CN114839345B - 一种多物理场耦合高压气体爆破系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多物理场耦合高压气体爆破系统及使用方法，包括高压气体制作系统、多物理场耦合系统及测试分析系统，多物理场耦合系统与高压气体制作系统通过高压气管连通，测试分析系统分别与高压气体制作系统和多物理场耦合系统电气连接。其使用方法包括系统装配，系统调试，气体爆破实验，实验数据采集及数据分析处理五个步骤。本发明适用于1000‑2000m深部矿山高地应力、高温等条件下高压气体爆破煤岩体应力扰动及损伤演化规律等问题的研究；在实现实验室内模拟深部矿山高地应力、高温等多重环境，同时满足不规则类型试件测试的需要，能有效的克服高压气体爆破实验中产生的震荡及伤害，并简单精确高效的全面获取应力、损伤、试件破坏形变等实验数据。

Description

一种多物理场耦合高压气体爆破系统及使用方法

技术领域

本发明涉及一种多物理场耦合高压气体爆破系统及使用方法，属于深部矿山灾害防治领域。

背景技术

我国的大量学者和科研人员一直致力于煤矿瓦斯灾害防治的研究，各类研究表明了煤矿瓦斯抽采效率低和瓦斯灾变是由我国地质条件和煤层沉积效应等多因素共同造成。大多数研究者依托于数值模拟软件开展研究，无法通过实验测出结果。为了满足实验需要，目前国内外学者研发了多种的设备，但这些设备在实际使用中，一方面设备功能和结构单一，仅能满足特性实验监测需要，导致设备的灵活性、通用性受到较大的影响；另一方面无法对实际环境进行模拟仿真，导致实验结果存在较大的误差，难以有效满足实际使用的需要。目前现有的实验手段均不能很好地模拟深部多物理场耦合条件下高压气体爆破煤体裂隙发育过程。

因此，需迫切的设计研发一种功能性全、灵活性较好的多物理场耦合条件下高压气体爆破测试实验装置及方法，以满足实际使用的需要。

发明内容

为了解决现有技术上的不足，本发明提供一种多物理场耦合高压气体爆破系统及使用方法。

一种多物理场耦合高压气体爆破系统，其特征在于：所述的多物理场耦合高压气体爆破系统包括高压气体制作系统、多物理场耦合系统及测试分析系统，所述多物理场耦合系统通过与高压气体制作系统通过高压气管连通，所述测试分析系统分别与高压气体制作系统、多物理场耦合系统电气连接，所述的高压气体制作系统是提供高压气体动力源，为后续实验提供气体动力；所述多场耦合系统是基于实验室模拟深部矿山高地应力、高温等多重环境；所述测试分析系统一方面是监测模拟环境的参数变化，另一方面是获取实验数据，然后通过数据处理终端做数据分析处理。

进一步的，所述的高压气体制作系统包括空气压缩机、空气增压泵、压力釜、气体流量计、数控表、高压电磁阀、高压气管和控制阀门，其中所述空气压缩机通过高压气管与空气增压泵连通，所述压力釜设一个进气口、至少一个排气口，其中所述的进气口通过高压气管与空气增压泵连通，所述排气口通道高压气管与多物理场耦合系统连通，每个压力釜均与至少一个多物理场耦合系统连通，且多物理场耦合系统为多个时，各多物理场耦合系统间相互并联，所述进气口、排气口与高压气管间通过控制阀门连通，其中与多物理场耦合系统连通的高压气管设一个高压电磁阀，且高压电磁阀两端对应位置的高压气管上分别设一个气体流量计、数控表，所述括空气压缩机、空气增压泵、气体流量计、数控表、高压电磁阀和控制阀门均与测试分析系统电气连接。

进一步的，多物理场耦合系统包括承载箱板、隔热装置、连接阻尼器、致裂管、液压囊袋、加热机构、应力传感器、声发射监测装置、温度传感器、液压站、PVDF传感器及监控摄像头，所述承载箱板共六个，各承载箱板间通过连接阻尼器连接并构成长方体闭合腔体结构的实验腔，所述承载箱板内表面均与一个隔热装置连接并同轴分布，所述隔热装置为横断面呈矩形得板状结构，且隔热装置面积为承载箱板内表面50%—90%，所述隔热装置内表面另设至少两个环绕其轴线均布的加热机构，所述加热机构间相互并联，所述应力传感器、声发射监测装置及温度传感器均嵌于隔热装置内表面，其中应力传感器与隔热装置同轴分布，所述声发射监测装置及温度传感器均至少两个，环绕应力传感器轴线分布，所述液压囊袋嵌于实验腔内并为实验腔同心分布的闭合腔体结构，并与实验腔对应各隔热装置连接，所述液压囊袋通过导流管与液压站连通，且液压站位于实验腔外，所述液压囊袋上端面处设致裂管，所述致裂管与实验腔同轴分布且其上端面位于实验腔外，并与高压气体制作系统的高压气管连通，下端面位于液压囊袋内，所述监控摄像头至少一个并位于液压囊袋内，所述PVDF传感器至少一个，位于致裂管内沿致裂管轴线方向分布并与致裂管内侧面连接，所述加热机构、应力传感器、声发射监测装置、温度传感器、液压站、PVDF传感器均与测试分析系统电气连接。

