CN109187239A - 一种研究爆生气体压力破岩机理的实验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种研究爆生气体压力破岩机理的实验装置及方法，包括圆柱形的底座(1)、盖板(4)、胶皮垫(5)、压力传感器(12)、抽真空装置(17)、起爆器(18)、压力测试装置(19)，底座(1)一个底面的中部为圆柱形腔体，该圆柱形腔体内部用于容纳制作好的岩石试件(3)，岩石试件(3)为圆柱形，岩石试件(3)设置有贯穿上下底面的竖直炮孔(9)；本发明的装置可将爆生气体的破岩机理单独分离出来进行研究，避免应力波对爆生气体的破岩机理的干扰。

Description

一种研究爆生气体压力破岩机理的实验装置及方法
技术领域
本发明涉及爆破技术领域，尤其涉及的是一种研究爆生气体压力破岩机理的实验装置及方法。
背景技术
传统的爆破破岩理论认为，炸药爆炸后产生爆炸应力波和爆生气体，爆炸应力波首先作用于岩石，致使岩石中产生破碎裂缝，之后爆生气体楔入到这些裂缝中，促使裂缝进一步扩展，最终导致岩石破碎。由于爆炸作用的瞬时性，爆炸应力波和爆生气体混合在一起，实际过程中爆炸应力波和爆生气体各自发挥作用的程度尚不清楚，特别是爆生气体，更难以分离出来，单独研究其破岩机理。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种研究爆生气体压力破岩机理的实验装置及方法。
本发明的技术方案如下：
一种研究爆生气体压力破岩机理的实验装置，包括圆柱形的底座(1)、盖板(4)、胶皮垫(5)、压力传感器(12)、抽真空装置(17)、起爆器(18)、压力测试装置(19)，底座(1)一个底面的中部为圆柱形腔体，该圆柱形腔体内部用于容纳制作好的岩石试件(3)，岩石试件(3)为圆柱形，岩石试件(3)设置有贯穿上下底面的竖直炮孔(9)；盖板(4)为圆柱形，其一个底面的中部也为圆柱形腔体，该盖板(4)上的腔体的内径和底座(1)的外径相等，用于将盖板(4)盖在底座(1)外部，胶皮垫(5)为软弹性材质制作的圆柱形垫片，其外径和底座(1)的外径相等，盖板(4)和胶皮垫(5)上均设置有与炮孔位置大小相同的通孔；胶皮垫(5)盖在底座(1)、岩石试件(3)之上，压在盖板(4)之下，用于密封岩石试件(3)和底座(1)之间的缝隙；通过螺栓孔和螺栓固定底板(1)、盖板(4)、岩石试样(3)和胶皮垫(5)；盖板(4)顶部通孔通过抽气管(16)连接到抽真空装置(17)，抽气管和盖板(4)之间良好密封，可以通过上堵头(8)和下堵头(7)进行密封。并在抽气管上设置阀门(15)。
所述的实验装置，岩石试件(3)和底座(1)之间的空间为填充物缓冲层，用于在岩石试件和底座(1)之间形成缓冲层，避免岩石试件(3)受底座(1)挤压破坏。
所述的实验装置，在炮孔(9)的底部预先放置压力传感器(12)，并固定在炮孔底部。
所述的实验装置，采用型号CY-YD-214的压电式传感器，测量量程200MPa，频响大于75kHz，灵敏度3.41pC/105Pa，压力传感器(12)连接传感器的连接线(13)，沿炮孔壁-胶皮垫底部-底座与盖板接触壁引出，连接线(13)连接压力测试装置(19)，测试炮孔内气体压力的变化，数据经A/D采样传输至计算机，由计算机自动存储。
所述的实验装置，在炮孔(9)内部放置炸药(10)，炸药(10)选用粉末状的叠氮化铅或颗粒状DDNP，装在一个壁面很薄的吸管中，吸管两端用炮泥(11)堵塞；炸药(10)需悬空放置，不与炮孔壁以及压力传感器(12)接触。
根据任一所述的实验装置进行实验的方法，包括以下步骤：
A1.试件制作；
A2.在底座(1)的空腔中放置填充物缓冲层，然后将岩石试件(3)装入底座(1)的圆柱形空腔中；
A3.装填炸药，连接引线；
A4.封堵；将胶皮垫(5)放置在底座(1)顶部盖在岩石试件(3)上部，采用螺栓将盖板(4)、胶皮垫(5)和底座(1)固定在一起；
A5.抽真空；打开抽真空装置(17)，将岩石试件(3)内部及其和底座(1)之间的空间抽真空；
