二氧化碳爆破沖擊動態(tài)監(jiān)測試驗裝置及其測試方法摘要二氧化碳爆破沖擊動態(tài)監(jiān)測試驗裝置,，包括CO2爆破沖擊試驗系統(tǒng)，CO2爆破沖擊試驗系統(tǒng)上設置有動態(tài)應力測試系統(tǒng)和靜態(tài)應力測試系統(tǒng),；CO2爆破沖擊試驗系統(tǒng)由應力加載機構(gòu),、爆破沖擊機構(gòu)和氣體收集機構(gòu)組成,，應力加載機構(gòu)包括試件應力加載件和兩個法蘭盤,，兩個法蘭盤前后并排設置，應力加載件設置在兩個法蘭盤之間；本發(fā)明可以對煤體在爆破沖擊下的動態(tài)信息進行原位一體化測試,，其取得的有益效果,，一是試驗采用圓柱試件可以直接取自現(xiàn)場，避免室內(nèi)加工對試件原生結(jié)構(gòu)的擾動,；二是采用液態(tài)CO2相變爆破提供沖擊源,，既有利于與試件進行對接，又方便控制爆破性能參數(shù),；三是各種觀測片布置方便,；四是避免了大試塊試驗的笨重、造價,、不方便的困難,。

1.二氧化碳爆破沖擊動態(tài)監(jiān)測試驗裝置，其特征在于：包括CO2爆破沖擊試驗系統(tǒng),，CO2爆破沖擊試驗系統(tǒng)上設置有動態(tài)應力測試系統(tǒng)和靜態(tài)應力測試系統(tǒng),；CO2爆破沖擊試驗系統(tǒng)由應力加載機構(gòu)、爆破沖擊機構(gòu)和氣體收集機構(gòu)組成,，應力加載機構(gòu)包括試件應力加載件和兩個法蘭盤,，兩個法蘭盤前后并排設置，應力加載件設置在兩個法蘭盤之間,，兩個法蘭盤之間連接有若干根鋼制拉桿,，每根鋼制拉桿的兩端部均設有外螺紋，鋼制拉桿的兩端部分別螺紋連接有緊固螺母,，兩個緊固螺母分別與兩個法蘭盤頂壓配合,；應力加載件包括熱塑密封管，熱塑密封管的長度方向沿前后水平方向設置,，熱塑密封管的軸線穿過法蘭盤的圓心,，試驗煤樣設置在熱塑密封管內(nèi)，熱塑密封管外側(cè)套有圍壓鋼管,，圍壓鋼管的外壁沿軸向方向開設有缺口,，缺口的長度為，的長度范圍為5-10cm,，圍壓鋼管的外側(cè)套有管卡件,，熱塑密封管、圍壓鋼管以及管卡件的長度相等,，管卡件由兩根半圓管組成,，半圓管的兩個側(cè)壁上均連接有連接板，兩根半圓管上下對稱設置,，兩根半圓管的連接板之間通過若干緊固螺栓連接,，緊固螺栓上設有與其配合的螺母,；熱塑密封管的后端部內(nèi)還設置有鋼制墊塊，鋼制墊塊位于試驗煤樣后端與后側(cè)的法蘭盤之間,；所述的爆破沖擊機構(gòu)設置在前側(cè)的法蘭盤上,，氣體收集機構(gòu)安裝在后側(cè)的法蘭盤上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳爆破沖擊動態(tài)監(jiān)測試驗裝置,，其特征在于：爆破沖擊機構(gòu)包括CO2爆破管,，CO2爆破管同軸線固定在法蘭盤的前側(cè)面上，CO2爆破管的前端安裝有充氣閥,，CO2爆破管內(nèi)安裝有剪切片和電加熱絲,，電加熱絲位于剪切片的前側(cè)，CO2爆破管上安裝有位于剪切片后側(cè)的**探針溫度計,。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二氧化碳爆破沖擊動態(tài)監(jiān)測試驗裝置,，其特征在于：氣體收集機構(gòu)包括導氣管，所述的鋼制墊塊的中心處開設有安裝插孔,，導氣管的前端部穿過法蘭盤后插設在鋼制墊塊的安裝插孔內(nèi),，導氣管上沿氣流方向依次設置有流量計和氣體收集箱，氣體收集箱上安裝有壓力表,、**探針溫度計以及排氣閥,。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二氧化碳爆破沖擊動態(tài)監(jiān)測試驗裝置，其特征在于：動態(tài)應力測試機構(gòu)包括若干動態(tài)應變片和PVDF壓力傳感器,，試驗煤樣由若干標準試樣依次連接而成,，動態(tài)應變片設置在每個標準試樣上，其中兩個PVDF壓力傳感器分別設置在剪切片和鋼制墊塊上,，其余的PVDF壓力傳感器分別安裝在相鄰的兩個標準試樣連接處,。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的二氧化碳爆破沖擊動態(tài)監(jiān)測試驗裝置，其特征在于：靜態(tài)應力測試系統(tǒng)包括若干圍壓測壓環(huán)和軸向應變片,，若干圍壓測壓環(huán)分別安裝在緊固螺栓上,，在螺母作用下，圍壓測壓環(huán)壓在連接板上,；若干軸向應變片分別安裝在鋼制拉桿上,。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的二氧化碳爆破沖擊動態(tài)監(jiān)測試驗裝置的測試方法，其特征在于：包括以下步驟：（1）,、煤樣制作與測點布置：從目標煤層鉆取原煤進行取樣,，選取完整煤樣制作標準試樣若干，然后將若干標準試樣之間采用103膠水粘接,，形成大約1m長的組合試樣作為試驗煤樣,，在進行粘接的同時在相鄰兩個標準試樣的連接處布置PVDF壓力傳感器，并且在每個標準試樣的表面沿軸向布置動態(tài)應變片,，**后對該試驗煤樣進行熱塑保護使其表面形成熱塑密封管,；