进一步的，所述的隔热装置包括硬质隔热基座、承载龙骨、承载弹簧、弹性隔热衬板，所述承载基座为横断面呈“凵”字形槽状结构，所述承载龙骨嵌于隔热基座上端面内，与隔热基座同轴分布并与硬质隔热基座侧壁间滑动连接，且所述承载龙骨后端面另通过若干承载弹簧与硬质隔热基座槽底连接，所述承载龙骨呈格栅板结构，并将硬质隔热基座分割为至少四个独立的承载腔，所述弹性隔热衬板嵌于承载腔内并与承载腔同轴分布，同时所述加热机构嵌于弹性隔热衬板内，所述应力传感器、声发射监测装置嵌于承载龙骨前端面。

进一步的，所述的加热机构为电加热丝、电加热板中的任意一种。

进一步的，所述的承载箱板为横断面呈矩形的板状结构，其外表面均布若干呈“井”字形机构排布的强化筋板，所述强化筋板高度不小于5mm，且其横端面呈矩形及等腰梯形结构中的任意一种，所述强化筋板另设导向孔，并通过导向孔包覆在连接阻尼器外，并与连接阻尼器间滑动连接。

进一步的，所述的连接阻尼器包括导向套、连接杆、碟形弹簧、连接滑轨、护角、压力传感器及定位销，所述连接滑轨下端面与承载箱板外表面连接，且每个承载箱板外表面均与至少四条连接滑轨，各连接滑轨环绕承载箱板中心均布，并与承载箱板外表面平行分布，且承载箱板每个侧表面处均设至少一条与承载箱板侧表面平行分布的连接滑轨，所述连接滑轨上端面及外侧面均设一条横断面呈“凵”的导向槽，所述连接滑轨中，对称分布在承载箱板中线两侧并相互平行分布的两连接滑轨间通过至少一条连接杆连接，所述连接杆与连接滑轨垂直分布，其两端分布通过导向套与连接滑轨的导向槽滑动连接，所述导向套为轴向截面呈“匚”字形柱状腔体结构，包覆在连接杆外，与连接杆同轴分布并于连接杆外表面滑动连接，所述连接杆两端与导向套槽底间均通过至少一条碟形弹簧相抵，所述碟形弹簧于导向套底部接触面处另设一个压力传感器，且压力传感器与导向套同轴分布，且各压力传感器与测试分析系统电气连接，所述护角至少两个，沿承载箱板侧表面方向均布，所述护角为横断面呈等腰直角三角形的槽状结构，其两侧边分别与相邻两个承载箱板的相邻侧边位置的连接滑轨外侧面位置的导向槽滑动连接，且护角侧表面另通过定位销与承载箱板外表面连接。

进一步的，所述的连接杆包括杆体、调节螺套、承压弹簧、弹性支撑垫块，所述杆体两条，两杆体间同轴分布，其前端面分别嵌于导向套内并通过导向套与连接滑轨滑动连接，后端面嵌于调节螺套内，与调节螺套同轴分布并与调节螺套间通过螺纹连接，且两杆体后端面间间距不小于调节螺套长度的10%，且两杆体后端面间通过承压弹簧连接，且承压弹簧嵌于调节螺套内并与杆体同轴分布，所述杆体另通过至少两个沿杆体轴线均布的弹性支撑垫块与承载箱板外表面相抵。

进一步的，所述测试分析系统包括动态应变仪、声发射监测装置接收系统、温度控制器、温度监测装置接收系统、孔内窥视器、基于工业计算机的控制电路及数据处理终端，所述基于工业计算机的控制电路及数据处理终端间通过数据线建立数据连接，所述基于工业计算机的控制电路分别与动态应变仪、声发射监测装置接收系统、温度控制器、温度监测装置接收系统、孔内窥视器、高压气体制作系统、多物理场耦合系统电气连接，所述数据处理终端分别与动态应变仪、声发射监测装置接收系统、温度监测装置接收系统、孔内窥视器间通过数据线建立数据连接，所述动态应变仪分别与多物理场耦合系统的各应力传感器和PVDF传感器电气连接，所述声发射监测装置接收系统与多物理场耦合系统的各声发射监测装置电气连接；所述温度控制器分别与温度监测装置接收系统及多物理场耦合系统的各加热机构、温度传感器电气连接；所述孔内窥视器与多物理场耦合系统的各监控摄像头电气连接。

