二氧化碳气体爆破设备深度岩石爆破

（二氧

用于（二氧化碳气体爆破设备）@深度岩石爆破，包括一个可沿着水平和竖直方向进行试件应力加载的静态加载系统，以及用于产生动态载荷的爆破加载装置。静态加载系统包括一个竖直放置的底板，在底板一侧沿上、下、左、右四个方向分布的四块推板，以及分别为上、左、右三个方向推板提供压力的供压系统。推板在移动过程中将试件卡紧，爆破加载装置对试件施加动态载荷，真实模拟了深部岩体中初始静态应力场和爆破过程产生的动态应力场，结合光测力学实验方法，实现了对深部高地应力下岩体的爆破致裂、裂纹扩展等现象的观测，为科学、准确的研究提供了一种简单、方便的实用装置。

一种用于（二氧化碳气体爆破设备）深度岩石爆破，其特征在于，包括一个可沿 着水平和竖直方向进行试件应力加载的静态加载系统，以及用于产生动态载荷的爆破加载 装置；所述静态加载系统包括一个竖直放置的底板，在底板一侧沿上、下、左、右四个方 向分布的四块推板，以及分别为上、左、右三个方向推板提供压力的供压系统；所述底板 中部开有通孔，上、左、右三个方向的推板底部活动连接在底板上，下部方向的推板固定 在底板上，试件固定在四块推板之间；所述爆破加载装置的加载端通过底板上的通孔从两 侧对应加载在试件中部的炮孔上，爆破加载装置的另一端固定在下部方向的推板上。

如权利要求1所述的一种用于（二氧化碳气体爆破设备）深度岩石爆破，其特征在 于，所述供压系统包括三个气缸、压力表、阀门和空气压缩机，所述三个气缸并联连接， 三个气缸的缸杆对应连接在上、左、右三个方向的推板上；所述压力表和阀门串联在空气 压缩机与并联气缸之间的连接管路上。

如权利要求2所述的一种用于（二氧化碳气体爆破设备）深度岩石爆破，其特征在 于，所述三个气缸的并联支路上还分别连接有分控阀门和分控压力表。

如权利要求1所述的一种用于（二氧化碳气体爆破设备）深度岩石爆破，其特征在 于，所述推板与试件接触的表面设有凹槽，试件边部卡在凹槽中。

如权利要求1所述的一种用于（二氧化碳气体爆破设备）深度岩石爆破，其特征在 于，所述推板与试件接触的表面外侧设有卡棱，卡棱与试件外表面相接触，试件内表面紧 贴在底板上。

如权利要求1所述的一种用于（二氧化碳气体爆破设备）深度岩石爆破，其特征在 于，所述上、左、右方向的推板体上沿着移动方向还设有通槽，通槽中插有螺栓，螺栓连 接在底板和推板之间。

一种用于（二氧化碳气体爆破设备）深度岩石爆破

本实用新型涉及一种光测力学实验装置，尤其涉及一种对深部岩石爆破致裂进行物理 模拟实验的光测力学实验装置。

岩体是*地质年代的产物，在天然状态下存在自重应力和构造应力等初始应力，所 以岩体受到的任何动载作用都是在一定静态应力场存在之上的作用。岩体在动态载荷作用 下的动态断裂过程与静态应力场具有相关性。比如在深部矿井中爆破施工掘进巷道，高地 压产生的初始静态应力场就会对爆破载荷下岩石的断裂现象和爆生裂纹的传播规律产生巨 大影响，其初始静态应力场效应将不能忽略。

目前，在物理爆破模型试验中，模型的边界条件大多是自由边界条件，这对于研究高 围压下岩体的爆破理论具有一定的局限性，尤其是在采用爆破加载装置和光测力学实验方 法(如动光弹、动焦散等)进行爆破断裂现象和机理的研究中，采用二维平面模型试件， 试件四周无约束，无法真实再现深部岩体即高地应力下岩石的爆破致裂规律和机理，对爆 破动态应力场中裂纹的扩展规律不能进行科学、全面的分析和研究。

为达到真实模拟地质结构，将初始静态应力场效应充分考虑到模拟试验条件中，准确 再现岩体在动态载荷下的致裂过程，特发明了本实验装置。

鉴于上述现有实验装置的不足，本实用新型的目的在于针对深部岩石的爆破致裂问 题，提供一种与光测力学相结合的可模拟深部地应力和爆破载荷的实验装置。

一种用于（二氧化碳气体爆破设备）深度岩石爆破，包括一个可沿着水平和竖直方 向进行试件应力加载的静态加载系统，以及用于产生动态载荷的爆破加载装置；所述静态 加载系统包括一个竖直放置的底板，在底板一侧沿上、下、左、右四个方向分布的四块推 板，以及分别为上、左、右三个方向推板提供压力的供压系统；所述底板中部开有通孔， 上、左、右三个方向的推板底部活动连接在底板上，下部方向的推板固定在底板上，试件 固定在四块推板之间；所述爆破加载装置的加载端通过底板上的通孔从两侧对应加载在试 件中部的炮孔上，爆破加载装置的另一端固定在下部方向的推板上。

所述供压系统包括三个气缸、压力表、阀门和空气压缩机，所述三个气缸并联连接， 三个气缸的缸杆对应连接在上、左、右三个方向的推板上；所述压力表和阀门串联在空气 压缩机与并联气缸之间的连接管路上。

