超聲波激勵致裂技術(shù)應(yīng)用于煤層氣開采,具有能耗低、無污染、能量集中的優(yōu)點(diǎn)。超聲波激勵致裂技術(shù)是一種新型環(huán)保的煤體致裂技術(shù)。為了進(jìn)一步揭示超聲波激勵致裂煤體的影響規(guī)律,以及有效地利用、完善超聲波致裂煤體技術(shù),本文以實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和理論分析相互結(jié)合的方法,探究超聲波激勵致裂煤體機(jī)制、超聲波功率、煤體含水率對超聲波激勵效果的影響,對比超聲波激勵前后煤層瓦斯在煤體內(nèi)部的吸附解吸性能。文章從超聲波自身傳播特性入手,分析了超聲波空化作用、機(jī)械振動效應(yīng)和超聲波熱效應(yīng)在超聲波激勵煤體過程中的作用。此外,分析了超聲波在煤體中的衰減系數(shù),研究了超聲波激勵致裂技術(shù)在煤體中的有效范圍。為了更好的揭示超聲波致裂煤體的規(guī)律,搭建了超聲波激勵致裂煤體的實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)。采用核磁共振技術(shù)研究了超聲波功率到的變化對于致裂煤體效果的影響規(guī)律,實(shí)驗(yàn)以70W為分界點(diǎn),分別研究了高檔功率和低檔功率激勵致裂煤體的效果,尋找到不同功率檔可以有效致裂的孔隙類型,并以此實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了超聲波致裂煤體的機(jī)制。超聲波的空化作用與煤體的含水率密切相關(guān),本文采用核磁共振技術(shù)和分形維數(shù)方法研究了煤體內(nèi)部含水率對超聲波激勵致裂前后煤體內(nèi)部孔隙變化情況;并應(yīng)用熱成像... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：109 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

煤巖過程中空化核的形成過程

（a）氣體在煤巖體裂縫中穩(wěn)定存在 （b）氣體體積膨脹形成空化核圖 2-1 煤巖過程中空化核的形成過程[64]Fig.2-1 The formation process of cavitation nucleus in the process of coal and rock.超聲波的空化效應(yīng)可以分為瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)空化。空化作用發(fā)生離不開液體介聲波存在一個正負(fù)壓強(qiáng)的交變周期，正壓時，擠壓介質(zhì)分子，增大介質(zhì)密壓時，分離介質(zhì)分子，密度減小。超聲波振幅足夠大時，打破介質(zhì)分子的臨離，介質(zhì)出現(xiàn)缺陷，產(chǎn)生微泡，聲場繼續(xù)作用下微泡破滅，液體沖入氣泡引質(zhì)周圍局部高溫高壓，同時還會產(chǎn)生激波。氣泡大概存在 10-6s，臨界崩潰發(fā)出巨大能量，形成速度約為 110m/s、有強(qiáng)大沖擊力的微射流，使碰撞密達(dá) 1.5kg/cm2。現(xiàn)象氣泡在急劇崩潰的瞬間會在局部產(chǎn)生高達(dá) 5000K、1800高溫高壓，冷卻速度可達(dá) 109K/s，同時又能夠產(chǎn)生大量新的空化核。超聲種現(xiàn)象大大提高非均相反應(yīng)速率，實(shí)現(xiàn)非均相反應(yīng)物間的均勻混合，加速反和產(chǎn)物的擴(kuò)散，促進(jìn)固體新相的形成，控制顆粒的尺寸和分布[63, 64]。其中波空化過程如圖 2-2 所示。

波激勵致裂煤巖體的目的，我們自行設(shè)計(jì)了煤巖超聲波發(fā)聲系統(tǒng)、煤巖體加持系統(tǒng)等部分構(gòu)成。變化情況，則主要有巖石聲波參數(shù)測試系統(tǒng)、核等相關(guān)設(shè)備儀器進(jìn)行檢測。聲系統(tǒng)：采用杭州成功超聲波有限公司生產(chǎn)的設(shè)備的發(fā)聲頻率為 28kHz（掃頻范圍為 27.75-2顯示當(dāng)前輸出功率、工作時間、工作頻率等，最時間持續(xù)工作；與之匹配的是電容量為 7.5-8nf，-4Z 黃連鋼階變型換能器，換能器的主要功能是超聲波輸出。持系統(tǒng)：為了固定試樣和換能器，我們自行設(shè)從上到下依次為上夾持器、試樣夾持器、下夾持和減少超聲波的損耗，夾持器全部采用樹脂材料組合對接的方式固定換能器。其中，位于下部的超聲波發(fā)聲端。如圖 3-1 所示

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3510149