一种多物理场耦合高压气体爆破系统的使用方法，包括如下步骤：

S1，系统装配，对高压气体制作系统、多物理场耦合系统及测试分析系统进行组装间对其进行电气连接，然后将数据处理终端与外部监控及输出终端设备建立数据连接，即可完成系统的装配；

S2，系统调试，完成S1步骤后，根据实验需要，首先依次检查高压气体制作系统、多物理场耦合系统连接气路是否漏气，同时对测试分析系统各电路系统运行状态进行检测，并对检测过程中发现的故障进行修复排除，最后将致裂管预先通过植筋胶埋放在受载试件的致裂孔中，同时将PVDF传感器嵌入到受载试件的致裂孔中，将受载试件固定到液压囊袋内，并驱动液压占对液压囊袋进行增压，通过液压囊袋对受载试件进行三维作用力预加载；最后在完成试件安装固定后对多物理场耦合系统进行密封；

S3，气体爆破实验，完成S2步骤后，首先通过测试分析系统的动态应变仪和多物理场耦合系统的应力传感器对受载压力承受三维压力进行精确检测，测试分析系统的温度控制器、温度监测装置接收系统与多物理场耦合系统的加热机构和温度传感器系统运行，对受载试件高压气体爆破作业时的温度环境精确调整并检测，在满足实验的条件下，通过高压气体制作系统制作高压气体进行高压气体爆破实验，通过动态应变仪和声发射接收系统对高压气体爆破实验时试样块高压气体爆破实验时的压力变化及损伤状态进行检测，同时通过多物理场耦合系统的监控摄像与测试分析系统的孔内窥视器配合，对受载试件在多种复杂环境下观察高压气体爆破前后受载试件致裂孔内部裂隙的变化；

S4,实验数据采集，在S3步骤运行中，一方面通过高压气体制作系统的气体流量计、数控表对参与实验作业的气流压力、流量进行检测统计；另一方面通过多物理场耦合系统的应力传感器、声发射监测装置、温度传感器、液压站、PVDF传感器及监控摄像头及压力传感器对爆破实验作业中围压压力、爆破实验气体压力、爆破裂隙产生及发育状态进行采集，并将采集的信息统一发送至测试分析系统；

S5，数据分析处理，完成S3步骤后，通过测试分析系统数据处理终端对获取的高压气体爆破实验数据进行分析处理，即可完成高压气体爆破实验。

本发明系统结构集成化程度及智能化程度高，适用于1000-2000 m深部矿山高地应力、高温等条件下高压气体爆破煤岩体应力扰动及损伤演化规律等问题的研究,一方面可有效满足多种不规则形状的试样在实验室内模拟多物理场耦合条件进行仿真实验，从而发挥了本发明系统运行的灵活性和通用性；另一方面在高压气体爆破过程中，测试系统能够精确高效全面的获取应力、损伤、试件破坏形变等实验数据，同时也可有效的克服高压气体爆破实验时产生的高压气体爆破振动造成的伤害，极大的提高了多物理场耦合条件下高压气体爆破的安全性和可靠性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明系统结构示意图；

图2为高压气体制作系统局部结构示意图；

图3为多物理场耦合系统局部结构示意图；

图4为连接阻尼器与承载箱板间局部连接结构示意图；

图5为连接阻尼器局部结构示意图；

图6为测试分析系统原理结构示意图；

图7为本发明方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于施工，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1—6所示，一种多物理场耦合高压气体爆破系统，其特征在于：所述的多物理场耦合高压气体爆破系统包括高压气体制作系统1、多物理场耦合系统2及测试分析系统3，所述多物理场耦合系统3通过与高压气体制作系统1通过高压气管连通，所述测试分析系统分别3与高压气体制作系统1、多物理场耦合系统2电气连接，所述的高压气体制作系统1是提供高压气体动力源，为后续实验提供气体动力；所述多场耦合系统2是基于实验室模拟深部矿山高地应力、高温等多重环境；所述测试分析系统3一方面是监测模拟环境的参数变化，另一方面是获取实验数据，然后通过数据处理终端做数据分析处理。

