林柏泉，張祥良，李彥君，朱傳杰

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 煤礦瓦斯與火災(zāi)防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州 221116; 2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 安全工程學(xué)院,江蘇 徐州 221116)

煤層氣作為一種清潔能源，在我國(guó)能源消耗中所占比例越來(lái)越大[1-2]，然而我國(guó)煤層氣賦存具有微孔隙、低滲透、高吸附的特征，嚴(yán)重的制約著煤層氣的開(kāi)采效率[3]。此外，瓦斯在煤礦井下還會(huì)引起瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出等事故造成人員傷亡[4-5]。因此，如何有效提高煤層氣抽采率，對(duì)煤礦瓦斯災(zāi)害防治、環(huán)境保護(hù)和瓦斯資源利用等方面來(lái)講，都具有十分重要的意義。

當(dāng)前，人為的對(duì)煤層進(jìn)行致裂增透是提高煤層氣抽采的主要措施，這些方法主要包括水力壓裂、密集鉆孔以及保護(hù)層開(kāi)采等措施[6-7]。但是水力壓裂一方面需要消耗大量的水資源，另一方面往往會(huì)向水中添加化學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)可能會(huì)對(duì)地下水產(chǎn)生污染，甚至?xí)l(fā)小幅地震[8];密集鉆孔則存在著施工困難，施工過(guò)程中串鉆、卡鉆現(xiàn)象頻繁發(fā)生，且施工成本較高[9-10];開(kāi)采保護(hù)層措施條件受限，僅適用于具備煤層群開(kāi)采條件的礦井，對(duì)于單一煤層和煤層群開(kāi)采的首采層，還需要采取其他有效的卸壓增透技術(shù)措施[11]。針對(duì)上述煤層氣開(kāi)采過(guò)程中存在的問(wèn)題，提出了一種操作方便、能量密度大、致裂效果好的等離子體致裂煤體技術(shù)[12-14]。等離子體破煤技術(shù)是指儲(chǔ)能電容器通過(guò)放電開(kāi)關(guān)直接在煤體中放電形成等離子體通道產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波和張應(yīng)力使煤體發(fā)生破碎的技術(shù)，等離子體放電具有能量密度大、溫度高、破壞性強(qiáng)的特點(diǎn)[15-17]。等離子體技術(shù)在很多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用:金屬礦物分離的預(yù)處理、電路板廢棄物的回收利用、巖石破碎、管道除垢、石油以及頁(yè)巖氣開(kāi)采等[18-21]。

等離子體破碎固體的技術(shù)主要包括2種形式:液電破碎和電破碎，與液電破碎相比電破碎具有能量使用率高的特點(diǎn)[22-23]。近年來(lái)，相關(guān)學(xué)者提出將等離子體應(yīng)用在煤層致裂增透領(lǐng)域，雖然基于等離子體致裂煤體的技術(shù)已經(jīng)有了一定的研究基礎(chǔ)，但是相關(guān)研究主要集中在液電破碎原理的應(yīng)用，以及煤體致裂后的增透效果，缺乏基于電破碎原理的等離子體致裂煤體后裂紋擴(kuò)展規(guī)律的深入研究，并且忽略了等離子破碎效果與其他破碎的區(qū)別[24]。此外，煤體本身是一種含有礦物的孔裂隙骨架結(jié)構(gòu)，相關(guān)的研究表明，礦物、煤體以及空氣的相對(duì)介電常數(shù)存在較大的差異[25]，而介電常數(shù)不同的介質(zhì)對(duì)電場(chǎng)具有不同的作用形式[26]，因此研究煤中礦物、孔隙(空氣)分布對(duì)等離子體致裂煤體的影響，能夠?yàn)檠芯康入x子體作用下煤體的裂隙擴(kuò)展規(guī)律提供理論依據(jù)。本文通過(guò)提取等離子體沖擊作用下煤體內(nèi)部的裂隙相、礦物相，揭示了等離子體沖擊作用下煤體內(nèi)部裂紋沿著礦物與煤的分界面擴(kuò)展的規(guī)律。此外，通過(guò)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等離子體沖擊作用下煤體內(nèi)部電場(chǎng)的分布特征，并進(jìn)一步探索了礦物與孔隙的分布特征對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的影響規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與煤樣