（2）,、施加應力：****施加圍壓，將經(jīng)過熱塑密封的試驗煤樣裝入圍壓鋼管內(nèi),，然后在用兩個半圓管包圍,，通過不斷旋擰緊固螺栓和螺母,，使圍壓鋼管的缺口不斷減小,，從而在試驗煤樣周圍形成試件圍壓，依據(jù)彈性理論,，使圍壓鋼管閉合后管內(nèi)沿環(huán)向產(chǎn)生的拉力為：式中分別為圍壓鋼管的內(nèi)徑和外徑,，E為彈性模量，μ是泊松比,；拉力P與試驗煤樣的圍壓平衡,，下一步根據(jù)彈性力學厚壁圓筒理論進行試驗煤樣表面圍壓計算，同時,，試驗煤樣圍壓也通過貼在試驗煤樣表面的動態(tài)應變片進行應變觀測,，并經(jīng)過計算得到；接下來施加軸向應力,，****在CO2爆破管的后端焊接在法蘭盤上,，將應力加載件置于兩個法蘭盤之間，再將兩個法蘭盤通過若干根鋼制拉桿連接,，同時在試驗煤巖與法蘭盤之間放置鋼制墊塊,，通過調(diào)整鋼制拉桿上的緊固螺母，使鋼制拉桿受到拉力,，從而在試驗煤樣的軸向施加應力,，鋼制拉桿上的拉力通過貼在鋼制拉桿表面的軸向應變片測得；

（3）,、連接爆破沖擊機構(gòu)和氣體采集機構(gòu)：將已經(jīng)完成應力加載的試驗煤樣,，通過前側(cè)的法蘭盤與CO2爆破管焊接，形成爆破沖擊機構(gòu),；接著將導氣管通過鋼制墊塊上預留的安裝插孔與試驗煤樣相連通,，并在導氣管的后側(cè)連通到氣體收集箱，在導氣管上安裝流量計,，在氣體收集箱上依次安裝壓力表,、**探針溫度計以及排氣閥；
（4）,、充裝CO2：通過充氣閥向CO2爆破管注入液態(tài)CO2,，通過**探針溫度計和剪切片上的PVDF壓力傳感器測得CO2爆破管內(nèi)CO2的溫度和壓力，以判斷它處于相變狀態(tài),；
（5）,、通過電加熱絲加熱使CO2爆破管內(nèi)CO2迅速發(fā)生膨脹相變?yōu)槌R界態(tài)壓流體,，壓流體沖破剪切片后沖擊試驗煤樣；
（6）,、應力波傳播規(guī)律觀測：CO2壓沖擊的時程曲線通過剪切片上的PVDF壓力傳感器測得,，產(chǎn)生的應力波通過相鄰標準試樣接縫處的PVDF壓力傳感器記錄得到，試件動態(tài)變形通過試驗煤樣表面的動態(tài)應變片記錄得到,；
（7）,、CO2流動規(guī)律觀測：通過剪切片上的PVDF壓力傳感器記錄試件輸入端的CO2壓力變化、相鄰標準試樣接縫處的PVDF壓力傳感器記錄試驗煤樣各截面的CO2壓力變化,、氣體收集箱上的壓力表記錄試件輸出端的壓力變化,、導氣管上的流量計記錄CO2流量，試驗結(jié)束后,，將這些數(shù)據(jù)通過作圖分析,，得到CO2流動規(guī)律。