二氧化碳爆破沖擊動態監測試驗裝置及其測試方法摘要二氧化碳爆破沖擊動態監測試驗裝置，包括CO2爆破沖擊試驗系統，CO2爆破沖擊試驗系統上設置有動態應力測試系統和靜態應力測試系統；CO2爆破沖擊試驗系統由應力加載機構、爆破沖擊機構和氣體收集機構組成，應力加載機構包括試件應力加載件和兩個法蘭盤，兩個法蘭盤前后并排設置，應力加載件設置在兩個法蘭盤之間；本發明可以對煤體在爆破沖擊下的動態信息進行原位一體化測試，其取得的有益效果，一是試驗采用圓柱試件可以直接取自現場，避免室內加工對試件原生結構的擾動；二是采用液態CO2相變爆破提供沖擊源，既有利于與試件進行對接，又方便控制爆破性能參數；三是各種觀測片布置方便；四是避免了大試塊試驗的笨重、造價、不方便的困難。

1.二氧化碳爆破沖擊動態監測試驗裝置，其特征在于：包括CO2爆破沖擊試驗系統，CO2爆破沖擊試驗系統上設置有動態應力測試系統和靜態應力測試系統；CO2爆破沖擊試驗系統由應力加載機構、爆破沖擊機構和氣體收集機構組成，應力加載機構包括試件應力加載件和兩個法蘭盤，兩個法蘭盤前后并排設置，應力加載件設置在兩個法蘭盤之間，兩個法蘭盤之間連接有若干根鋼制拉桿，每根鋼制拉桿的兩端部均設有外螺紋，鋼制拉桿的兩端部分別螺紋連接有緊固螺母，兩個緊固螺母分別與兩個法蘭盤頂壓配合；應力加載件包括熱塑密封管，熱塑密封管的長度方向沿前后水平方向設置，熱塑密封管的軸線穿過法蘭盤的圓心，試驗煤樣設置在熱塑密封管內，熱塑密封管外側套有圍壓鋼管，圍壓鋼管的外壁沿軸向方向開設有缺口，缺口的長度為，的長度范圍為5-10cm，圍壓鋼管的外側套有管卡件，熱塑密封管、圍壓鋼管以及管卡件的長度相等，管卡件由兩根半圓管組成，半圓管的兩個側壁上均連接有連接板，兩根半圓管上下對稱設置，兩根半圓管的連接板之間通過若干緊固螺栓連接，緊固螺栓上設有與其配合的螺母；熱塑密封管的后端部內還設置有鋼制墊塊，鋼制墊塊位于試驗煤樣后端與后側的法蘭盤之間；所述的爆破沖擊機構設置在前側的法蘭盤上，氣體收集機構安裝在后側的法蘭盤上。
2.根據權利要求1所述的二氧化碳爆破沖擊動態監測試驗裝置，其特征在于：爆破沖擊機構包括CO2爆破管，CO2爆破管同軸線固定在法蘭盤的前側面上，CO2爆破管的前端安裝有充氣閥，CO2爆破管內安裝有剪切片和電加熱絲，電加熱絲位于剪切片的前側，CO2爆破管上安裝有位于剪切片后側的**探針溫度計。

3.根據權利要求2所述的二氧化碳爆破沖擊動態監測試驗裝置，其特征在于：氣體收集機構包括導氣管，所述的鋼制墊塊的中心處開設有安裝插孔，導氣管的前端部穿過法蘭盤后插設在鋼制墊塊的安裝插孔內，導氣管上沿氣流方向依次設置有流量計和氣體收集箱，氣體收集箱上安裝有壓力表、第二探針溫度計以及排氣閥。
4.根據權利要求3所述的二氧化碳爆破沖擊動態監測試驗裝置，其特征在于：動態應力測試機構包括若干動態應變片和PVDF壓力傳感器，試驗煤樣由若干標準試樣依次連接而成，動態應變片設置在每個標準試樣上，其中兩個PVDF壓力傳感器分別設置在剪切片和鋼制墊塊上，其余的PVDF壓力傳感器分別安裝在相鄰的兩個標準試樣連接處。