1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

等離子體沖擊實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要包括2個(gè)模塊:充電與儲(chǔ)能模塊以及放電模塊，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示。放電與儲(chǔ)能模塊主要包括放電高壓充電電源、保護(hù)電阻以及電容，高壓充電電源能夠?qū)崿F(xiàn)將220 V的交流電轉(zhuǎn)化為直流電并存儲(chǔ)在電容中，最大充電電壓可達(dá)50 kV;保護(hù)電阻用于限制放電時(shí)高壓充電線(xiàn)中的電流以保護(hù)高壓充電電源，其阻值為10 kΩ，功率為500 W;電容大小為8 μF;放電模塊中包括高壓放電開(kāi)關(guān)以及放電腔體，高壓放電開(kāi)關(guān)用于將高壓儲(chǔ)能電容器中的電壓瞬間施加在煤樣兩端。由能量計(jì)算公式可得，本系統(tǒng)所能存儲(chǔ)的最大能量為10 kJ。

圖1 等離子體沖擊實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

1.2 煤樣準(zhǔn)備

本實(shí)驗(yàn)所采用的煤樣來(lái)自山西紅柳煤礦，該煤樣為煙煤，利用巖石取芯機(jī)將煤樣加工成直徑為50 mm、高度為30 mm的圓柱形煤樣，如圖2(a)所示，可以看出原始煤樣表面光滑無(wú)裂紋。煤樣的工業(yè)分析見(jiàn)表1，能譜分析如圖2(c)所示，可以看出，該煤樣含有少量的礦物成分。

圖2 紅柳煤樣工業(yè)分析和能譜分析

1.3 3D-XRM實(shí)驗(yàn)

3D-XRM作為一種無(wú)損檢測(cè)物體內(nèi)部的技術(shù)，能夠精確探測(cè)煤體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，其基本的成像原理是根據(jù)煤樣中不同的成分對(duì)X射線(xiàn)的吸收系數(shù)不同，進(jìn)而出現(xiàn)不同的閾值以達(dá)到區(qū)分礦物、孔隙和煤骨架的作用。本實(shí)驗(yàn)所采用的儀器為來(lái)自中國(guó)礦業(yè)大學(xué)現(xiàn)代分析與計(jì)算中心的德國(guó)卡爾蔡司(Carl Zeiss)的Xradia 510 Versa高分辨三維X射線(xiàn)顯微成像系統(tǒng)(XRM)，掃描時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)每旋轉(zhuǎn)0.36°，掃描1次，最終可獲得1 004張1 004像素×1 024像素的二維切片圖，切片的分辨率為50 μm。通過(guò)結(jié)合三維可視化軟件Dragonfly實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互的閾值選取，從而提取了煤中的礦物相和裂隙相，進(jìn)一步分析等離子體沖擊作用下煤體內(nèi)部的宏觀裂隙擴(kuò)展規(guī)律。

表1 參數(shù)設(shè)置

Table 1 Parameters setting%

煤樣工業(yè)分析水分灰分揮發(fā)分固定碳Ro,max紅柳煙煤7.415.2935.3654.750.56

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為了準(zhǔn)確分析等離子體對(duì)煤樣的選擇性破壞特征，筆者對(duì)3D-XRM掃面后的切片圖提取了裂隙相與礦物相，筆者從3個(gè)方向(分別為XY,XZ,YZ)對(duì)煤樣所有切片進(jìn)行了選擇性處理，如圖3所示。其中XY平面在樣品上部、中部和下部各提取了1張切片圖，XZ和YZ方向?qū)悠分睆讲捎盟牡确值姆绞椒謩e提取了3張切片圖。