所述三个气缸的并联支路上还分别连接有分控阀门和分控压力表。

所述推板与试件接触的表面设有凹槽，试件边部卡在凹槽中。

所述推板与试件接触的表面外侧设有卡棱，卡棱与试件外表面相接触，试件内表面紧 贴在底板上。

所述上、左、右方向的推板体上沿着移动方向还设有通槽，通槽中插有螺栓，螺栓连 接在底板和推板之间。

本实用新型所述的用于深部岩石爆破致裂的光测力学实验装置的优点在于：(1)采用 该实验装置后，可以改变平面模型试件的边界条件，对试件施加围压，实现了深部岩体地 应力场的模拟；(2)对试件四周围压加载过程可进行调控，可以改变水平和纵向各个方向 的压力值，适用于多种地应力场的模拟；(3)采用卡棱或凹槽对试件进行卡持，保证了卡 持的可靠性和灵活性，同时，还可使爆破载荷在试件平面内产生动态应力场，实现深部岩 石爆破致裂过程的真实再现。(4)该装置特别适用于光测力学实验中的动焦散和动光弹等 实验，为研究深部岩体爆破致裂的规律和机理提供了可靠的实验设备；(5)整个实验装置 结构简单、操作方便，易于实现和维护。

本实用新型的中心是：以实验的方式对试件施加围压，模拟深部岩石中的地应力，在 试件模型中产生初始静态应力场，然后通过爆破实验，并采用光测力学方法对爆破致裂过 程进行观测，以达到研究深部即高地压下岩体的爆破断裂现象和机理，为地质挖掘和爆破 过程提供科学依据。

下面结合附图1、图2对本实用新型作进一步的详细描述：

一种用于（二氧化碳气体爆破设备）深度岩石爆破，主要包括两部分：一部分为一 个可沿着水平和竖直方向进行试件应力加载的静态加载系统；另一部分为用于产生动态载 荷的爆破加载装置。静态加载系统用于模拟深部岩石的地应力现象，形成试件的初始静 态应力场。爆破加载装置用于试件爆破实验的加载和控制，使试件产生爆破致裂过 程，以实现对致裂过程的观测和研究。

静态加载系统包括一个竖直放置的四方形底板，在底板一侧沿上、下、左、右四个 方向分布有四块推板，以及分别为上、左、右三个方向推板提供压力的供压系统。上、 左、右三个方向的推板底部活动连接在底板上，并可沿底板移动。下部方向的推板固定 在底板上，试件固定在四块推板之间。

其中，为便于爆破加载装置的安装和光测力学实验装置的观测需要，在底板7中部还 开有通孔，通孔的大小可依据试件尺寸和爆破加载装置及光测力学实验装置的大小而 定。由于加载过程中，上、左、右三个方向的推板需要沿底板移动，故在上、左、右三个 方向的推板体上沿着移动方向还设有通槽，通槽中插有螺栓，螺栓一端固定在底板上，另一端穿过通槽后与推板连接，通槽保证了推板移动的同时还会受到螺杆的限 制作用，防止移动方向发生偏转，而移动到位后，螺栓还可实现推板与底板间的固定连 接。

供压系统包括三个气缸6、三个分控阀门4、三个分控压力表，以及连接在空气压缩机 输出主管路上的总压力表和总阀门。三个气缸并联连接，分控阀门和分控压力表串 联成三组后分别对应连接在三个气缸的并联支路上，直接显示和控制支路上的三个气缸工作，调整压力的大小。三个气缸6的缸杆对应连接在上、左、右三个方向的推板背部，带 动此三个方向推板在底板7上移动，从而在试件的平面内形成初始静态应力场，实现了试 件在水平和竖向方向上地应力的模拟。

爆破加载装置的加载端通过底板上的通从两侧对应加载在试件中部的炮孔 上，爆破加载装置的另一端固定在下部方向的推板上。

为进一步提高推板加载试件的可靠性和在爆破过程中的稳定性，在推板与试接触的表面外侧设有卡棱，卡棱与试件外表面相接触并将试件外部卡持，而试件内表面则紧贴在底板表面上。底板表面与试件表面充分接触，增加了试件装卡的 稳定性，同时，卡棱还可使试件的爆破致裂过程在平面内加载。当然，推板上的卡棱还可转变成推板与试件接触表面的凹槽设计，试件边部直接卡在推板侧面的凹槽 中，通过凹槽的两侧支撑面使试件卡紧，凹槽的深度可根据需要进行设定。

实验中，首先选取试件，试件尺寸为300mm*300mm*5mm，在试件中心位置开设炮 孔，炮孔直径为6mm，并装填合适量的zy。然后，松开上、左、右方向推板上的螺栓，推 动推板向气缸一侧移动，将试件置于四个方向的推板之间，并且试件背面与底板表 面相接触。接着，打开三个分控阀门及总阀门，开启空气压缩机，不断将空气抽入空气 储存罐内，气压逐渐上升，缸杆推动上、左、右三个方向的推板移动，结合固定不动的下 方向推板，四个方向的推板利用卡棱将试件卡持，使试件的外围产生均布围压。随 时注意总压力表3和分控压力表上的读数，压力区间保持在0‑0.8MPa。当读数达到需要值 时，依次关闭三个分控阀门和总阀门，并同时拧紧推板通槽中的螺栓，使推板与底板 间保持固定连接，保证推板对试件施加的均布力为一恒定值。由于试件边部卡在推 板的卡棱内，保证了爆破动态加载在平面内进行。再接着，调试爆破加载装置，使爆 破加载装置的加载端从两侧对应加载在试件中部的炮孔上，保证试件中炮孔堵塞密 实。而光测力学实验装置则通过通孔对准试件，光测力学实验装置如：透射式动光弹或 动焦散线等实验装置。后，对试件的爆破致裂过程进行观测和记录，实验 完成后，卸载气缸上的压力，松开通槽中的螺栓，取下试件即可。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限 于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变 化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。石杰同步