导电离子溶液对电脉冲致裂煤体孔隙结构影响的实验研究

摘要

电脉冲致裂煤层增渗是一种基于高压冲击波技术而研究的一种新型煤层瓦斯瓦斯解吸增透的技术，但是电脉冲致裂煤层增渗技术存在危险性较高、能量损失较快等问题。因此本文选取2种无烟煤、1种烟煤，经过5个浓度梯度的NaCl、CaCl2、AlCl3处理后，利用高压电脉冲致裂增渗实验研究平台，击穿原煤以及处理后煤样，研究经过不同浓度不同种类离子溶液处理前后无烟煤和烟煤表面的吸附行为及吸附规律，处理前后击穿煤体的场强、电压的变化规律，处理前后击穿煤样宏微观破裂特征以及孔裂隙结构的演化规律。结果表明：阳离子价态越高的溶液，处理后的煤体表面对离子吸附量的大小相对应就多；随着浸泡时间的增加，煤样颗粒表面对各导电离子的吸附量最终达到饱和的状态；经过导电离子溶液的处理，在煤体表面附着一定数量的导电离子，使得煤体的导电性能得到了改善，改良了高压电脉冲击穿煤体的电压条件，使得在高压电脉冲击穿过程中煤体内的等离子体通道更加充分的发展、衍生，很大程度上降低了煤样的击穿电压，同时电脉冲击穿煤体破碎程度更明显，煤体表面形成裂隙网络更丰富；处理后的击穿煤体的总孔容、总比表面积、孔隙度以及平均孔径都有有一定幅度的增加，孔径覆盖的范围增大，煤体的大、中孔百分比呈增加趋势，小、微孔百分比呈减小趋势，煤体的孔隙结构得到更充分改造，说明经过导电离子溶液的处理，高压电脉冲击穿后煤体原本离散的孔径连通性明显增强，更有助于煤体瓦斯渗透性的发展。

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致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.2.1 煤层气抽采方法研究现状

1.2.2 煤体吸附性能的研究现状

1.2.3 高压电脉冲技术特点

1.2.4 高压电脉冲致裂技术

1.3 现存的主要问题

1.4.1 主要研究内容

1.4.2 研究路线

1.5 主要研究工作及进展

2 实验与分析方法

2.1.1 试验样品

2.1.2 试样加工

2.1.3 导电离子溶液配制

2.2 实验装置及原理

2.3 实验过程及分析方法

2.3.1 实验过程

2.3.2 实验分析方法

2.4 小结

3 煤样对导电溶液中阳离子吸附行为的研究

3.1 离子吸附量的研究方法

3.2.1 离子的吸附平衡时间确定

3.2.2 pH值对离子吸附的影响

3.2.3 吸附等温线线性回归分析

3.2.4 红外光谱分析

3.3 小结

4 离子溶液处理下煤样脉冲击穿场强

4.1 原煤样击穿电压变化

4.2 离子溶液处理下煤样击穿电压变化

4.2.1 NaCl溶液处理下不同煤样击穿电压变化

4.2.2 CaCl2溶液处理下不同煤样击穿电压变化

4.2.3 AlCl3溶液处理下不同煤样击穿电压变化

4.3.1 相同浓度下不同溶液处理下煤样电压变化规律

4.3.2 不同浓度下相同溶液处理下煤样电压变化规律

4.4 小结

5 高压电脉冲致裂离子溶液处理煤样特征研究

5.1 击穿煤样宏观破坏特征

5.2 击穿煤样微观破坏特征

5.2.1 击穿煤样微观破坏特征

5.2.2击穿煤样表面的元素变化规律

5.3电脉冲致裂煤样孔隙结构分析

5.3.1压汞法孔隙结构特征

5.3.2 煤样孔隙的压汞分形特征

5.3.3煤体孔隙结构低温液氮吸附分析

5.4小结

6 结论展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

作者简历

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