圖3 切片提取示意

圖4為紅柳煙煤在等離子體沖擊作用下的3D掃描切片圖。以XY平面上部、中部以及下部為例，提取了樣品在沖擊作用后的礦物相和裂隙相。從圖4可以看出，等離子體沖擊作用下，煤樣表面產(chǎn)生了非常明顯的裂紋，這些裂紋之間相互貫通;樣品上表面的裂紋數(shù)量較多而且較為集中;樣品中部的裂紋數(shù)量相對(duì)較少，但裂紋寬度相對(duì)較大;樣品下表面的裂紋與上表面具有相似的特征，都具有部分區(qū)域集中分布的特點(diǎn)。上表面和下表面的裂紋數(shù)量明顯要多于樣品中部的裂紋數(shù)量。裂紋分布的特征表明，在等離子體沖擊作用下，靠近電極的兩端具有破碎效果較好的特點(diǎn)，這是由于在靠近電極的兩端電場(chǎng)分布較為集中，煤體在密集電場(chǎng)作用下更容易產(chǎn)生破碎區(qū)。此外，從上部、中部以及下部的裂紋分布特征可以看出，在等離子體沖擊作用下，等離子體不僅可以使煤樣在平面上產(chǎn)生裂紋，而且裂紋會(huì)沿著軸向進(jìn)行擴(kuò)展直至達(dá)到電極另一端。由此可見(jiàn)，在等離子體沖擊作用下煤體內(nèi)部會(huì)形成空間型裂隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些裂隙彼此之間相互連通，而貫通的裂隙會(huì)為瓦斯抽采提供關(guān)鍵的運(yùn)移通道。

圖4 XY方向切片

從圖4中提取的礦物相可以看出，該煤樣中礦物分布范圍較為廣泛，且礦物在樣品中是以嵌入的形式存在，由于礦物的介電常數(shù)與煤的介電常數(shù)之間存在較大的差異，在高電場(chǎng)的作用下礦物的分布情況將會(huì)對(duì)裂紋產(chǎn)生重要的影響。上表面的礦物分布集中在右下側(cè)，中部的礦物主要分布在左上側(cè)，下表面的礦物分布相對(duì)比較分散。

從裂隙相、礦物相和煤相的組合圖中可以看出，樣品上表面和中部裂紋所出現(xiàn)的集中區(qū)域與礦物所出現(xiàn)的集中區(qū)域具有重疊性，說(shuō)明當(dāng)樣品的礦物集中區(qū)域由右下側(cè)轉(zhuǎn)移到左上側(cè)時(shí)，樣品中的裂紋也進(jìn)行了相應(yīng)的轉(zhuǎn)移，這表明等離子體沖擊作用下礦物的分布對(duì)裂紋的起裂位置起著重要的影響。在煤樣的上表面、中部以及下表面均發(fā)現(xiàn)裂紋出現(xiàn)在礦物與煤的分界面處，這說(shuō)明在高電場(chǎng)作用的瞬間，在煤樣和礦物的分界面處形成了電場(chǎng)的畸變，從而產(chǎn)生了電場(chǎng)力的突變，因而樣品中的裂紋會(huì)沿著礦物分布的方向進(jìn)行擴(kuò)展。

圖5為XZ和YZ方向?qū)悠分睆讲捎盟牡确值姆绞椒謩e提取的3張切片圖。從圖5(a)可以看出，無(wú)論是XZ方向還是YZ方向，2號(hào)位置提取切片的裂紋數(shù)量明顯多于1號(hào)和3號(hào)位置，說(shuō)明在樣品的中心更容易產(chǎn)生裂隙，這可能和電極布置在樣品的中心處有關(guān)，在尖電極的作用下，電場(chǎng)線(xiàn)呈現(xiàn)出由中心向四周的放射狀，電場(chǎng)中的能量從中心向四周呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，因而在靠近電極中心的位置更容易產(chǎn)生裂紋。此外，從圖5(a)可以看出，大多數(shù)裂紋是從切片的頂端貫穿到切片的底端，這說(shuō)明等離子體不僅可以使煤樣在平面上產(chǎn)生裂紋，而且可以使裂紋在軸向方向貫通，結(jié)合圖4可知，等離子體沖擊作用后樣品內(nèi)部形成了空間網(wǎng)絡(luò)狀的裂隙結(jié)構(gòu)，這對(duì)于瓦斯的抽采是非常有利的。從圖5(b)可以看出，在軸向上裂紋也存在沿著礦物延伸擴(kuò)展的規(guī)律，這與圖4的結(jié)果是一致的。