5.根據權利要求4所述的二氧化碳爆破沖擊動態監測試驗裝置，其特征在于：靜態應力測試系統包括若干圍壓測壓環和軸向應變片，若干圍壓測壓環分別安裝在緊固螺栓上，在螺母作用下，圍壓測壓環壓在連接板上；若干軸向應變片分別安裝在鋼制拉桿上。
6.根據權利要求5所述的二氧化碳爆破沖擊動態監測試驗裝置的測試方法，其特征在于：包括以下步驟：（1）、煤樣制作與測點布置：從目標煤層鉆取原煤進行取樣，選取完整煤樣制作標準試樣若干，然后將若干標準試樣之間采用103膠水粘接，形成大約1m長的組合試樣作為試驗煤樣，在進行粘接的同時在相鄰兩個標準試樣的連接處布置PVDF壓力傳感器，并且在每個標準試樣的表面沿軸向布置動態應變片，**后對該試驗煤樣進行熱塑保護使其表面形成熱塑密封管；

（2）、施加應力：****施加圍壓，將經過熱塑密封的試驗煤樣裝入圍壓鋼管內，然后在用兩個半圓管包圍，通過不斷旋擰緊固螺栓和螺母，使圍壓鋼管的缺口不斷減小，從而在試驗煤樣周圍形成試件圍壓，依據彈性理論，使圍壓鋼管閉合后管內沿環向產生的拉力為：式中分別為圍壓鋼管的內徑和外徑，E為彈性模量，μ是泊松比；拉力P與試驗煤樣的圍壓平衡，下一步根據彈性力學厚壁圓筒理論進行試驗煤樣表面圍壓計算，同時，試驗煤樣圍壓也通過貼在試驗煤樣表面的動態應變片進行應變觀測，并經過計算得到；接下來施加軸向應力，****在CO2爆破管的后端焊接在法蘭盤上，將應力加載件置于兩個法蘭盤之間，再將兩個法蘭盤通過若干根鋼制拉桿連接，同時在試驗煤巖與法蘭盤之間放置鋼制墊塊，通過調整鋼制拉桿上的緊固螺母，使鋼制拉桿受到拉力，從而在試驗煤樣的軸向施加應力，鋼制拉桿上的拉力通過貼在鋼制拉桿表面的軸向應變片測得；

（3）、連接爆破沖擊機構和氣體采集機構：將已經完成應力加載的試驗煤樣，通過前側的法蘭盤與CO2爆破管焊接，形成爆破沖擊機構；接著將導氣管通過鋼制墊塊上預留的安裝插孔與試驗煤樣相連通，并在導氣管的后側連通到氣體收集箱，在導氣管上安裝流量計，在氣體收集箱上依次安裝壓力表、第二探針溫度計以及排氣閥；
（4）、充裝CO2：通過充氣閥向CO2爆破管注入液態CO2，通過**探針溫度計和剪切片上的PVDF壓力傳感器測得CO2爆破管內CO2的溫度和壓力，以判斷它處于相變狀態；
（5）、通過電加熱絲加熱使CO2爆破管內CO2迅速發生膨脹相變為超臨界態壓流體，壓流體沖破剪切片后沖擊試驗煤樣；
（6）、應力波傳播規律觀測：CO2壓沖擊的時程曲線通過剪切片上的PVDF壓力傳感器測得，產生的應力波通過相鄰標準試樣接縫處的PVDF壓力傳感器記錄得到，試件動態變形通過試驗煤樣表面的動態應變片記錄得到；
（7）、CO2流動規律觀測：通過剪切片上的PVDF壓力傳感器記錄試件輸入端的CO2壓力變化、相鄰標準試樣接縫處的PVDF壓力傳感器記錄試驗煤樣各截面的CO2壓力變化、氣體收集箱上的壓力表記錄試件輸出端的壓力變化、導氣管上的流量計記錄CO2流量，試驗結束后，將這些數據通過作圖分析，得到CO2流動規律。