350 工程科学学报，第44卷，第3期 Pressure gauge Accumulator Solenoid valve Flow Water F3 Valver tank Control terminal Stop plate Pump 40 mm 300mm 120mm Fissure 1.5mm Coal sample FI V Monitor 300mm pressure Output tube and flow Beaker 图1水力脉动解堵试验系统 Fig.1 Pulse hydraulic unblocking test system Soild liquid interface AAy Stress waves Vibration makes coal powder loosen Pulse signal Fluid Fracturing fluid Coal cuttings Fatigue damage 图2水力脉动解堵机理示意图 Fig.2 Schematic diagram of the unblocking mechanism with pulse hydraulic fracturing 脉动压裂系统（图1）由脉动控制模块、注液 1.2试样制备 模块和监测模块组成.脉动控制模块(F1,F2,F3) 本次试验采用的是人工制作的煤岩相似样 包含控制端和电磁阀.控制端通过脉动信号来控 而煤岩原岩来源于湘西北露天矿床，属于二叠系 制电磁阀的交替工作，以精确地获得脉动频率， 龙潭煤系开挖剖面的低阶煤岩（厚度为120m).煤 最大精度为0.02Hz.注液模块包含泵、缓冲器和 岩相似样以胶结材料（石膏和水泥）、石英砂、煤 水箱，以提供稳定的注液流量，其最大输出液量 粉为原料，其材料质量比值为m(胶结材料)：m(石 为80Lh,精度为0.1mLs.在整个实验过程 英砂)：m(煤粉=1：0.83：1.17.制备的煤岩相似 中，使用监控模块测量流量、解堵压力和煤粉运 样兼顾物理力学性质与原煤岩性能的相似性，相 移量 关物理参数见表1 表1 原岩和相似岩样物理参数比较 Table 1 Comparison of physical parameters of the original rock and of similar rock samples Unconfined Medium Tensile Elastic 12 h expansion compressive Poisson's ratio Friction angle/() Cohesion/MPa strength/MPa strength/MPa modulus/GPa rate/% Coal rock 6.41-9.05 0.687-0.716 0.19-0.24 1.37-3.86 18.27-33.8 0.982-1.34 0.35-0.80 Similar sample 7.45 0.58 0.237 3.92 21.55 1.63 0.20 制备的试样尺寸为300mm×300mm×120mm, 120mm的平直裂缝，裂缝贯穿至岩样表面，裂缝形 共制作7组并预先在试样中部设置长120mm×1.5mm× 态与注液方向平行.之后对试样的预制单缝进行煤脉动压裂系统（图 1）由脉动控制模块、注液 模块和监测模块组成. 脉动控制模块 (F1,F2,F3) 包含控制端和电磁阀. 控制端通过脉动信号来控 制电磁阀的交替工作，以精确地获得脉动频率， 最大精度为 0.02 Hz. 注液模块包含泵、缓冲器和 水箱，以提供稳定的注液流量，其最大输出液量 为 80 L·h−1，精度为 0.1 mL·s−1 . 在整个实验过程 中，使用监控模块测量流量、解堵压力和煤粉运 移量. 1.2    试样制备 本次试验采用的是人工制作的煤岩相似样. 而煤岩原岩来源于湘西北露天矿床，属于二叠系 龙潭煤系开挖剖面的低阶煤岩（厚度为 120 m）. 煤 岩相似样以胶结材料（石膏和水泥）、石英砂、煤 粉为原料，其材料质量比值为 m(胶结材料)∶m(石 英砂)∶m(煤粉)=1∶0.83∶1.17. 制备的煤岩相似 样兼顾物理力学性质与原煤岩性能的相似性，相 关物理参数见表 1. 表 1 原岩和相似岩样物理参数比较 Table 1   Comparison of physical parameters of the original rock and of similar rock samples Medium Unconfined compressive strength/MPa Tensile strength/MPa Poisson’s ratio Elastic modulus/GPa Friction angle/(°) Cohesion/MPa 12 h expansion rate/% Coal rock 6.41–9.05 0.687–0.716 0.19–0.24 1.37–3.86 18.27–33.8 0.982–1.34 0.35–0.80 Similar sample 7.45 0.58 0.237 3.92 21.55 1.63 0.20 制备的试样尺寸为 300 mm×300 mm×120 mm， 共制作7 组. 并预先在试样中部设置长120 mm×1.5 mm× 120 mm 的平直裂缝，裂缝贯穿至岩样表面，裂缝形 态与注液方向平行. 之后对试样的预制单缝进行煤 Pressure gauge Buffer Accumulator 300 mm 120 mm 120 mm 1.5 mm 40 mm Stop plate Coal sample Output tube Beaker Fissure 300 mm Solenoid valve Control terminal Monitor pressure and flow F2 Valve F3 Valve F1 Valve Pump Flow gauge Water tank Overflow valve 图 1    水力脉动解堵试验系统 Fig.1    Pulse hydraulic unblocking test system Soild liquid interface Stress waves Vibration makes coal powder loosen Coal cuttings Fatigue damage Fracturing fluid Fluid Pulse signal 图 2    水力脉动解堵机理示意图 Fig.2    Schematic diagram of the unblocking mechanism with pulse hydraulic fracturing · 350 · 工程科学学报，第 44 卷，第 3 期