[發明專利]可測試巖石溫度應力的電脈沖破巖實驗裝置

在審

• 申請號: 202011128715.7
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112198071A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 孫文峰;劉師成;白麗麗;付光杰;閆鐵;李錚
• 申請（專利權）人: 東北石油大學
• 主分類號: G01N3/317
• 分類號: G01N3/317
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所 23118
• 代理人: 曹愛華

本發明涉及的是可測試巖石溫度應力的電脈沖破巖實驗裝置，它包括高壓電脈沖等離子體破巖裝置、巖石試樣、監測裝置，巖石試樣的頂面設置電極孔洞，巖石試樣的各表面都均勻設置彈性板孔洞；高壓電脈沖等離子體破巖裝置包括同軸式電極、三級式火花開關、脈沖充電電源、高能儲能電容，同軸式電極固定于巖石試樣上，脈沖充電電源的輸出端連接于高能儲能電容的輸入端，高能儲能電容的輸出端連接于三級式火花開關的高壓電極，同軸式電極的高壓電極與三級式火花開關電性相連；監測裝置包括多個監測支路、光分路器、光纖光柵解調儀、嵌入式計算機。本發明實現對高壓脈沖等離子體破巖實驗中巖石內部的溫度場和應力場的實時變化進行監測。

技術領域：

本發明涉及的是一種對破巖過程中巖石內部溫度和應力變化的測量裝置及方法，具體涉及的是可測試巖石溫度應力的電脈沖破巖實驗裝置。

背景技術：

在我國現代化建設的進程中，破巖技術在鐵路、勘探、鉆井、國防等諸多領域起著舉足輕重的作用。傳統的碎石技術主要采用化學和機械這兩種手段，化學手段不能夠將炸藥安放在巖石物體內部，炸藥爆炸形成的沖擊波不能夠有效的分布在被破物體上，碎石效率較低。機械手段采用的回轉刀頭隨著碎石過程的進行，刀頭老化嚴重，而且碎石產生的雜質會滲入掘進機的傳輸和驅動設備，降低碎石效率。高效、節能、環保、低成本的碎石技術越來越受到社會的廣泛關注，高壓脈沖碎石技術應運而生。高壓脈沖放電碎巖技術主要有熔絲碎巖、爆炸碎巖、和直接放電三種方式，相比而言，直接放電碎巖具有很大的優勢，也是目前研究中最重要的方向。目前我國對直接放電破巖仍處于實驗和理論研究階段還不能在實際工程中廣泛應用，但是由于破巖過程中巖石內部情況十分復雜，對內部的溫度以及應力的測量手段十分有限，不利于理論研究的分析。

發明內容：

本發明的目的是提供可測試巖石溫度應力的電脈沖破巖實驗裝置，這種可測試巖石溫度應力的電脈沖破巖實驗裝置用于對高壓脈沖等離子體破巖實驗中巖石內部的溫度場和應力場的實時變化進行監測，用于解決現有技術破巖過程中，對巖石內部的溫度以及應力的測量手段十分有限的問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：這種可測試巖石溫度應力的電脈沖破巖實驗裝置包括高壓電脈沖等離子體破巖裝置、巖石試樣、監測裝置，巖石試樣的頂面設置電極孔洞，電極孔洞附近設置膨脹螺栓孔洞，巖石試樣的各表面都均勻設置彈性板孔洞；高壓電脈沖等離子體破巖裝置包括同軸式電極、三級式火花開關、脈沖充電電源、高能儲能電容，同軸式電極通過膨脹螺栓固定于巖石試樣上，脈沖充電電源的輸入端連接于220V交流電，脈沖充電電源的輸出端連接于高能儲能電容的輸入端，高能儲能電容的輸出端連接于三級式火花開關的高壓電極，同軸式電極的高壓電極與三級式火花開關電性相連；同軸式電極包括高壓電極和接地電極，高壓電極和接地電極同為同軸圓柱的結構，高壓電極呈圓盤狀，膨脹螺栓固定在接地電極一端，接地電極一端通過膨脹螺栓固定于電極孔洞中；監測裝置為溫度、應力場監測裝置，監測裝置包括多個監測支路、光分路器、光纖光柵解調儀、嵌入式計算機，每個監測支路包括彈性板、光纖光柵傳感器、光連接器、光耦合器，每個光纖傳感器固定在一個彈性板的一側，通過該彈性板放置到彈性板孔洞中，并利用粉末壓實；每個光纖傳感器與光連接器通過光纖固定連接，光連接器的輸入端口與光耦合器的輸出端口相連接；各監測支路的光耦合器的輸入端口均與光分路器的輸出端口相連接，光分路器的輸入端口連接于光纖光柵解調儀，光纖光柵解調儀連接嵌入式計算機，光纖光柵解調儀與光分路器通過導線相連。

上述方案中三級式火花開關包括兩個主電極和一個觸發電極，主電極由高壓電極和接地電極組成，三級式火花開關用于隔離充電電路和放電電路。

上述方案中高能儲能電容具有多組，多組高能儲能電容并聯連接，以滿足實驗需要。

上述方案中三級式火花開關的中間電級具有較大的燒蝕面積。

上述方案中電極孔洞周圍設置兩個膨脹螺栓孔洞，用于固定膨脹螺栓。