CN114323411B - 一种切缝二氧化碳致裂器内部压力测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种切缝二氧化碳致裂器内部压力测试系统及方法，所述测试系统包括电压力表、信号采集装置以及数据处理装置，信号采集装置用于采集电压力表传输的压力电信号，并将压力电信号输送至数据处理装置；数据处理装置用于接收压力电信号，并绘制出压力变化的时程曲线；电压力表能够设置于致裂器主管上，用于监测致裂器主管内部的压力，并传输至信号采集装置；本发明提出的方案，能够有效测试致裂器内部压力，可以测定致裂器从启动到完成爆破的过程整个时长，根据此试验数据不断优化致裂器额定充装压力、发热棒质量以及主管切槽的深度之间的匹配关系，发挥致裂器的最佳性能、改善其爆破效果和提升能量利用率。
Description
技术领域
本发明属于切缝二氧化碳致裂器内部压力测试技术领域，具体涉及一种切缝二氧化碳致裂器内部压力测试系统及方法。
背景技术
二氧化碳致裂器作为一种新型爆破器材已在我国被广泛应用，其工作原理是在二氧化碳致裂器的储液内部充装液态二氧化碳，启动加热装置产生热量，使储液内部液态二氧化碳瞬间气化，体积膨胀约600倍，压力急剧升高，当内部压力达到定压剪切片极限强度时，高压气体冲破定压剪切片，利用瞬间产生的强大推力，沿自然裂隙或爆生裂隙冲破物料，从而达到致裂(爆破)的目的。
切缝二氧化碳致裂器作为定向爆破的器材，其能够利用高能高压的二氧化碳气体沿致裂器管体切槽方向集中释放形成线性切割射流，获得精确控制的爆破断裂面，减少围岩被保护方向的爆生裂纹数量，从而达到定向爆破的目标；该二氧化碳致裂器爆破煤岩体的主要能量是来源于内部液态二氧化碳气化压力升高，冲破定压剪切片的高压气体以及伴随产生的冲击波，因此致裂器内压力峰值的大小是破碎岩体的主要因素，也是研究其作用机理的关键因素。
目前，对于切缝二氧化碳致裂器内部部压力的测试的介绍文献很少，没有有效的方法测量致裂器的内部压力，自然无法获晓致裂器内部压力的变化规律，也就不能从能量发生的角度来探索致裂器的作用机理，无法进一步深入的研究二氧化碳致裂器。
基于上述切缝二氧化碳致裂器中存在的技术问题，尚未有相关的解决方案；因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种切缝二氧化碳致裂器内部压力测试系统及方法，旨在解决现有切缝二氧化碳致裂器内部压力测试的问题。
本发明提供一种切缝二氧化碳致裂器内部压力测试系统，所述测试系统包括电压力表、信号采集装置以及数据处理装置；
信号采集装置用于采集电压力表传输的压力电信号，并将压力电信号输送至数据处理装置；
数据处理装置用于接收压力电信号，并绘制出压力变化的时程曲线；
电压力表能够设置于致裂器主管上，用于监测致裂器主管内部的压力，并传输至信号采集装置。
致裂器主管内的一端沿其轴向设有发热棒，并且在致裂器主管对称的两侧面上设有切缝。
进一步地，电压力表包括第一电压力表、第二电压力表以及第三电压力表；
第一电压力表设置于致裂器主管上，位于发热棒一端；第一电压力表用于监测致裂器主管内位于发热棒一端的压力；
第二电压力表设置于致裂器主管的中间位置，第二电压力表用于监测致裂器主管内中间的压力；
第二电压力表设置于致裂器主管的尾部，第三电压力表用于监测致裂器主管内尾部的压力。
