、原位裂隙密度大(位置优势)、脆性较大(力学优势)综合作用的结果。④ 微裂隙在显微组分中的扩展演化轨迹可归纳为穿越显微组分、局限在显微组分内部、沿显微组分边界发育和形态呈斜列、渐进式张剪性扩展等主要特征。研究结论对进一步揭示循环高压电脉冲煤层致裂微观机制,明确工程实践目标煤层,优化作业工艺参数和提高作业效果具有重要的理论意义。
1 煤样基本性质
2 实验方案
2.1 实验装置工作原理
2.2 实验步骤
2.3 微裂隙观测方案
3 结果与讨论
3.1 微裂隙发育特征
3.2 微裂隙演化模型
3.3 微裂隙分形特征
3.4 微裂隙发育的煤岩学控制
4 结论
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司 中国煤炭学会学术期刊工作委员会