[发明专利]一种煤岩致裂的装置及方法

说明书

本发明涉及一种煤岩致裂的装置及方法。该装置包括：反应杯，用于放置实验煤样进行反应，所述反应杯的外壁设置有冷却层；超声发生单元，用于产生超声波信号，并将所述超声波信号发射到所述反应杯中，实现超声波信号对所述实验煤样的空化作用；循环冷却机，通过水管与所述反应杯的冷却层连接。本发明以恒温水浴环境为媒介利用超声波的空化作用实现煤岩致裂，考虑了不同频率的超声激励影响，同时保证了煤岩在被激励过程中所处的水浴环境相对稳定，从而排除了温度变化对煤岩体破裂的影响。本发明结构简单，操作方便，实用性强，经济实用，性价比高，适合推广。

技术领域

本发明涉及煤岩致裂技术领域，特别是涉及一种煤岩致裂的装置及方法。

背景技术

我国煤层大多属于低透气性煤层，煤层透气性差，导致瓦斯预抽难度大，效果不理想。利用超声波激励水可以产生空化效应、机械振动和热效应，多种效应以水为介质联合作用于煤体，能够显著增加煤体中的孔隙、微裂隙和宏观裂隙，增强孔裂隙连通性，从而大大提高煤层的渗透性，使煤层气(瓦斯)加速从储层中解吸出来，进而提高瓦斯抽采效果。因此利用超声波作为一种新兴的煤层增透的技术手段，逐渐成为研究热点。

现有的超声实验系统主要分为两类，一类是超声换能器直接加持在煤岩样两端；一类是超声换能器作用于水浴箱体。前者可实现模拟超声机械振动效应对煤体的致裂影响，后者可实现利用超声激励水致裂煤体，但实际现场应用工况中，超声波激励设备都放置在钻孔中。所以现有实验系统的模拟方式与现场应用工况存在较大出入，无法实现现场应用工况的模拟。

因此，如何设计一种能够开展实验室研究来模拟现场应用工况的煤岩致裂的装置及方法，成为本领域当前要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤岩致裂的装置及方法，可以模拟现场应用工况的多频超声空化致裂的实验，同时利用循环冷却机可以为实验煤样提供稳定的水浴环境，完成不同温度、不同超声频率、功率煤岩体致裂实验，适用于超声煤层增透的机理研究。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种煤岩致裂的装置，包括：

反应杯，用于放置实验煤样进行反应，所述反应杯的外壁设置有冷却层；

超声发生单元，用于产生超声波信号，并将所述超声波信号发射到所述反应杯中，实现超声波信号对所述实验煤样的空化作用；

循环冷却机，通过水管与所述反应杯的冷却层连接。

可选的，所述超声发生单元包括：

至少一超声波振动部件和至少一超声波发生器，所述超声波振动部件和所述超声波发生器通过信号线连接；每一工作频率的所述超声波振动部件对应一个相同频率的超声波发生器；

所述超声波振动部件包括：超声波换能器，用于将电信号转换成超声波信号；

超声波变幅杆，通过中心螺栓与所述超声波换能器连接，用于改变所述超声波换能器的振幅，得到超声能量集中的超声波信号；

超声波工具头，通过中心螺栓与所述超声波变幅杆连接，用于发射所述超声能量集中的超声波信号。

可选的，还包括：降噪箱，所述降噪箱的顶部包括通道和固定环；

所述反应杯放置于所述降噪箱内部；

所述超声波工具头插入所述通道内，并通过所述固定环固定。

可选的，所述超声发生单元包括：

超声发生箱，若干个频率不同的超声波发生器放置于所述超声发生箱中。

可选的，还包括：换能器冷却单元；