一种二氧化碳预裂爆破及抑爆性能实验装置的制作方法

本实用新型涉及气体相变爆破力学试验研究及可燃气体爆炸性能研究设备技术领域，具体为一种二氧化碳预裂爆破及抑爆性能实验装置。

背景技术：

目前，随着煤矿开采深度的增大和开采速度的提高，矿井瓦斯涌出量不断增大，瓦斯抽采已成为高瓦斯矿井生产过程中的一个必不可少的重要安全环节。煤矿瓦斯抽采是指利用瓦斯泵或其它抽采设备抽取煤层中赋存的瓦斯，并通过管网把抽出的瓦斯排至地面储存利用的工艺过程。煤矿瓦斯抽采不仅是降低矿井瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出灾害的重要措施，而且抽采的瓦斯还是重要的资源， 可以作为煤炭的共伴生资源加以开发利用。 通过瓦斯抽采，可降低矿井瓦斯涌出量和风排瓦斯量，从而达到矿井安全生产的目的。通过瓦斯抽放，可降低煤层中的瓦斯压力和瓦斯含量，防治煤与瓦斯突出，从而减少矿井伤亡事故以及其它重大恶性事故的发生。通过瓦斯抽采和瓦斯利用，可减少瓦斯对大气的污染，据有关资料研究表明，CH4对臭氧层的破坏比二氧化碳高16倍。因此，瓦斯抽采对环境的保护具有至关重要的作用。

我国煤炭资源的赋存条件与国外不尽相同，普遍具有渗透率低、吸附性强、开采浅层煤层气的原始压力不高、解吸速度慢，使得瓦斯解吸及其在煤层中的运移十分困难，而且低渗透煤层瓦斯的吸附、解吸、扩散、渗流运移过程表现出相互制约和非达西渗流以及煤层瓦斯运移受排采降压引起的流固耦合作用较明显等突出特点。目前，瓦斯抽采过程中主要采用增加钻孔密度、射孔增透、深孔预裂爆破、水力压裂、水力割缝等提高煤层渗透率方式来提高矿井瓦斯的抽采率。利用二氧化碳作为爆破材料和驱替介质，增加煤层渗透率、促使瓦斯产生解吸，在竞争吸附作用下使吸附在煤体内的瓦斯尽可能由吸附状态转变为游离状态，具有无明火、安全、高效的特点，在煤矿实施的工业性试验中，取得显著的经济、社会和环境效益。不仅能有效提高瓦斯抽采率，有效降低煤层瓦斯含量和瓦斯压力，达到消除煤与瓦斯突出危险性的目的，而且还大幅度的降低了瓦斯抽采成本，具有重要的实用价值和广阔的应用前景。

二氧化碳作为非可燃气体，爆破之后变成气体又能对燃气爆炸起到抑制的作用。事实证明，将二氧化碳混入燃气混合物中能有效的降低燃气爆炸的概率和影响燃气爆炸的上下限，

因此，提供一种针对于不同种类的待爆破体，并能适合用于模拟实际开采条件下的瓦斯爆炸问题的二氧化碳预裂爆破及抑爆性能实验装置，已经是一个值得研究的问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中的不足，本实用新型提供了一种采用全新的旋转气流进行材料爆破，利用其产生的三个运动特征，既能够对高强度材料进行爆破，又能顺利在全尺寸的模拟建筑物内进行二氧化碳对瓦斯气体的抑制爆炸试验,为科学计算和工程应用提供依据的二氧化碳预裂爆破及抑爆性能实验装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种二氧化碳预裂爆破及抑爆性能实验装置，包括爆破室14，与爆破室14连接的红外气体分析仪18和进气管13，进气管13通过管道分别连接煤层气瓶组1和空气气瓶组8；所述的爆破室14内设有防爆风机15、压力传感器21、点火装置22和待爆破媒体24；

所述的爆破室14上设置有封闭门23和人孔20；

所述的红外气体分析仪18连接设置在爆破室14内的气体分析探头19；

所述的空气气瓶组8与进气管13之间的管道上分别设置有空气减压阀9、空气旋塞阀10、空气流量计11和空气截止阀12；

所述的煤层气瓶组1与进气管13之间的管道上分别设置有燃气减压阀2、带有燃气截止阀3的取样管4、燃气旋塞阀5、燃气流量计6和燃气截止阀7；

所述的防爆风机15外设置有钢制外壳16，钢制外壳16上设置有百叶窗17；

所述的待爆破媒体24上设置有开钻孔26；开钻孔26内设置有二氧化碳预裂器25，二氧化碳预裂器25通过导线与控制台27连接；

所述的二氧化碳预裂器25 包括二氧化碳预裂器25本体，与二氧化碳预裂器25本体左端连接的联接头30和右端连接的钻杆35；

所述的联接头30包括旋流叶片28，与旋流叶片28连接的定压卸泄能片29，定压卸泄能片29连接垫片31；二氧化碳预裂器25本体内设置有液态二氧化碳32，位于液态二氧化碳32内的发热管33，发热管33固定在注流接头34；注流接头34与钻杆35连接。

积极有益效果：本实用新型采用全新的旋转气流进行材料爆破，利用其产生的三个运动特征，既能够对高强度材料进行爆破，又能顺利在全尺寸的模拟建筑物内进行二氧化碳对瓦斯气体的抑制爆炸试验，为科学计算和工程应用提供依据。

