一种二氧化碳爆破冲击波压力测试装置及其测试方法与流程

本发明属于冲击波测试技术领域，特别是涉及一种二氧化碳爆破冲击波压力测试装置及其测试方法。本发明可在实验室内模拟现场钻孔，研究各参数对二氧化碳爆破冲击波压力的影响。

背景技术：

二氧化碳爆破是一种新型的用于煤炭开采的爆破技术。二氧化碳致裂器与传统的火药爆破器材不同，它是由一个高强度的可以重复使用的充装液态二氧化碳的金属管、加热器及定压泄能机构等组成。将二氧化碳致裂器置于煤体钻孔内，使用发爆器启动加热器，加热内部的液态二氧化碳使其成为气体，管道内的压力持续增大压迫定压泄能机构，使其中的定压剪切片破断，随后释放出体积扩大600倍、压力达到额定兆帕的二氧化碳气体，进行爆破落煤。

二氧化碳爆破作为一种新型爆破技术，需要研究爆破产生的冲击波压力与金属管的长度、直径、定压泄能机构的定压剪切片的强度、二氧化碳灌装量等因素之间的关系，确定其爆破威力，为现场实际应用提供理论基础。如在矿井巷道内进行实验，需要打孔、推送二氧化碳致裂器、封孔等工作，给现场生产带来巨大的人力、物力消耗，影响矿井的正常生产。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种二氧化碳爆破冲击波压力测试装置及其测试方法。本发明实现了二氧化碳爆破冲击波压力的测试，为研究二氧化碳爆破产生的冲击波压力与金属管的长度、直径、定压泄能机构的定压剪切片的强度、二氧化碳灌装量等因素之间的关系提供了技术支持，实现了二氧化碳爆破的定量化设计，推广了现场使用范围，具有良好的环境效益和经济效益。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种二氧化碳爆破冲击波压力测试装置，包括底座支架和测试钢管，在所述底座支架上设置有若干个限位套环，所述测试钢管固定在限位套环内；在测试钢管的两端分别设置有堵塞，所述堵塞与测试钢管螺纹连接；在所述测试钢管上设置有若干个具有螺纹的第一测试孔，在远离第一测试孔的测试钢管一端的堵塞上设置有穿线孔。

在靠近所述第一测试孔的测试钢管一端的堵塞上设置有若干个第二测试孔。

所述底座支架由基座和横撑焊接而成，呈三角形框架，所述基座采用槽钢基座，横撑采用角钢横撑。

所述第一测试孔在测试钢管上纵向分布有3～5排，每排设置有3个。

所述底座支架的底角不大于35°。

所述底座支架通过地脚螺栓固定于地面。

所述限位套环由上半套环和下半套环组成，上半套环与下半套环的一端通过销轴相连接，另一端通过螺栓和螺母固定连接。

为了适应冲击波压力传感器上螺纹的长度和提高测试钢管的局部强度，在设置有所述第一测试孔的测试钢管处设置有增厚套环。

为了限制测试钢管在爆破过程中发生水平移动，在所述测试钢管上设置有限位卡环，所述限位卡环与底座支架上的限位套环相对应。

采用所述的二氧化碳爆破冲击波压力测试装置的测试方法，包括如下步骤：

步骤一：将测试钢管通过限位套环固定于底座支架上，将连接好起爆引线的二氧化碳致裂器放置于测试钢管内，使二氧化碳致裂器的泄能口对准测试钢管的第一测试孔，将测试钢管的两端用堵塞进行封堵密封，并将起爆引线由穿线孔引出，与发爆器相连接；

步骤二：按照测试要求，在需要安装冲击波压力传感器的第一测试孔内旋入冲击波压力传感器，无需安装冲击波压力传感器的第一测试孔开放或进行封堵；

步骤三：将冲击波压力传感器通过数据线经信号放大器连接到数据采集仪上，再连接至电脑，由电脑控制开启数据采集，然后通过发爆器引爆二氧化碳致裂器；

步骤四：进行数据采集和存储，测试结束。

本发明的有益效果：

本发明实现了二氧化碳爆破冲击波压力的测试，为研究二氧化碳爆破产生的冲击波压力与金属管的长度、直径、定压泄能机构的定压剪切片的强度、二氧化碳灌装量等因素之间的关系提供了技术支持，实现了二氧化碳爆破的定量化设计，推广了现场使用范围，具有良好的环境效益和经济效益。