进一步地，致裂器主管上位于发热棒的一端设有第一钻孔，致裂器主管的中间位置设有第二钻孔，致裂器主管的尾部设有第三钻孔；第一电压力表设置于第一钻孔上，第二电压力表设置于第二钻孔上，第三电压力表设置于第三钻孔上；第一钻孔、第二钻孔以及第三钻孔沿致裂器主管的轴线处于同一个平面上。
进一步地，第一钻孔、第一钻孔以及第三钻孔的轴线形成的面与两条切缝的中线形成的面相互垂直。
进一步地，第一钻孔、第一钻孔以及第三钻孔上分别焊接有螺母；第一电压力表通过螺纹密封连接于第一钻孔的螺母上，并且在第一电压力表与螺母的连接处设有密封垫；第二电压力表通过螺纹密封连接于第二钻孔的螺母上，并且在第二电压力表与螺母的连接处设有密封垫；第三电压力表通过螺纹密封连接于第三钻孔的螺母上，并且在第三电压力表与螺母的连接处设有密封垫。
进一步地，电压力表内的压力敏感元件实时监测致裂器内部压力变化，然后通过其电路板上的微电路模块将压力变化信号经过集成电路放大变成压力电信号。
进一步地，切缝沿致裂器主管的轴向分别设置于致裂器主管对称的两侧面上；致裂器主管在爆破时能够沿切缝的诱导方向集中释放形成线性切割射流。
相应地，本发明还提供一种切缝二氧化碳致裂器内部压力测试方法，所述测试方法包括以下过程：
S1：将电压力表密封安装在致裂器主管上，致裂器主管上设有切缝；
S2：然后向致裂器主管内充装液态二氧化碳，且充装到额定压力；再将充装完成的致裂器固定在试验台上；
S3：通过导线电连接电压力表和信号采集装置，以及连接信号采集装置和数据处理装置；调试信号采集装置和数据处理装置，实验前数据处理装置上显示压力为致裂器的充装压力；
S4：启动致裂器，在爆破瞬间信号采集装置5采集电压力表4的压力电信号，并将压力电信号输送至数据处理装置6，数据处理装置6生成压力时程曲线，测试完成。
进一步地，S1步骤中包括：
S11：将第一电压力表设置于致裂器主管上，位于发热棒一端；第一电压力表用于监测致裂器主管内位于发热棒一端的压力；
S12：将第二电压力表设置于致裂器主管的中间位置；第二电压力表用于监测致裂器主管内中间的压力；
S13：将第二电压力表设置于致裂器主管的尾部；第二电压力表用于监测致裂器主管内尾部的压力。
本发明提出一种切缝二氧化碳致裂器内部压力测试系统及方法，能够有效测试致裂器内部压力，致力于探索致裂器内部压力的变化；还可以测定致裂器从启动到完成爆破的过程整个时长，可根据此试验数据不断优化致裂器额定充装压力、发热棒质量以及主管切槽的深度之间的匹配关系，发挥致裂器的最佳性能、改善其爆破效果和提升能量利用率，以及为进一步研究切缝二氧化碳爆破成缝机理提供技术支撑。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明一种切缝二氧化碳致裂器内部压力测试系统示意图。
图中：1、致裂器主管；2、发热棒；3、切缝；4、压力表；5、信号采集装置；6、数据处理装置；7、螺母。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明提供一种切缝二氧化碳致裂器内部压力测试系统，所述测试系统包括电压力表4、信号采集装置5以及数据处理装置6；其中，电压力表4通过导线与信号采集装置5电连接，信号采集装置5还通过导线与数据处理装置6电连接；具体地，信号采集装置5用于采集电压力表4传输的压力电信号，并将压力电信号输送至数据处理装置6；数据处理装置6用于接收压力电信号，并绘制出压力变化的时程曲线；电压力表4能够设置于致裂器主管1上，用于监测致裂器主管1内部的压力，并传输至信号采集装置5；进一步地，致裂器主管1内的一端沿其轴向设有发热棒2，并且在致裂器主管1对称的两侧面上设有切缝3，切缝3的设置能够利用高能高压的二氧化碳气体沿致裂器主管的切槽方向集中释放形成线性切割射流，获得精确控制的爆破断裂面，达到定向爆破的目标；本发明提供的切缝二氧化碳致裂器内部压力测试系统，结构简单、有效，能够有效对切缝二氧化碳致裂器内部压力进行测试。
