高压电脉冲煤层增透实验系统.pdf

202 ELECTRONICS WORLD・技术交流 针对煤矿安全开采中瓦斯抽采率 低、抽采时间长的问题，设计一套高压 电脉冲煤层增透实验系统，系统由控 制平台、充电回路、放电回路三部分组 成.实验时对煤体表面进行多次冲击后， 可在煤体内部形成空间网络状的裂隙结 构并延伸到煤体表面，最终从煤体中心 沿裂缝完全致裂。 高压电脉冲水中放电技术在上个世 纪30年代就早已被前苏联的诸多科学研 究所密切关注着。在经历了20年左右的 研究中，前苏联科学家YutKin等人对 这项技术进行了系统的研究并且在工 业领域发挥着重大的作用。其原理就 是电容器储存一定的高电压后利用放 安徽理工大学电气与信息工程学院 王邦国 李 斌 张 磊 高压电脉冲煤层增透实验系统 量的转化。我们把这种现象称为液电效应。 1 实验系统设计 将实验系统设计成充电回路、放电回路和控制平台三部 分，如图1所示。充电回路负责完成充电储存能量，外接220V 交流电通过升压变压器将电压升高，升高后的交流电通过可控 整流装置变成直流电给储能装置充电。放电回路负责把储能装 置的电能释放，在放电回路放置可控点火开关，闭合点火开关 使电路导通，电能经过放电参数调节模块后在放电电极处释 放。控制平台负责充电过程、放电过程和信号采集的控制，通 过控制平台的按键对整个过程进行控制，信号采集则是通过示 波器与系统中的电压传感器和电流传感器进行收集。 2 煤样冲击实验 通过对煤样进行冲击实验来验证该系统的增透效果。把 图1 高压电脉冲系统图 入水中的两个电极在几微妙甚至 几纳秒的时间内产生脉冲放电。 在此过程中，水会在极短的时间 内电离汽化，形成等离子通道， 在通道内部温度急速升高、气体 受热膨胀，由于液体的弱压缩 性，在液体介质中形成脉冲波， 使 得 固 体 内部产生裂纹或者破 碎。这种把电容器储存的电能释放 出来，在水中产生巨大的电脉冲的 同时还有热、光、力、声等其他能 煤样放在固定装置上并通过转动两侧的固定螺丝对煤体进行固定， 防止在冲击过程中煤体运动影响实验结果。把固定装置放置距放电 电极1.5cm处，让煤体的中心与电极中心在同一水平上，最后进行 冲击实验。 实验结果表明，6次冲击后煤样出现的裂隙可以看出煤样内部 已经出现空间网络状的裂隙结构并延伸致煤样表面。通过实验表 明，该设备对煤样具有较好的增透作用。 结论本文详细介绍高压电脉冲实验系统的设计与实现，系 统由充电回路、放电回路、控制平台三部分组成。开展煤样冲击实 验，可产生较多裂隙，第六次冲击即可破碎煤样，系统具有较好的 增透效果。