本实施例中，所述的高压气体制作系统1包括空气压缩机101、空气增压泵102、压力釜103、气体流量计104、数控表105、高压电磁阀106、高压气管107和控制阀门108，其中所述空气压缩机101通过高压气管107与空气增压泵102连通，所述空气增压泵102通过高压气管107与压力釜103连通，所述压力釜103设一个进气口1031、至少一个排气口1032，其中所述的进气口1031通过高压气管107与空气增压泵102连通，所述排气口1032通道高压气管107与多物理场耦合系统2连通，每个压力釜103均与至少一个多物理场耦合系统2连通，且多物理场耦合系统2为多个时，各多物理场耦合系统2间相互并联，所述进气口1031、排气口1032与高压气管107间通过控制阀门108连通，其中与多物理场耦合系统2连通的高压气管107设一个高压电磁阀106，且高压电磁阀106两端对应位置的高压气管107上分别设一个气体流量计104、数控表105，所述括空气压缩机101、空气增压泵102、气体流量计104、数控表105、高压电磁阀106和控制阀门108均与测试分析系统3电气连接。

其中，空气压缩机是提供气体动力源，将气体增压供给空气增压泵；所述空气增压泵是一种气体加压装置，其主要是由铝合金和不锈钢材料制造，能够将气体增压到80 MPa；所述压力釜是用来储存高压气体的装置，其连接于增压泵和高压电磁阀之间，主要用于储存高压气体，为后续实验提供稳定和充足的气体压力；所述的气体流量计为两个，其中一个气体流量计通过高压气管连接压力釜和高压电磁阀之间，用于监测高压气体释放前的气体流量，另一个气体流量计通过高压气管连接到高压电磁阀和多物理场耦合系统之间，用于监测高压气体爆破后释放的气体流量，通过前后气体流量差的计算得到高压气体爆破前后气体的释放量；所述数控表是用于控制高压电磁阀释放压力；所述的高压电磁阀是控制释放高压气体的执行器；所述高压气管主要用于连接各个装置，将其组成一个整体；所述控制阀门是用于密封高压气管与各个装置之间，起到密闭的作用。

重点说明的，所述的多物理场耦合系统2包括承载箱板21、隔热装置22、连接阻尼器23、致裂管24、液压囊袋25、加热机构26、应力传感器27、声发射监测装置28、温度传感器29、液压站201、PVDF传感器203及监控摄像头202，所述承载箱板21共六个，各承载箱板21间通过连接阻尼器23连接并构成长方体闭合腔体结构的实验腔，所述承载箱板21内表面均与一个隔热装置22连接并同轴分布，所述隔热装置22为横断面呈矩形得板状结构，且隔热装置22面积为承载箱板21内表面50%—90%，所述隔热装置22内表面另设至少两个环绕其轴线均布的加热机构26，所述加热机构26间相互并联，所述应力传感器27、声发射监测装置28及温度传感器29均嵌于隔热装置22内表面，其中应力传感器27与隔热装置22同轴分布，所述声发射监测装置28及温度传感器29均至少两个，环绕应力传感器27轴线均布，且各承载箱板21上设置的加热机构26、应力传感器27、声发射监测装置28、温度传感器29相互并联，所述液压囊袋25嵌于实验腔内并为实验腔同心分布的闭合腔体结构，并与实验腔对应各隔热装置22连接，所述液压囊袋25通过导流管与液压站201连通，且液压站201位于实验腔外，所述液压囊袋25上端面处设致裂管24，所述致裂管24与实验腔同轴分布且其上端面位于实验腔外，并与高压气体制作系统1的高压气管107连通，其下端面位于液压囊袋内，所述监控摄像头202至少一个并位于液压囊袋25内，所述PVDF传感器203至少一个，位于致裂管内，沿致裂管24轴线方向分布并与致裂管24内侧面连接，所述加热机构26、应力传感器27、声发射监测装置28、温度传感器29、液压站201均与测试分析系统3电气连接。

进一步优化的，致裂管24是由直径10—20 mm，管壁厚5 mm的钢制材料制作，将其与受载试件通过植筋胶固定。

其中，所述的隔热装置22包括硬质隔热基座221、承载龙骨222、承载弹簧223、弹性隔热衬板224，所述承载基座221为横断面呈“凵”字形槽状结构，所述承载龙骨222嵌于隔热基座221上端面内，与隔热基座221同轴分布并与硬质隔热基座221侧壁间滑动连接，且所述承载龙骨222后端面另通过若干承载弹簧223与硬质隔热基座221槽底连接，所述承载龙骨222呈格栅板结构，并将硬质隔热基座221分割为至少四个独立的承载腔225，所述弹性隔热衬板224嵌于承载腔225内并与承载腔225同轴分布，同时所述加热机构26嵌于弹性隔热衬板224内，所述应力传感器27、声发射监测装置28嵌于承载龙骨222前端面。

