循环等离子体击穿受载煤体电学响应及孔隙结构演化规律
张祥良1
林柏泉2
申建3
朱传杰2
1.中国矿业大学 资源与地球科学学院, 江苏 徐州 221116;中国矿业大学 安全工程学院, 江苏 徐州 221116;煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室, 江苏 徐州 2210082.中国矿业大学 安全工程学院, 江苏 徐州 2211163.中国矿业大学 资源与地球科学学院, 江苏 徐州 221116;煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室, 江苏 徐州 221008
摘要：煤层增透是提高瓦斯高效抽采效率、降低瓦斯灾害事故的关键,以物理放电为基础的等离子体是煤层增透的有效手段之一.但以往的研究集中在单次击穿煤体孔-裂隙结构的表征,忽略了等离子体对煤体的极化效应,对循环等离子体作用下受载煤体电学性质及孔隙结构的演化特征缺乏深入研究.为此,对多个煤样进行了循环等离子体击穿实验,结合高压衰减棒和罗氏线圈监测了击穿煤体过程中的电压、电流波形,并分析了预击穿周期、等离子体击穿周期、波峰个数、峰值电压、峰值电流及能量转化效率等电学参数的变化规律;采用低场核磁共振方法测试了击穿1次、5次、10次、15次、20次条件下小孔、中孔、大孔及微小裂隙的演化规律;结合几何分形理论对击穿煤体渗流孔分形维数进行了探讨.研究结果表明,预击穿周期仅有首次放电是千微秒级别,之后会"断崖式"下降至几十微秒,而等离子体击穿周期则随着击穿次数的增加呈现出"阶梯式"的增长;能量转化效率维持在 28.7%～55.9%,呈现出先快速增加后趋于平稳的趋势,说明等离子体对煤体电学性质的极化效应是有限的;煤体内部中孔、大孔的增长幅度最为明显,部分微小裂隙结构会实现从无到有的突破,表明等离子体对瓦斯的渗流会有显著的改善效果;分形维数在击穿后呈现出降低的趋势,则从孔-裂隙空间维度的角度证实了击穿煤体内原本孤立的孔隙结构会被裂隙沟通;孔隙率与能量转化效率变化趋势的相似性表明等离子体对煤体电学性质产生了影响,煤体电学性质发生改变后又会对等离子体通道的分布产生影响.
关键词：孔-裂隙结构电学响应循环等离子体煤层增透瓦斯
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：江苏省自然科学基金资助项目(BK20221122)江苏省卓越博士后计划资助项目(2022ZB510)华能集团总部科技资助项目(HNKJ20-H87)
论文发表日期：2023-04-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：17( 1567-1583 )
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