优选地，结合上述方案，如图1所示，电压力表4包括第一电压力表、第二电压力表以及第三电压力表；其中，第一电压力表设置于致裂器主管1上，位于发热棒2一端；该第一电压力表用于监测致裂器主管1内位于发热棒2一端的压力；进一步地，第二电压力表设置于致裂器主管1的中间位置，第二电压力表用于监测致裂器主管1内中间的压力；进一步地，第二电压力表设置于致裂器主管1的尾部，第三电压力表用于监测致裂器主管1内尾部的压力；采用上述方案，通过致裂器主管1头部、中部以及尾部分别设有电压力表4，从而能够检测致裂器管内靠近发热棒位置的压力、中间位置的压力和尾部的压力。
优选地，结合上述方案，如图1所示，在致裂器主管1上钻三个钻孔，钻孔为通孔，孔径与专用的螺母7外径匹配，三个钻孔等距分布在致裂器主管1上，且钻孔的轴线在同一个平面上；其中，一个钻孔位于发热剂端，一个钻孔位于致裂器中间位置，另外一个钻孔位于致裂器的尾部；即在致裂器主管1上位于发热棒2的一端设有第一钻孔，致裂器主管1的中间位置设有第二钻孔，致裂器主管1的尾部设有第三钻孔；并且第一电压力表设置于第一钻孔上，第二电压力表设置于第二钻孔上，第三电压力表设置于第三钻孔上；进一步地，第一钻孔、第二钻孔以及第三钻孔沿致裂器主管1的轴线处于同一个平面上。
优选地，结合上述方案，如图1所示，第一钻孔、第一钻孔以及第三钻孔的轴线形成的面与两条切缝3的中线形成的面相互垂直，这是为了确保对管体的整体强度的破坏影响降低到最低程度。
优选地，结合上述方案，如图1所示，第一钻孔、第一钻孔以及第三钻孔上分别焊接有螺母7；第一电压力表通过螺纹密封连接于第一钻孔的螺母7上，并且在第一电压力表与螺母7的连接处设有密封垫；第二电压力表通过螺纹密封连接于第二钻孔的螺母7上，并且在第二电压力表与螺母7的连接处设有密封垫；第三电压力表通过螺纹密封连接于第三钻孔的螺母7上，并且在第三电压力表与螺母7的连接处设有密封垫；在钻孔上焊接专用的螺母7，焊接时要保证致裂器主管1密封性和连接处的强度不低于致裂器主管材料本身的强度；专用的螺母7的内螺纹与电压力表尾部的外螺纹匹配，然后在螺母7上安装电压力表，在连接处使用密封垫，确保连接处的密封性。
优选地，结合上述方案，如图1所示，电压力表4内的压力敏感元件实时监测致裂器内部压力变化，然后通过其电路板上的微电路模块将压力变化信号经过集成电路放大变成压力电信号；具体地，电压力表4的压力敏感元件到实时监测致裂器内部压力变化，然后通过电路板上的微电路模块将压力变化信号经过集成电路放大变成电信号，信号采集装置5收集电压力表传递的电信号，再将电信号输送给数据处理装置6，最终由数据处理装置6绘制出压力变化的时程曲线。
优选地，结合上述方案，如图1所示，致裂器主管1上有两条切缝3，且对称分布在致裂器主管1上；具体地，切缝3沿致裂器主管1的轴向分别设置于致裂器主管1对称的两侧面上，这样使得致裂器主管1在爆破时能够沿切缝3的诱导方向集中释放形成线性切割射流。
相应地，结合上述方案，如图1所示，本发明还提供一种切缝二氧化碳致裂器内部压力测试方法，所述测试方法采用上述所述切缝二氧化碳致裂器内部压力测试系统；具体地，所述测试方法包括以下过程：