附图说明

图1为本发明的二氧化碳爆破冲击波压力测试装置的结构示意图；

图2为图1的I-I剖视图；

图3为图1的II-II剖视图；

图4为图1的III-III剖视图；

图5为图1的IV-IV剖视图；

图6为图1的V-V剖视图；

图7为图3的VI-VI剖视图；

图中：1-底座支架，2-测试钢管，3-地脚螺栓，4-基座，5-横撑，6-限位套环，7-限位卡环，8-螺栓，9-螺母，10-第一测试孔，11-增厚套环，12-二氧化碳致裂器，13-穿线孔，14-堵塞，15-第二测试孔，16-销轴，17-上半套环，18-下半套环；

d-底座支架底角；R₁、R₂、R₃-第一、二、三排第一测试孔；L₁-底座支架长度；L₂-测试钢管长度；W-底座支架宽度；D₁-测试钢管内径；D₂-限位套环内径；T-限位套环厚度；H-限位套环底部距离地面的高度；β-第一测试孔夹角；R-限位套环横截面宽度。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1～图7所示，一种二氧化碳爆破冲击波压力测试装置，包括底座支架1和测试钢管2，所述底座支架1的底角不大于35°，其通过地脚螺栓3固定于地面；所述底座支架1由基座4和横撑5焊接而成，呈三角形框架，所述基座4采用槽钢基座，横撑5采用角钢横撑。在底座支架1的两端及中部设置有限位套环6，所述测试钢管2固定在限位套环6内；所述限位套环6由上半套环17和下半套环18组成，上半套环17与下半套环18的一端通过销轴16相连接，另一端通过螺栓8和螺母9固定连接；限位套环6的下半套环18固定在底座支架1上，上半套环17能够绕销轴16旋转，实现限位套环6的开启和闭合，并通过螺栓8和螺母9旋紧固定，所述限位套环6的内径大于测试钢管2外径2～3mm。在测试钢管2的两端分别设置有堵塞14，所述堵塞14与测试钢管2螺纹连接，在本实施例中，所述堵塞14采用螺帽；在所述测试钢管2上设置有若干个具有螺纹的第一测试孔10，在本实施例中，所述第一测试孔10在测试钢管2上纵向分布有3排，每排设置有3个。在远离第一测试孔10的测试钢管2一端的堵塞14上设置有穿线孔13，在靠近第一测试孔10的测试钢管2一端的堵塞14上设置有若干个第二测试孔15，根据研究需要第二测试孔15可安装应力传感器，或利用螺栓进行封堵。

为了适应冲击波压力传感器上螺纹的长度和提高测试钢管2的局部强度，在设置有所述第一测试孔10的测试钢管2处设置有内径大于测试钢管2外径的增厚套环11，增厚套环11通过焊接固定于测试钢管2外。

为了限制测试钢管2在爆破过程中发生水平移动，在所述测试钢管2的中部焊接有限位卡环7，所述限位卡环7与底座支架1中部的限位套环6相对应，能够与限位套环6相配合。

在本实施例中，所述底座支架长度L₁为2500mm，底座支架宽度W为112mm，底座支架底角α为33°；限位套环底部距离地面的高度H为315mm，限位套环闭合后的内径D₂为97mm，限位套环横截面宽度R为46mm，限位套环厚度T为20mm。所述测试钢管长度L₂为2600mm，测试钢管内径D₁为82mm，壁厚为6.5mm；距离测试钢管B端头200mm处布置第一排第一测试孔R₁，顺次间隔200mm布置第二排第一测试孔R₂和第三排第一测试孔R₃，每排有3个第一测试孔，分别为R₁-1、R₁-2和R₁-3。所述增厚套环的内径为97mm，厚度为15mm，宽度为30.5mm。所述二氧化碳致裂器的直径为Φ53mm，长度为800mm，每排第一测试孔的R₁-1(或R₂-1、R₃-1)号测试孔位置确定后，根据二氧化碳致裂器泄能口的位置，R₁-2和R₁-3号测试孔对称布置在R₁-1号测试孔的两侧，并且使R₁-2和R₁-3号测试孔的中轴线与R₁-1号测试孔中轴线的延长线相交于测试钢管的截面圆心，R₁-2和R₁-3号测试孔的中轴线与R₁-1号测试孔的中轴线相交角度，即第一测试孔夹角β为111°。

采用所述的二氧化碳爆破冲击波压力测试装置的测试方法，包括如下步骤：

步骤一：将测试钢管2通过限位套环6固定于底座支架1上，将连接好起爆引线的二氧化碳致裂器12放置于测试钢管2内，使二氧化碳致裂器12的泄能口对准测试钢管2的第一测试孔10，将测试钢管2的两端用堵塞14进行封堵密封，并将起爆引线由测试钢管A端的穿线孔13引出，与发爆器相连接；

步骤二：按照测试要求，在需要安装冲击波压力传感器的第一测试孔10内旋入冲击波压力传感器，无需安装冲击波压力传感器的第一测试孔10开放或进行封堵；

步骤三：将冲击波压力传感器通过数据线经信号放大器连接到数据采集仪上，再连接至电脑，由电脑控制开启数据采集，然后通过发爆器引爆二氧化碳致裂器12；

步骤四：进行数据实时采集和存储，爆破结束后由电脑控制关闭数据采集，测试结束。