进一步优化的，所述的加热机构26为电加热丝、电加热板中的任意一种。

同时，所述的承载箱板21为横断面呈矩形的板状结构，其外表面均布若干呈“井”字形机构排布的强化筋板211，所述强化筋板211高度不小于5mm，且其横端面呈矩形及等腰梯形结构中的任意一种，所述强化筋板211另设导向孔212，并通过导向孔212包覆在连接阻尼器23外，并与连接阻尼器23间滑动连接；

此外，承载箱板采用左右板尺寸为600×600 mm，前后板尺寸为500×500 mm，上下板尺寸为600×650 mm，厚度均为30 mm的低合金结构钢钢板，其主要由上下板和四周板通过镶嵌组合的方式进行固定。

进一步优化，在进行承载箱板组装时，采用上下左右前后6个方位的板镶嵌组合，其中在左右板的尺寸较前后板多100 mm，在前后板四周的4个边界端部、左右板的上下边界端部分别制作长×宽×高=500×10×10 mm的凸出体，在距左右板两边边界50 mm处、上下板四边边界50 mm处分别制作长×宽×高=500×10×10 mm的凹陷密封槽，将6个面板通过凹凸镶嵌的方式组合，在上下左右4个面距边界25 mm处分别打若干个直径为12 mm的固定孔，用于放置固定阻尼装置。

重点说明的，所述的连接阻尼器23包括导向套231、连接杆232、碟形弹簧233、连接滑轨234、护角235、压力传感器236及定位销237，所述连接滑轨234下端面与承载箱板21外表面连接，且每个承载箱板21外表面均与至少四条连接滑轨234，各连接滑轨234环绕承载箱板21中心均布，并与承载箱板21外表面平行分布，且承载箱板21每个侧表面处均设至少一条与承载箱板21侧表面平行分布的连接滑轨234，所述连接滑轨234上端面及外侧面均设一条横断面呈“凵”的导向槽238，所述连接滑轨234中，对称分布在承载箱板21中线两侧并相互平行分布的两连接滑轨234间通过至少一条连接杆232连接，所述连接杆232与连接滑轨234垂直分布，其两端分布通过导向套231与连接滑轨234的导向槽238滑动连接，所述导向套231为轴向截面呈“匚”字形柱状腔体结构，包覆在连接杆232外，与连接杆232同轴分布并于连接杆232外表面滑动连接，所述连接杆232两端与导向套231槽底间均通过至少一条碟形弹簧233相抵，所述碟形弹簧233于导向套231底部接触面处另设一个压力传感器236，且压力传感器236与导向套231同轴分布，且各压力传感器236与测试分析系统3电气连接，所述护角235至少两个，沿承载箱板21侧表面方向均布，所述护角235为横断面呈等腰直角三角形的槽状结构，其两侧边分别与相邻两个承载箱板21的相邻侧边位置的连接滑轨234外侧面位置的导向槽238滑动连接，且护角235侧表面另通过定位销237与承载箱板21外表面连接。

其中，所述的连接杆232包括杆体2321、调节螺套2322、承压弹簧2323、弹性支撑垫块2324，所述杆体2321两条，两杆体2321间同轴分布，其前端面分别嵌于导向套231内并通过导向套231与连接滑轨234滑动连接，后端面嵌于调节螺套2322内，与调节螺套2322同轴分布并与调节螺套2322间通过螺纹连接，且两杆体2321后端面间间距不小于调节螺套2322长度的10%，且两杆体2321后端面间通过承压弹簧2323连接，且承压弹簧2323嵌于调节螺套2322内并与杆体2321同轴分布，所述杆体2321另通过至少两个沿杆体2321轴线均布的弹性支撑垫块2324与承载箱板21外表面相抵。

连接阻尼器23在运行时，一方面用于固定承载箱板，另一方面用于缓冲消耗高压气体爆破后产生的能量，其中压力传感器可对连接阻尼器对承载箱板安装定位作用力及实验时产生得高压气体爆破作用力进行精确检测。

本实施例中，所述测试分析系统3包括动态应变仪31、声发射监测装置接收系统32、温度控制器33、温度监测装置接收系统34、孔内窥视器35、基于工业计算机的控制电路36及数据处理终端37，所述基于工业计算机的控制电路36及数据处理终端37间通过数据线建立数据连接，所述基于工业计算机的控制电路36分别与动态应变仪31、声发射监测装置接收系统32、温度控制器33、温度监测装置接收系统34、孔内窥视器35、高压气体制作系统1、多物理场耦合系统2电气连接，所述数据处理终端37分别与动态应变仪31、声发射监测装置接收系统32、温度监测装置接收系统34、孔内窥视器35间通过数据线建立数据连接，所述动态应变仪31与多物理场耦合系统2的各应力传感器27电气连接，所述声发射监测装置接收系统32与多物理场耦合系统2的各声发射监测装置28电气连接；所述温度控制器33分别与温度监测装置接收系统34及多物理场耦合系统的各加热机构26、温度传感器29电气连接；所述孔内窥视器与多物理场耦合系统2的各监控摄像头202电气连接。