附图说明

图1为本实用新型的二氧化碳预爆破原理图；

图2为预裂器结构示意图；

图3为本实用新型的装置结构示意图一；

图4为本实用新型的装置结构示意图二；

图中为：煤层气瓶组1、燃气减压阀2、带有燃气截止阀3、取样管4、燃气旋塞阀5、燃气流量计6、燃气截止阀7、空气减压阀9、空气旋塞阀10、空气流量计11、空气截止阀12、进气管13、爆破室14、防爆风机15、钢制外壳16、百叶窗17、红外气体分析仪18、气体分析探头19、人孔20、压力传感器21、点火装置22、封闭门23、待爆破媒体24、二氧化碳预裂器25、开钻孔26、控制台27、旋流叶片28、定压卸泄能片29、联接头30、垫片31、液态二氧化碳32、发热管33、注流接头34、钻杆35。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型做进一步的说明：

如图4所示，一种二氧化碳预裂爆破及抑爆性能实验装置，包括爆破室14，与爆破室14连接的红外气体分析仪18和进气管13，进气管13通过管道分别连接煤层气瓶组1和空气气瓶组8；所述的爆破室14内设有防爆风机15、压力传感器21、点火装置22和待爆破媒体24；

所述的爆破室14上设置有封闭门23和人孔20；

所述的红外气体分析仪18连接设置在爆破室14内的气体分析探头19；

所述的空气气瓶组8与进气管13之间的管道上分别设置有空气减压阀9、空气旋塞阀10、空气流量计11和空气截止阀12；

所述的煤层气瓶组1与进气管13之间的管道上分别设置有燃气减压阀2、带有燃气截止阀3的取样管4、燃气旋塞阀5、燃气流量计6和燃气截止阀7；

所述的防爆风机15外设置有钢制外壳16，钢制外壳16上设置有百叶窗17；

所述的待爆破媒体24上设置有开钻孔26；开钻孔26内设置有二氧化碳预裂器25，二氧化碳预裂器25通过导线与控制台27连接；

所述的二氧化碳预裂器25 包括二氧化碳预裂器25本体，与二氧化碳预裂器25本体左端连接的联接头30和右端连接的钻杆35；

所述的联接头30包括旋流叶片28，与旋流叶片28连接的定压卸泄能片29，定压卸泄能片29连接垫片31；二氧化碳预裂器25本体内设置有液态二氧化碳32，位于液态二氧化碳32内的发热管33，发热管33固定在注流接头34；注流接头34与钻杆35连接。

一. 预裂爆破实验

如图1所示，将待爆破煤体24放在爆破室14内，用定向钻机在待爆破煤体24上开钻孔26，封闭门23打开，然后将二氧化碳预裂器25从爆破室14上的封闭门23穿入，并放进钻孔26内，用导线与控制台27相连，封闭门23在重力作用下自然关闭。

实验时，将二氧化碳预裂器25内液态二氧化碳32加热，液态二氧化碳32迅速气化，体积迅速膨胀，作用在钻孔26上，使钻孔26周围待爆破煤体24断裂，完成爆破。

如图2所示， 二氧化碳预裂器25由旋流叶片28，定压泄能片29，联接头30，垫片31，液态二氧化碳32，发热管33，注流接头34及钻杆35组成。

工作时，来自控制台27的电流将发热管33加热，使得液态二氧化碳32迅速气化，定压泄能片29在压力作用下脱落，气态二氧化碳经旋流叶片28完成旋转射流喷出，完成爆破。

通过人孔20观察爆破煤体24，看实验结果。迅速将二氧化碳预裂器25从爆破室14上的封闭门24抽出，并关上封闭门24。

准备进行抑爆性能实验。

二. 抑爆性能实验

1. 取样测试

如图3所示，关闭旋塞阀5，依次打开截至阀3，燃气减压阀2，让煤层气瓶组1中的气体从取样管4中流出，取样管4连接红外气体分析仪18，对本次测试的煤层气进行成分分析，以确定煤层气的具体成分，并完成与空气量的比例计算。

2. 实验测试

依次关闭燃气减压阀2、燃气截止阀3后，依次打开燃气截至阀7、燃气旋塞阀5、燃气减压阀2，让煤层气经流量计6后，由进气管13进入爆破室14内，待流量达到计算设计值后，关闭旋塞阀5和燃气减压阀2 。

关闭截止阀7，打开截止阀12、旋塞阀10、空气减压阀9，让空气气瓶组8中的压缩空气从进气管13进入爆破室14内，待流量达到设计值后，关闭截止阀12、旋塞阀10、空气减压阀9。

再次确认空气截至阀7、空气截止阀12已经关闭，把放在钢制外壳16内的防爆风机15打开，气流经百叶窗17后将爆破室14内的混合气体混合均匀，并由气体分析探头19传至红外气体分析仪18中分析记录。点火装置22点火，看是否爆炸，测定二氧化碳的抑爆情况。如果未发生爆炸现象，记录下该情况下红外气体分析仪18中气体比例。如果爆炸，用压力传感器21记录爆炸压力曲线。

爆破室14的厚度和材料强度要求能承受600 KPa的压力。

本实用新型采用全新的旋转气流进行材料爆破，利用其产生的三个运动特征，既能够对高强度材料进行爆破，又能顺利在全尺寸的模拟建筑物内进行二氧化碳对瓦斯气体的抑制爆炸试验，为科学计算和工程应用提供依据。

以上实施方式仅用于说明本实用新型的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代及改进等，均应视为本申请的保护范围。