圖5 XZ與YZ方向切片

不同介質(zhì)的介電常數(shù)極化時(shí)，由于不同界面的束縛電荷數(shù)不同，導(dǎo)致不同程度的電場(chǎng)畸變。根據(jù)雙層電介質(zhì)模型理論，不同材料內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度可表示為

(1)

(2)

式中，E1，E2為電場(chǎng)強(qiáng)度;σ1，σ2為介質(zhì)電導(dǎo)率;h1，h2為介質(zhì)厚度。

可以看出，介質(zhì)的電場(chǎng)強(qiáng)度與介質(zhì)的導(dǎo)電性有關(guān)，導(dǎo)電性越大，電場(chǎng)強(qiáng)度越小。此外，分界面兩側(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)差值越大，分界面處的電場(chǎng)畸變?cè)酱?，如圖6(a)所示;當(dāng)兩種介質(zhì)的介電常數(shù)相差較小時(shí)，分界面處的電場(chǎng)畸變相對(duì)較小，如圖6(b)所示。由于煤和礦物之間的介電常數(shù)差異很大，在電場(chǎng)作用下會(huì)在分界面處產(chǎn)生較強(qiáng)的電場(chǎng)畸變，從而導(dǎo)致在分界面處電場(chǎng)力的差值也較大，因此在等離子體沖擊作用下，裂紋更加容易在礦物與煤的分界面處產(chǎn)生。

圖6 電場(chǎng)在不同介質(zhì)界面畸變示意

3 數(shù)值模擬分析

3.1 本構(gòu)模型

為了研究等離子體沖擊作用下煤體內(nèi)部電場(chǎng)的分布規(guī)律，本文采用數(shù)值模擬軟件Comsol Multiphysics，利用其內(nèi)置的AC/DC模塊(靜電場(chǎng)模塊)建立了高電壓作用下煤體內(nèi)部電場(chǎng)的分布演化規(guī)律，并研究了煤種礦物的分布特征對(duì)電場(chǎng)影響的規(guī)律。

電荷守恒方程：

D=ρv

(3)

E=-V

(4)

D=ε0εrE

(5)

ε0εrE=ρv

(6)

式中，D為電位移;ρv為電子密度;E為電場(chǎng)強(qiáng)度;V為電勢(shì)差;ε0為真空介電常數(shù);εr為相對(duì)介電常數(shù)。

考慮到煤是一種多相多組分的多孔介質(zhì)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，且實(shí)驗(yàn)環(huán)境存在偶然性，利用數(shù)值模擬完全還原物理實(shí)驗(yàn)是耗時(shí)費(fèi)力且不切實(shí)際的，因此，適當(dāng)?shù)募僭O(shè)和簡(jiǎn)化是數(shù)值模擬的必要條件。鑒于此假設(shè):

(1)假設(shè)與外界沒(méi)有任何的能量交換

n(D1-D2)=-tdsd(ε0εrtV)

(7)

式中，n為邊界法向向量;D1，D2為電位移;ds為電介質(zhì)厚度;t為梯度算子。

(2)假設(shè)放電過(guò)程中電勢(shì)是一個(gè)常數(shù)。

3.2 參數(shù)設(shè)置

為了便于分析，筆者將煤樣中的物質(zhì)簡(jiǎn)化成了3種物質(zhì)，分別是礦物、空氣和煤的骨架結(jié)構(gòu)，本文根據(jù)實(shí)際情況，礦物的相對(duì)介電常數(shù)是大于煤的(本文以花崗巖為例)，空氣的相對(duì)介電常數(shù)是1，相關(guān)參數(shù)的數(shù)值設(shè)置見(jiàn)表2。