如图1和7所示，一种多物理场耦合高压气体爆破系统的使用方法，包括如下步骤：

S1，系统装配，对高压气体制作系统、多物理场耦合系统及测试分析系统进行组装间对其进行电气连接，然后将数据处理终端与外部监控及输出终端设备建立数据连接，即可完成系统的装配；

S2，系统调试，完成S1步骤后，根据实验需要，首先依次检查高压气体制作系统、多物理场耦合系统连接气路是否漏气，同时对测试分析系统各电路系统运行状态进行检测，并对检测过程中发现的故障进行修复排除，最后将致裂管预先通过植筋胶埋放在受载试件的致裂孔中，同时将PVDF传感器嵌入到受载试件的致裂孔中，将受载试件固定到液压囊袋内，并驱动液压占对液压囊袋进行增压，通过液压囊袋对受载试件进行三维作用力预加载；最后在完成试件安装固定后对多物理场耦合系统进行密封；

S3，气体爆破实验，完成S2步骤后，首先通过测试分析系统的动态应变仪和多物理场耦合系统的应力传感器对受载压力承受三维压力进行精确检测，测试分析系统的温度控制器、温度监测装置接收系统与多物理场耦合系统的加热机构和温度传感器系统运行，对受载试件高压气体爆破作业时的温度环境精确调整并检测，在满足实验的条件下，通过高压气体制作系统制作高压气体进行高压气体爆破实验，通过动态应变仪和声发射接收系统对高压气体爆破实验时试样块高压气体爆破实验时的压力变化及损伤状态进行检测，同时通过多物理场耦合系统的监控摄像与测试分析系统的孔内窥视器配合，对受载试件在多种复杂环境下观察高压气体爆破前后受载试件致裂孔内部裂隙的变化；

S4,实验数据采集，在S3步骤运行中，一方面通过高压气体制作系统的气体流量计、数控表对参与实验作业的气流压力、流量进行检测统计；另一方面通过多物理场耦合系统的应力传感器、声发射监测装置、温度传感器、液压站、PVDF传感器及监控摄像头及压力传感器对爆破实验作业中围压压力、爆破实验气体压力、爆破裂隙产生及发育状态进行采集，并将采集的信息统一发送至测试分析系统；

S5，数据分析处理，完成S3步骤后，通过测试分析系统数据处理终端对获取的高压气体爆破实验数据进行分析处理，即可完成高压气体爆破实验；

在数据分析中，一方面通过PVDF传感器可实现监测爆破高压气体爆破作用力在致裂孔孔壁的压力；另一方面通过监控摄像头实现对高压气体爆破前后致裂孔孔内破坏状态进行监控观测。

