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摘要：高压电脉冲（HVEP）技术在强化煤层气高效开采方面潜力显著，但受限于现有试验装置在揭示HVEP作用下受载煤体裂隙保真观测方面的不足，难以精确揭示真实应力环境下HVEP致裂煤体裂隙网络演化规律，制约了该技术的工程应用效能评价。为应对该技术难题，自主研制了HVEP原位致裂煤层裂隙无损观测与增透试验装置。该装置以射线穿透式压力室为核心，协同伺服加载、气体渗流、高压放电和数据采集四个功能模块，具有以下技术特点：（1）实现了HVEP致裂前后受载煤岩的原位CT扫描，能够在地应力条件下高精度还原煤岩裂隙的发育特征；（2）装置单次放电能量可达100kJ，提升了HVEP试验的能量输入能力；（3）可分别向试样提供200kN轴向压力、60MPa围压以及30MPa的气体压力，由此模拟深部煤岩的真实应力环境，并在此基础上开展HVEP致裂煤岩增透的技术应用研究；（4）可实现对煤岩变形、应力环境、气体流量、电路信号以及裂隙扩展情况的实时观测与数据采集。依托该试验装置，开展了不同放电电压条件下HVEP致裂前后受载煤体的原位CT扫描及渗流试验，验证了装置的可靠性。研究厘清了地应力荷载条件对HVEP煤体裂隙形态的影响，量化了不同放电电压下受载煤样裂隙原位三维特征参数的变化，揭示了HVEP技术在不同放电电压下致裂受载煤体的原位增透效果。试验结果表明：在地应力荷载条件下，煤样经HVEP致裂后未出现高度碎裂化现象，而在解除地应力约束后，裂隙末端重新张开，裂隙像素比及分形维数均有所增加，真实裂隙网络的复杂程度可能因此被高估。同时，在试验设定的电压范围内，提升放电电压有效强化了HVEP致裂煤样的裂隙扩展能力，并提高了致裂后煤样渗透率的涨幅。在0.8～2.6MPa的进气压力下，致裂前煤样渗透率随气体压力呈“V”形变化，而致裂后煤样渗透率虽较致裂前大幅上升，但在气体吸附膨胀效应的影响下，其渗透率随气压增加呈下降趋势。
文章目录
1.试验装置研制
1.1研发思路
1.2装置结构及关键参数
1.2.1 射线穿透式压力室
1.2.2 伺服加载控制模块
1.2.3 气体渗流模块
1.2.4 高压放电模块
1.2.5 数据采集模块
2.HVEP致裂受载煤体增透及原位CT扫描试验
2.1试样准备及试验方法
2.2试验结果及讨论
2.2.1 CT扫描图像处理
2.2.2 致裂煤体裂隙受地应力荷载影响分析
2.2.3 放电电压对HVEP致裂煤样效果的评价
2.2.4 HVEP原位致裂增透效果分析
3 结论