S1：将电压力表密封安装在致裂器主管1上，致裂器主管1上设有切缝3，切缝3的设置能够利用高能高压的二氧化碳气体沿致裂器主管的切槽方向集中释放形成线性切割射流，获得精确控制的爆破断裂面，达到定向爆破的目标；
S2：然后向致裂器主管1内充装液态二氧化碳，且充装到额定压力；再将充装完成的致裂器固定在试验台上；
S3：通过导线电连接电压力表4和信号采集装置5，以及连接信号采集装置5和数据处理装置6；调试信号采集装置5和数据处理装置6，实验前数据处理装置6上显示压力为致裂器的充装压力，表示系统调试完好；
S4：启动致裂器，在爆破瞬间信号采集装置5完成采集电压力表4的压力电信号，并将压力电信号输送至数据处理装置6，数据处理装置6生成压力时程曲线，测试完成；具体地，测定致裂器从启动到完成爆破的过程整个时长，约为40～60ms。
本发明提供的一种切缝二氧化碳致裂器内部压力测试方法，可以测定致裂器从启动到完成爆破的过程整个时长，约为40～60ms，可根据此试验数据不断优化致裂器额定充装压力、发热棒质量以及主管切槽的深度之间的匹配关系。
优选地，结合上述方案，如图1所示，S1步骤中包括：
S11：将第一电压力表设置于致裂器主管1上，位于发热棒2一端；第一电压力表用于监测致裂器主管1内位于发热棒2一端的压力；
S12：将第二电压力表设置于致裂器主管1的中间位置；第二电压力表用于监测致裂器主管1内中间的压力；
S13：将第二电压力表设置于致裂器主管1的尾部；第二电压力表用于监测致裂器主管1内尾部的压力。
本发明提出一种切缝二氧化碳致裂器内部压力测试系统及方法，能够有效测试致裂器内部压力，致力于探索致裂器内部压力的变化；该测试方案根据试验得出致裂器内部的压力成梯度分布，发热棒周围压力>致裂器中间位置压力>致裂器中间尾部压力；这是因为发热棒是为液态二氧化碳气化提供热量的部件，在发热棒高速燃烧的时，其周围液态二氧化碳气化更加充分，升压更快；因此发热棒周围压力明显大于致裂器主管内部其它位置的压力；以此类推，中间位置相比较尾部更靠近发热棒，因此中间位置的压力又大于尾部的压力。
本发明提出一种切缝二氧化碳致裂器内部压力测试系统及方法，还可以测定致裂器从启动到完成爆破的过程整个时长，可根据此试验数据不断优化致裂器额定充装压力、发热棒质量以及主管切槽的深度之间的匹配关系，发挥致裂器的最佳性能、改善其爆破效果和提升能量利用率，以及为进一步研究切缝二氧化碳爆破成缝机理提供技术支撑。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。
Claims (3)
1.一种切缝二氧化碳致裂器内部压力测试系统，其特征在于，所述测试系统包括电压力表(4)、信号采集装置(5)以及数据处理装置(6)；
所述信号采集装置(5)用于采集所述电压力表(4)传输的压力电信号，并将所述压力电信号输送至所述数据处理装置(6)；
所述数据处理装置(6)用于接收所述压力电信号，并绘制出压力变化的时程曲线；
所述电压力表(4)能够设置于致裂器主管(1)上，用于监测所述致裂器主管(1)内部的压力，并传输至所述信号采集装置(5)；
所述致裂器主管(1)内的一端沿其轴向设有发热棒(2)，并且在所述致裂器主管(1)对称的两侧面上设有切缝(3)；所述切缝(3)沿所述致裂器主管(1)的轴向分别设置于所述致裂器主管(1)对称的两侧面上；所述致裂器主管(1)在爆破时能够沿所述切缝(3)的诱导方向集中释放形成线性切割射流；