本发明系统结构集成化程度及智能化程度高，适用于1000-2000 m深部矿山高地应力、高温等条件下高压气体爆破煤岩体应力扰动及损伤演化规律等问题的研究,一方面可有效满足多种不规则形状的试样在实验室内模拟多物理场耦合条件进行仿真实验，从而发挥了本发明系统运行的灵活性和通用性；另一方面在高压气体爆破过程中，测试系统能够精确高效全面的获取应力、损伤、试件破坏形变等实验数据，同时也可有效的克服高压气体爆破实验时产生的高压气体爆破振动造成的伤害，极大的提高了多物理场耦合条件下高压气体爆破的安全性和可靠性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种多物理场耦合高压气体爆破系统，其特征在于：所述的多物理场耦合高压气体爆破系统包括高压气体制作系统、多物理场耦合系统及测试分析系统，所多物理场耦合系统与高压气体制作系统连通，所述测试分析系统分别与高压气体制作系统、多物理场耦合系统电气连接，所述高压气体制作系统、多物理场耦合系统及测试分析系统间相互电连接，且多物理场耦合系统位于高压气体制作系统及测试分析系统上方；所述的多物理场耦合系统包括承载箱板、隔热装置、连接阻尼器、致裂管、液压囊袋、加热机构、应力传感器、声发射监测装置、温度传感器、液压站、PVDF传感器及监控摄像头，所述承载箱板共六个，各承载箱板间通过连接阻尼器连接并构成长方体闭合腔体结构的试验腔，所述承载箱板内表面均与一个隔热装置连接并同轴分布，所述隔热装置为横断面呈矩形得板状结构，且隔热装置面积为承载箱板内表面50%—90%，所述隔热装置内表面另设至少两个环绕其轴线均布的加热机构，所述加热机构间相互并联，所述应力传感器、声发射监测装置及温度传感器均嵌于隔热装置内表面，其中应力传感器与隔热装置同轴分布，所述声发射监测装置及温度传感器均至少两个，环绕应力传感器轴线均布，且各承载箱板上设置的加热机构、应力传感器、声发射监测装置、温度传感器相互并联，所述液压囊袋嵌于试验腔内并为试验腔同心分布的闭合腔体结构，并与试验腔对应各隔热装置连接，所述液压囊袋通过导流管与液压站连通，且液压站位于试验腔外，所述液压囊袋上端面与致裂管连通，所述致裂管与试验腔同轴分布且其上端面位于试验腔外，并与高压气体制作系统的高压气管连通，所述监控摄像头至少一个并嵌于液压囊袋内，所述PVDF传感器至少一个，沿致裂管轴线方向分布，所述加热机构、应力传感器、声发射监测装置、温度传感器、液压站、PVDF传感器均与测试分析系统电气连接；所述的连接阻尼器包括导向套、连接杆、碟形弹簧、连接滑轨、护角、压力传感器及定位销，所述连接滑轨下端面与承载箱板外表面连接，且每个承载箱板外表面均与至少四条连接滑轨，各连接滑轨环绕承载箱板中心均布，并与承载箱板外表面平行分布，且承载箱板每个侧表面处均设至少一条与承载箱板侧表面平行分布的连接滑轨，所述连接滑轨上端面及外侧面均设一条横断面呈“凵”的导向槽，所述连接滑轨中，对称分布在承载箱板中线两侧并相互平行分布的两连接滑轨间通过至少一条连接杆连接，所述连接杆与连接滑轨垂直分布，其两端分布通过导向套与连接滑轨的导向槽滑动连接，所述导向套为轴向截面呈“匚”字形柱状腔体结构，包覆在连接杆外，与连接杆同轴分布并于连接杆外表面滑动连接，所述连接杆两端与导向套槽底间均通过至少一条碟形弹簧相抵，所述碟形弹簧于导向套底部接触面处另设一个压力传感器，且压力传感器与导向套同轴分布，与测试分析系统电气连接，所述护角至少两个，沿承载箱板侧表面方向均布，所述护角为横断面呈等腰直角三角形的槽状结构，其两侧边分别与相邻两个承载箱板的相邻侧边位置的连接滑轨外侧面位置的导向槽滑动连接，且护角侧表面另通过定位销与承载箱板外表面连接。

2.根据权利要求1所述的一种多物理场耦合高压气体爆破系统，其特征在于：所述的高压气体制作系统包括空气压缩机、空气增压泵、压力釜、气体流量计、数控表、高压电磁阀、高压气管和控制阀门，其中所述空气压缩机通过高压气管与空气增压泵连通，所述空气增压泵通过高压气管与压力釜连通，所述压力釜设一个进气口、至少一个排气口，其中所述的进气口通过高压气管与空气增压泵连通，所述排气口通道高压气管与多物理场耦合系统连通，每个压力釜均与至少一个多物理场耦合系统连通，且多物理场耦合系统为多个时，各多物理场耦合系统间相互并联，所述进气口、排气口与高压气管间通过控制阀门连通，其中与多物理场耦合系统连通的高压气管设一个高压电磁阀，且高压电磁阀两端对应位置的高压气管上分别设一个气体流量计、数控表，所述括空气压缩机、空气增压泵、气体流量计、数控表、高压电磁阀和控制阀门均与测试分析系统电气连接。

3.根据权利要求1所述的一种多物理场耦合高压气体爆破系统，其特征在于：所述的隔热装置包括硬质隔热基座、承载龙骨、承载弹簧、弹性隔热衬板，所述硬质隔热基座为横断面呈“凵”字形槽状结构，所述承载龙骨嵌于隔热基座上端面内，与隔热基座同轴分布并与硬质隔热基座侧壁间滑动连接，且所述承载龙骨后端面另通过若干承载弹簧与硬质隔热基座槽底连接，所述承载龙骨呈格栅板结构，并将硬质隔热基座分割为至少四个独立的承载腔，所述弹性隔热衬板嵌于承载腔内并与承载腔同轴分布，同时所述加热机构嵌于弹性隔热衬板内，所述应力传感器、声发射监测装置嵌于承载龙骨前端面。

