刘 毅，吴敏干，林福昌，孙建军，刘思维,任益佳

(1.华中科技大学 电气与电子工程学院，湖北 武汉 430074；2.华中科技大学 强电磁工程与新技术国家重点实验室，湖北 武汉 430074；3.武汉大学 电气与自动化学院，湖北 武汉 430072)

0 引 言

开发基于液中高压脉冲放电的碎煤新技术对于辅助制取超纯煤和煤层气开采等工程应用具有重要意义[1-2]。液中高压脉冲放电破碎包含液电式破碎和电动式破碎2种形式，液电式破碎利用液电效应辐射出的强烈激波破碎固体；电动式破碎是利用高电压、快脉冲(上升时间<500 ns)作用下固体介质绝缘强度低于液体介质，在固体内部击穿形成放电等离子体通道，通道快速膨胀产生应力，从而使固体发生破碎。电动式破碎较液电式具有更低的能耗，但需要重复频率输出更高电压(100 kV量级)的快脉冲(<500 ns)[3-4]，对脉冲功率电源提出了极高的要求，研制与维护成本高，难以满足工业应用的需求。液电效应可在较低电压(10 kV量级)、微秒脉冲(10 μs 量级)作用下产生，随着脉冲晶闸管等半导体器件性能的提升，现有的脉冲功率电源可实现重复频率输出强力激波，具有较低的成本与工业应用可行性[5]。

液电脉冲激波以纯物理的方式作用于煤块，具有高效环保、可选择性等优点，其强度随着传播距离衰减较快，作用范围有限。重复频率激波作用于煤块时，后加载激波在煤块微裂缝(微缺陷)表面产生瞬时切向拉应力，当动态应力强度因子大于煤块的断裂韧度时，诱导微裂缝起始并动态扩展[6-7]。激波的重复施加进一步造成煤力学性质的疲劳效应，在相对较低的激波作用下即可实现宏观裂缝和微裂缝的不断扩展而形成裂缝网络，使煤块发生解体破碎[8-9]。重复频率的液电脉冲激波作用于煤块，可有效改变孔隙结构与提高渗透率，有利于煤层气开采[10-11]。利用液电脉冲激波破碎菱镁矿石，作用方式主要是解离破碎和混合破碎，有利于菱镁矿石的后续分选和资源化利用[12]。昆士兰大学JK矿物研究中心利用高压脉冲放电预处理矿石，指出液电式破碎矿石的效率是实际应用中需要考虑的关键问题[13]。……