表2 參數(shù)設(shè)置

Table 2 Parameters setting

布置方式介電常數(shù)煤花崗巖空氣電勢(shì)/kV單一礦物4.58—10對(duì)稱(chēng)分布4.58110交叉分布4.58110

為了驗(yàn)證等離子體沖擊作用對(duì)煤體選擇性破壞的特征，采用3種布置方式，分別是單一礦物分布、礦物與空氣對(duì)稱(chēng)分布以及礦物與空氣交叉分布，如圖7所示。模擬中采用的模型尺寸為寬度3 cm、高度5 cm的矩形，這與實(shí)驗(yàn)中煤樣最大截面的尺寸是相同的。電極采用以點(diǎn)的形式代替尖-尖電極的放電形式，將正電極和負(fù)電極簡(jiǎn)化為兩個(gè)點(diǎn)，電極布置位置如圖7(a)所示。監(jiān)測(cè)線(xiàn)的布置方式采用平行電極與垂直電極的兩種方式，如圖7所示。

圖7 礦物與空氣在煤中分布示意以及監(jiān)測(cè)線(xiàn)布置位置

3.3 數(shù)值模擬結(jié)果

3.3.1單一礦物的電場(chǎng)分析

圖8為單一礦物條件下電場(chǎng)分布特征。從圖8(a)中白色箭頭可以看出，電場(chǎng)方向是從正電極指向負(fù)電極，高強(qiáng)度的電場(chǎng)集中在正電極和負(fù)電極附近。這是因?yàn)榧?尖電極的電極結(jié)構(gòu)所決定的，在尖電極作用下，電場(chǎng)在電極附近具有集中的特征。從圖8(b)可以看出，平行于電極方向的電場(chǎng)強(qiáng)度總體上呈現(xiàn)出先減小后增大的“U”型對(duì)稱(chēng)趨勢(shì)，垂直于電極方向的電場(chǎng)強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增大后減小的倒“U”型趨勢(shì)，說(shuō)明尖電極在放電的過(guò)程中，電場(chǎng)強(qiáng)度以自身為中心向周?chē)史派錉畈粩鄿p小的趨勢(shì)。此外，在煤和花崗巖的分界面處出現(xiàn)了電場(chǎng)畸變，花崗巖內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度比煤內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度減小很多。這是由于煤和花崗巖的介電常數(shù)不同所導(dǎo)致的，由于花崗巖的相對(duì)介電常數(shù)要大于煤的相對(duì)介電常數(shù)，因此花崗巖的導(dǎo)電性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煤的導(dǎo)電性。由式(1)，(2)可以看出，花崗巖內(nèi)部電場(chǎng)要比煤內(nèi)部電場(chǎng)要低，這與模擬結(jié)果是一致的。

圖8 單一礦物的電場(chǎng)分布

3.3.2對(duì)稱(chēng)分布電場(chǎng)分析

圖9為礦物與空氣對(duì)稱(chēng)分布條件下的電場(chǎng)分布特征。與內(nèi)嵌單一礦物相比較，在煤樣中心均勻?qū)ΨQ(chēng)布兩個(gè)礦物和兩個(gè)空氣時(shí)，在煤樣中心位置電場(chǎng)更加容易產(chǎn)生畸變的現(xiàn)象。由1號(hào)和2號(hào)監(jiān)測(cè)線(xiàn)可知，當(dāng)電場(chǎng)穿過(guò)不同的介質(zhì)的時(shí)候，電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)發(fā)生不同程度的畸變。當(dāng)電場(chǎng)穿過(guò)比煤的介電常數(shù)高的介質(zhì)時(shí)，電場(chǎng)會(huì)變小;當(dāng)電場(chǎng)穿過(guò)比煤樣介電常數(shù)小的介質(zhì)時(shí)，電場(chǎng)會(huì)變大。3號(hào)和4號(hào)監(jiān)測(cè)線(xiàn)穿過(guò)的分別是花崗巖和空氣，由圖9(b)可以看出，在2個(gè)空氣介質(zhì)之間的電場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常值，在2個(gè)花崗巖之間的電場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常值，這說(shuō)明不僅在空氣介質(zhì)內(nèi)部形成高電場(chǎng)強(qiáng)度，而且空氣介質(zhì)起到對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行放大的作用，而花崗巖則起到阻礙電場(chǎng)強(qiáng)度的作用。這是由于當(dāng)空氣或礦物介質(zhì)之間距離較近時(shí)，空氣或礦物介質(zhì)之間的電場(chǎng)強(qiáng)度相互疊加、影響，從而使介質(zhì)之間的煤體的電場(chǎng)強(qiáng)度也受到影響。同時(shí)也表明當(dāng)煤樣內(nèi)部孔隙率較高時(shí)，有利于電擊穿的發(fā)生。由電場(chǎng)力表達(dá)式可知，空間內(nèi)某一點(diǎn)的電場(chǎng)力與該點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度呈正相關(guān)關(guān)系，因此在電場(chǎng)畸變較大的地方極易引起電場(chǎng)力的集中，形成較大的應(yīng)力區(qū)，因此在等離子體的沖擊作用下煤體內(nèi)的裂紋會(huì)沿著煤、礦物和空氣的分界面進(jìn)行擴(kuò)展。