4.根据权利要求1所述的一种多物理场耦合高压气体爆破系统，其特征在于：所述的加热机构为电加热丝、电加热板中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种多物理场耦合高压气体爆破系统，其特征在于：所述的承载箱板为横断面呈矩形的板状结构，其外表面均布若干呈“井”字形机构排布的强化筋板，所述强化筋板高度不小于5毫米，且其横端面呈矩形及等腰梯形结构中的任意一种，所述强化筋板另设导向孔，并通过导向孔包覆在连接阻尼器外，并与连接阻尼器间滑动连接。

6.根据权利要求1所述的一种多物理场耦合高压气体爆破系统，其特征在于：所述的连接杆包括杆体、调节螺套、承压弹簧、弹性支撑垫块，所述杆体两条，两杆体间同轴分布，其前端面分别嵌于导向套内并通过导向套与连接滑轨滑动连接，后端面嵌于调节螺套内，与调节螺套同轴分布并与调节螺套间通过螺纹连接，且两杆体后端面间间距不小于调节螺套长度的10%，且两杆体后端面间通过承压弹簧连接，且承压弹簧嵌于调节螺套内并与杆体同轴分布，所述杆体另通过至少两个沿杆体轴线均布的弹性支撑垫块与承载箱板外表面相抵。

7.根据权利要求1所述的一种多物理场耦合高压气体爆破系统，其特征在于：所述测试分析系统包括动态应变仪、声发射监测装置接收系统、温度控制器、温度监测装置接收系统、孔内窥视器、基于工业计算机的控制电路及数据处理终端，所述基于工业计算机的控制电路及数据处理终端间通过数据线建立数据连接，所述基于工业计算机的控制电路分别与动态应变仪、声发射监测装置接收系统、温度控制器、温度监测装置接收系统、孔内窥视器、高压气体制作系统、多物理场耦合系统电气连接，所述数据处理终端分别与动态应变仪、声发射监测装置接收系统、温度监测装置接收系统、孔内窥视器间通过数据线建立数据连接，所述动态应变仪与多物理场耦合系统的各应力传感器电气连接，所述声发射监测装置接收系统与多物理场耦合系统的各声发射监测装置电气连接；所述温度控制器分别与温度监测装置接收系统及多物理场耦合系统的各加热机构、温度传感器电气连接；所述孔内窥视器与多物理场耦合系统的各监控摄像头电气连接。

8.一种多物理场耦合高压气体爆破系统的使用方法，其特征在于：所述的多物理场耦合高压气体爆破系统的使用方法包括如下步骤：

S1，系统装配，对高压气体制作系统、多物理场耦合系统及测试分析系统进行组装间对其进行电气连接，然后将数据处理终端与外部监控及输出终端设备建立数据连接，即可完成系统的装配；

S2，系统调试，完成S1步骤后，根据实验需要，首先依次检查高压气体制作系统、多物理场耦合系统连接气路是否漏气，同时对测试分析系统各电路系统运行状态进行检测，并对检测过程中发现的故障进行修复排除，最后将致裂管预先通过植筋胶埋放在受载试件的致裂孔中，同时将PVDF传感器嵌入到受载试件的致裂孔中，将受载试件固定到液压囊袋内，并驱动液压占对液压囊袋进行增压，通过液压囊袋对受载试件进行三维作用力预加载；最后在完成试件安装固定后对多物理场耦合系统进行密封；

S3，气流爆破试验，完成S2步骤后，首先通过测试分析系统的动态应变仪和多物理场耦合系统的应力传感器对受载压力承受三维压力进行精确检测，测试分析系统的温度控制器、温度监测装置接收系统与多物理场耦合系统的加热机构和温度传感器系统运行，对受载试件冲击作业时的温度环境精确调整并检测，在满足试验的条件下，通过高压气体制作系统制作高压气体进行试验，通过动态应变仪和声发射接收系统对冲击实验时试样块冲击实验时的压力变化及损伤状态进行检测，同时通过多物理场耦合系统的监控摄像与测试分析系统的孔内窥视器配合，对受载试件在多种复杂环境下观察高压气体冲击前后受载试件致裂孔内部裂隙的变化；

S4,试验数据采集，在S3步骤运行中，一方面通过高压气体制作系统的气体流量计、数控表对参与试验作业的气流压力、流量进行检测统计；另一方面通过多物理场耦合系统的应力传感器、声发射监测装置、温度传感器、液压站、PVDF传感器及监控摄像头及压力传感器对爆破试验作业中围压压力、爆破试验气体压力、爆破裂隙产生及发育状态进行采集，并将采集的信息统一发送至测试分析系统；

S5，数据分析处理，完成S3步骤后，通过测试分析系统数据处理终端对获取的高压冲击试验数据进行分析处理，即可完成冲击试验。