二氧化碳爆破（二氧化碳静态爆破技术原理）

二氧化碳爆破冲击动态监测试验装置及其测试方法摘要二氧化碳爆破冲击动态监测试验装置，包括CO2爆破冲击试验系统，CO2爆破冲击试验系统上设置有动态应力测试系统和静态应力测试系统；CO2爆破冲击试验系统由应力加载机构、爆破冲击机构和气体收集机构组成，应力加载机构包括试件应力加载件和两个法兰盘，两个法兰盘前后并排设置，应力加载件设置在两个法兰盘之间；本发明可以对煤体在爆破冲击下的动态信息进行原位一体化测试，其取得的有益效果，一是试验采用圆柱试件可以直接取自现场，避免室内加工对试件原生结构的扰动；二是采用液态CO2相变爆破提供冲击源，既有利于与试件进行对接，又方便控制爆破性能参数；三是各种观测片布置方便；四是避免了大试块试验的笨重、造价、不方便的困难。

1.二氧化碳爆破冲击动态监测试验装置，其特征在于：包括CO2爆破冲击试验系统，CO2爆破冲击试验系统上设置有动态应力测试系统和静态应力测试系统；CO2爆破冲击试验系统由应力加载机构、爆破冲击机构和气体收集机构组成，应力加载机构包括试件应力加载件和两个法兰盘，两个法兰盘前后并排设置，应力加载件设置在两个法兰盘之间，两个法兰盘之间连接有若干根钢制拉杆，每根钢制拉杆的两端部均设有外螺纹，钢制拉杆的两端部分别螺纹连接有紧固螺母，两个紧固螺母分别与两个法兰盘顶压配合；应力加载件包括热塑密封管，热塑密封管的长度方向沿前后水平方向设置，热塑密封管的轴线穿过法兰盘的圆心，试验煤样设置在热塑密封管内，热塑密封管外侧套有围压钢管，围压钢管的外壁沿轴向方向开设有缺口，缺口的长度为，的长度范围为5-10cm，围压钢管的外侧套有管卡件，热塑密封管、围压钢管以及管卡件的长度相等，管卡件由两根半圆管组成，半圆管的两个侧壁上均连接有连接板，两根半圆管上下对称设置，两根半圆管的连接板之间通过若干紧固螺栓连接，紧固螺栓上设有与其配合的螺母；热塑密封管的后端部内还设置有钢制垫块，钢制垫块位于试验煤样后端与后侧的法兰盘之间；所述的爆破冲击机构设置在前侧的法兰盘上，气体收集机构安装在后侧的法兰盘上。2.根据权利要求1所述的二氧化碳爆破冲击动态监测试验装置，其特征在于：爆破冲击机构包括CO2爆破管，CO2爆破管同轴线固定在法兰盘的前侧面上，CO2爆破管的前端安装有充气阀，CO2爆破管内安装有剪切片和电加热丝，电加热丝位于剪切片的前侧，CO2爆破管上安装有位于剪切片后侧的**探针温度计。

3.根据权利要求2所述的二氧化碳爆破冲击动态监测试验装置，其特征在于：气体收集机构包括导气管，所述的钢制垫块的中心处开设有安装插孔，导气管的前端部穿过法兰盘后插设在钢制垫块的安装插孔内，导气管上沿气流方向依次设置有流量计和气体收集箱，气体收集箱上安装有压力表、第二探针温度计以及排气阀。4.根据权利要求3所述的二氧化碳爆破冲击动态监测试验装置，其特征在于：动态应力测试机构包括若干动态应变片和PVDF压力传感器，试验煤样由若干标准试样依次连接而成，动态应变片设置在每个标准试样上，其中两个PVDF压力传感器分别设置在剪切片和钢制垫块上，其余的PVDF压力传感器分别安装在相邻的两个标准试样连接处。

5.根据权利要求4所述的二氧化碳爆破冲击动态监测试验装置，其特征在于：静态应力测试系统包括若干围压测压环和轴向应变片，若干围压测压环分别安装在紧固螺栓上，在螺母作用下，围压测压环压在连接板上；若干轴向应变片分别安装在钢制拉杆上。6.根据权利要求5所述的二氧化碳爆破冲击动态监测试验装置的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）、煤样制作与测点布置：从目标煤层钻取原煤进行取样，选取完整煤样制作标准试样若干，然后将若干标准试样之间采用103胶水粘接，形成大约1m长的组合试样作为试验煤样，在进行粘接的同时在相邻两个标准试样的连接处布置PVDF压力传感器，并且在每个标准试样的表面沿轴向布置动态应变片，**后对该试验煤样进行热塑保护使其表面形成热塑密封管；

（2）、施加应力：****施加围压，将经过热塑密封的试验煤样装入围压钢管内，然后在用两个半圆管包围，通过不断旋拧紧固螺栓和螺母，使围压钢管的缺口不断减小，从而在试验煤样周围形成试件围压，依据弹性理论，使围压钢管闭合后管内沿环向产生的拉力为：式中分别为围压钢管的内径和外径，E为弹性模量，μ是泊松比；拉力P与试验煤样的围压平衡，下一步根据弹性力学厚壁圆筒理论进行试验煤样表面围压计算，同时，试验煤样围压也通过贴在试验煤样表面的动态应变片进行应变观测，并经过计算得到；接下来施加轴向应力，****在CO2爆破管的后端焊接在法兰盘上，将应力加载件置于两个法兰盘之间，再将两个法兰盘通过若干根钢制拉杆连接，同时在试验煤岩与法兰盘之间放置钢制垫块，通过调整钢制拉杆上的紧固螺母，使钢制拉杆受到拉力，从而在试验煤样的轴向施加应力，钢制拉杆上的拉力通过贴在钢制拉杆表面的轴向应变片测得；

（3）、连接爆破冲击机构和气体采集机构：将已经完成应力加载的试验煤样，通过前侧的法兰盘与CO2爆破管焊接，形成爆破冲击机构；接着将导气管通过钢制垫块上预留的安装插孔与试验煤样相连通，并在导气管的后侧连通到气体收集箱，在导气管上安装流量计，在气体收集箱上依次安装压力表、第二探针温度计以及排气阀；（4）、充装CO2：通过充气阀向CO2爆破管注入液态CO2，通过**探针温度计和剪切片上的PVDF压力传感器测得CO2爆破管内CO2的温度和压力，以判断它处于相变状态；（5）、通过电加热丝加热使CO2爆破管内CO2迅速发生膨胀相变为超临界态压流体，压流体冲破剪切片后冲击试验煤样；（6）、应力波传播规律观测：CO2压冲击的时程曲线通过剪切片上的PVDF压力传感器测得，产生的应力波通过相邻标准试样接缝处的PVDF压力传感器记录得到，试件动态变形通过试验煤样表面的动态应变片记录得到；（7）、CO2流动规律观测：通过剪切片上的PVDF压力传感器记录试件输入端的CO2压力变化、相邻标准试样接缝处的PVDF压力传感器记录试验煤样各截面的CO2压力变化、气体收集箱上的压力表记录试件输出端的压力变化、导气管上的流量计记录CO2流量，试验结束后，将这些数据通过作图分析，得到CO2流动规律。