圖9 礦物與空氣對(duì)稱(chēng)分布的電場(chǎng)分布

3.3.3交叉分布電場(chǎng)分析

圖10為礦物與空氣交叉分布條件下電場(chǎng)分布特征。與礦物、空氣對(duì)稱(chēng)分布相比較，交叉分布條件下，介質(zhì)內(nèi)部電場(chǎng)畸變位置隨著介質(zhì)的位置變化而發(fā)生變化。1號(hào)監(jiān)測(cè)線(xiàn)所測(cè)電場(chǎng)強(qiáng)度與2號(hào)監(jiān)測(cè)線(xiàn)所測(cè)電場(chǎng)強(qiáng)度與圖9中的結(jié)果具有相似性，說(shuō)明介電常數(shù)不同的介質(zhì)的分布對(duì)平行于電極方向的電場(chǎng)強(qiáng)度影響較小。3號(hào)和4號(hào)監(jiān)測(cè)線(xiàn)可以看出，垂直電場(chǎng)方向的電場(chǎng)強(qiáng)度在不同介質(zhì)內(nèi)部畸變較為明顯，且空氣介質(zhì)與花崗巖介質(zhì)之間的電場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常值，這是由于空氣介質(zhì)增強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)度相比于花崗巖弱化電場(chǎng)強(qiáng)度的作用占據(jù)了主導(dǎo)，說(shuō)明電場(chǎng)畸變的程度與煤中介質(zhì)的種類(lèi)和分布位置相關(guān)。

圖10 礦物與空氣交叉分布的電場(chǎng)分布

4 結(jié) 論

(1)等離子體沖擊作用下煤體內(nèi)部形成空間網(wǎng)絡(luò)狀的裂隙結(jié)構(gòu)，這些裂隙結(jié)構(gòu)彼此之間相互貫通，能夠?yàn)槊簩託獬椴商峁┝己玫倪\(yùn)移通道;在靠近電極的位置處，裂隙數(shù)量較多、發(fā)育程度較好，這說(shuō)明靠近電極處電場(chǎng)強(qiáng)度高，能量集中，更加有利于裂隙的形成。

(2)等離子體沖擊作用下，煤體內(nèi)部裂隙產(chǎn)生的區(qū)域與礦物在煤體內(nèi)部分布的區(qū)域具有重疊的現(xiàn)象，在平面以及軸向方向上，裂隙均有沿著礦物分布的區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)展的趨勢(shì)，說(shuō)明礦物的存在對(duì)裂隙的擴(kuò)展存在著影響，等離子體對(duì)煤體的破碎存在選擇性。

(3)數(shù)值模擬結(jié)果表明，電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)在介電常數(shù)不同的介質(zhì)中發(fā)生畸變，當(dāng)電場(chǎng)穿過(guò)高介電常數(shù)的介質(zhì)時(shí)會(huì)在介質(zhì)內(nèi)部形成較低的場(chǎng)強(qiáng)，當(dāng)電場(chǎng)穿過(guò)低介電常數(shù)的介質(zhì)時(shí)會(huì)在介質(zhì)內(nèi)部形成較高的場(chǎng)強(qiáng)，由于煤體礦物與煤之間的介電常數(shù)相差較大，因而會(huì)在礦物與煤分界面處產(chǎn)生裂隙。數(shù)值模擬得到的電場(chǎng)畸變的結(jié)果是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果補(bǔ)充說(shuō)明。