A6.关闭阀门(15)保持真空；
A7.启动测试设备，待触发；
A8.起爆炸药，压力传感器记录腔体内气压的变化；
A9.实验结束后，可以通过分析试样的破坏形态、破碎块度、断口形貌结合爆压的测试结果，研究爆生气体压力作用破岩机理。
本发明的装置可将爆生气体的破岩机理单独分离出来进行研究，避免应力波对爆生气体的破岩机理的干扰。
附图说明
图1为本发明实验装置的结构示意图；
图2为底座的顶视图；
1-底座，2-填充物缓冲层，3-岩石试件，4-盖板，5-胶皮垫，6-螺钉，7-下堵头，8-上堵头，9-炮孔，10-炸药，11-炮泥，12-压力传感器，13-连接线，14-起爆线，15-阀门，16-抽气管，17-抽真空装置，18-起爆器，19-压力测试装置，20螺栓孔；
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
参考图1和图2，研究爆生气体压力破岩机理的实验装置，包括圆柱形的底座1、盖板4、胶皮垫5、压力传感器12、抽真空装置17、起爆器18、压力测试装置19，底座1一个底面的中部为圆柱形腔体，该圆柱形腔体内部用于容纳制作好的岩石试件3，岩石试件3为圆柱形，岩石试件3设置有贯穿上下底面的竖直炮孔9；盖板4为圆柱形，其一个底面的中部也为圆柱形腔体，该盖板4上的腔体的内径和底座1的外径相等，用于将盖板4盖在底座1外部，胶皮垫5为软弹性材质制作的圆柱形垫片，其外径和底座1的外径相等，盖板4和胶皮垫5上均设置有与炮孔位置大小相同的通孔；胶皮垫5盖在底座1、岩石试件3之上，压在盖板4之下，用于密封岩石试件3和底座1之间的缝隙；
通过螺栓孔和螺栓固定底板1、盖板4、岩石试样3和胶皮垫5；
岩石试件3和底座1之间的空间为填充物缓冲层，用于在岩石试件和底座1之间形成缓冲层，避免岩石试件3受底座1挤压破坏。
盖板4顶部通孔通过抽气管16连接到抽真空装置17，抽气管和盖板4之间良好密封，可以通过上堵头8和下堵头7进行密封。并在抽气管上设置阀门15。
在炮孔9的底部预先放置压力传感器12，可用胶水固定在炮孔底部。采用型号CY-YD-214的压电式传感器，测量量程200MPa，频响大于75kHz，灵敏度3.41pC/105Pa。连接传感器的连接线13，沿炮孔壁-胶皮垫底部-底座与盖板接触壁引出。因为胶皮垫可有伸缩变形，所以导线被压实，不影响抽真空。连接线13连接压力测试装置19，可以测试炮孔内气体压力的变化，数据经现有的A/D采样传输至计算机，由计算机自动存储。
炸药10选用粉末状的叠氮化铅或颗粒状DDNP，装在一个壁面很薄的吸管中，吸管两端用炮泥11堵塞。用漆包线做成起爆探针，将探针尖端插入炸药10中。炸药10需悬空放置，不与炮孔壁以及压力传感器12接触；为保证悬空，可在吸管壁上缘预先设置小孔，让漆包线穿过小孔，绕到上壁缘，然后返下来，再穿过小孔，然后与起爆器18连接。
以下具体说明，有关部件的结构及参数：
底座1材料为高合金超高强度钢，屈服强度大于1180MPa，同时经历淬火加低温回火等工序，保证底座在受力后不发生变形。底座外直径600mm，高度200mm。在中间掏出一个直径300mm，高度150mm的圆柱形腔体。在底座上表面，预留8个直径8mm的螺栓孔20，内部带螺纹，均匀布置，孔中心距外缘75mm，如图2所示。
岩石试件3的制作，尺寸略小于底座1的圆柱形腔体的直径和高度。试件的上、下表面要平齐。试件中央钻20mm的炮孔9，贯穿整个试件。
将直径为600mm，厚度为20mm的胶皮垫5敷设在底座1上表面，胶皮垫5中央预留与炮孔9直径相等的孔洞，在周边预留与底座上螺栓孔位置相同的8个孔。
盖板4，盖板4与底座1同种材料。外径800mm，高100mm；内径600mm，内高75mm，在距外缘175mm处预留8个螺栓孔，内带螺纹。盖板的中央预留孔洞，盖板上部焊接8-下堵头，下堵头上有通透的孔洞，外缘做成螺纹状，与7-上堵头能够咬合在一起，上下堵头间有橡胶垫片，保证密封。盖板4放好后，拧好螺栓。
具体实验步骤：
A1.试件制作；