所述电压力表(4)包括第一电压力表、第二电压力表以及第三电压力表；
所述第一电压力表设置于所述致裂器主管(1)上，位于所述发热棒(2)一端；所述第一电压力表用于监测所述致裂器主管(1)内位于所述发热棒(2)一端的压力；
所述第二电压力表设置于所述致裂器主管(1)的中间位置，所述第二电压力表用于监测所述致裂器主管(1)内中间的压力；
所述第二电压力表设置于所述致裂器主管(1)的尾部，所述第三电压力表用于监测所述致裂器主管(1)内尾部的压力；
所述致裂器主管(1)上位于所述发热棒(2)的一端设有第一钻孔，所述致裂器主管(1)的中间位置设有第二钻孔，所述致裂器主管(1)的尾部设有第三钻孔；所述第一电压力表设置于所述第一钻孔上，所述第二电压力表设置于所述第二钻孔上，所述第三电压力表设置于所述第三钻孔上；所述第一钻孔、所述第二钻孔以及所述第三钻孔沿所述致裂器主管(1)的轴线处于同一个平面上；
所述第一钻孔、所述第二钻孔以及所述第三钻孔上分别焊接有螺母(7)；所述第一电压力表通过螺纹密封连接于所述第一钻孔的螺母(7)上，并且在所述第一电压力表与所述螺母(7)的连接处设有密封垫；所述第二电压力表通过螺纹密封连接于所述第二钻孔的螺母(7)上，并且在所述第二电压力表与所述螺母(7)的连接处设有密封垫；所述第三电压力表通过螺纹密封连接于所述第三钻孔的螺母(7)上，并且在所述第三电压力表与所述螺母(7)的连接处设有密封垫；
所述电压力表(4)内的压力敏感元件实时监测致裂器内部压力变化，然后通过其电路板上的微电路模块将压力变化信号经过集成电路放大变成所述压力电信号。
2.根据权利要求1所述的切缝二氧化碳致裂器内部压力测试系统，其特征在于，所述第一钻孔、所述第二钻孔以及所述第三钻孔的轴线形成的面与两条所述切缝(3)的中线形成的面相互垂直。
3.一种切缝二氧化碳致裂器内部压力测试方法，其特征在于，所述测试方法包括以下过程：
S1：将电压力表密封安装在致裂器主管(1)上，所述致裂器主管(1)上设有切缝(3)；所述致裂器主管(1)内的一端沿其轴向设有发热棒(2)，并且在所述致裂器主管(1)对称的两侧面上设有切缝(3)；所述切缝(3)沿所述致裂器主管(1)的轴向分别设置于所述致裂器主管(1)对称的两侧面上；所述致裂器主管(1)在爆破时能够沿所述切缝(3)的诱导方向集中释放形成线性切割射流；
S2：然后向致裂器主管(1)内充装液态二氧化碳，且充装到额定压力；再将充装完成的致裂器固定在试验台上；
S3：通过导线电连接电压力表和信号采集装置，以及连接信号采集装置和数据处理装置；调试信号采集装置和数据处理装置，实验前数据处理装置上显示压力为致裂器的充装压力；
S4：启动致裂器，在爆破瞬间信号采集装置5采集电压力表4的压力电信号，并将压力电信号输送至数据处理装置6，数据处理装置6生成压力时程曲线，测试完成；
所述S1步骤中包括：
S11：将第一电压力表设置于所述致裂器主管(1)上，位于所述发热棒(2)一端；所述第一电压力表用于监测所述致裂器主管(1)内位于所述发热棒(2)一端的压力；
S12：将第二电压力表设置于所述致裂器主管(1)的中间位置；所述第二电压力表用于监测所述致裂器主管(1)内中间的压力；
S13：将第二电压力表设置于所述致裂器主管(1)的尾部；所述第二电压力表用于监测所述致裂器主管(1)内尾部的压力。
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