A2.在底座1的空腔中放置填充物缓冲层，然后将岩石试件3装入底座1的圆柱形空腔中；
A3.装填炸药，连接引线；
A4.封堵；将胶皮垫5放置在底座1顶部盖在岩石试件3上部，采用螺栓将盖板4、胶皮垫5和底座1固定在一起；
A5.抽真空；打开抽真空装置17，将岩石试件3内部及其和底座1之间的空间抽真空
A6.关闭阀门15保持真空；
A7.启动测试设备，待触发；
A8.起爆炸药，压力传感器记录腔体内气压的变化；
A9.实验结束后，可以通过分析试样的破坏形态、破碎块度、断口形貌结合爆压的测试结果，研究爆生气体压力作用破岩机理。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种研究爆生气体压力破岩机理的实验装置，其特征在于，包括圆柱形的底座(1)、盖板(4)、胶皮垫(5)、压力传感器(12)、抽真空装置(17)、起爆器(18)、压力测试装置(19)，底座(1)一个底面的中部为圆柱形腔体，该圆柱形腔体内部用于容纳制作好的岩石试件(3)，岩石试件(3)为圆柱形，岩石试件(3)设置有贯穿上下底面的竖直炮孔(9)；盖板(4)为圆柱形，其一个底面的中部也为圆柱形腔体，该盖板(4)上的腔体的内径和底座(1)的外径相等，用于将盖板(4)盖在底座(1)外部，胶皮垫(5)为软弹性材质制作的圆柱形垫片，其外径和底座(1)的外径相等，盖板(4)和胶皮垫(5)上均设置有与炮孔位置大小相同的通孔；胶皮垫(5)盖在底座(1)、岩石试件(3)之上，压在盖板(4)之下，用于密封岩石试件(3)和底座(1)之间的缝隙；通过螺栓孔和螺栓固定底板(1)、盖板(4)、岩石试样(3)和胶皮垫(5)；盖板(4)顶部通孔通过抽气管(16)连接到抽真空装置(17)，抽气管和盖板(4)之间良好密封。
2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，岩石试件(3)和底座(1)之间的空间为填充物缓冲层，用于在岩石试件和底座(1)之间形成缓冲层，避免岩石试件(3)受底座(1)挤压破坏。
3.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，在炮孔(9)的底部预先放置压力传感器(12)，并固定在炮孔底部。
4.根据权利要求3所述的实验装置，其特征在于，采用型号CY-YD-214的压电式传感器，测量量程200MPa，频响大于75kHz，灵敏度3.41pC/105Pa，压力传感器(12)连接传感器的连接线(13)，沿炮孔壁-胶皮垫底部-底座与盖板接触壁引出，连接线(13)连接压力测试装置(19)，测试炮孔内气体压力的变化，数据经A/D采样传输至计算机，由计算机自动存储。
5.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，在炮孔(9)内部放置炸药(10)，炸药(10)选用粉末状的叠氮化铅或颗粒状DDNP，装在一个壁面很薄的吸管中，吸管两端用炮泥(11)堵塞；炸药(10)需悬空放置，不与炮孔壁以及压力传感器(12)接触。
6.根据权利要求1-5任一所述的实验装置进行实验的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1.试件制作；
A2.在底座(1)的空腔中放置填充物缓冲层，然后将岩石试件(3)装入底座(1)的圆柱形空腔中；
A3.装填炸药，连接引线；
A4.封堵；将胶皮垫(5)放置在底座(1)顶部盖在岩石试件(3)上部，采用螺栓将盖板(4)、胶皮垫(5)和底座(1)固定在一起；
A5.抽真空；打开抽真空装置(17)，将岩石试件(3)内部及其和底座(1)之间的空间抽真空；
A6.关闭阀门(15)保持真空；
A7.启动测试设备，待触发；
A8.起爆炸药，压力传感器记录腔体内气压的变化；
A9.实验结束后，可以通过分析试样的破坏形态、破碎块度、断口形貌结合爆压的测试结果，研究爆生气体压力作用破岩机理。
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