[发明专利]可测试岩石温度应力的电脉冲破岩实验装置

说明书

本发明涉及的是可测试岩石温度应力的电脉冲破岩实验装置，它包括高压电脉冲等离子体破岩装置、岩石试样、监测装置，岩石试样的顶面设置电极孔洞，岩石试样的各表面都均匀设置弹性板孔洞；高压电脉冲等离子体破岩装置包括同轴式电极、三级式火花开关、脉冲充电电源、高能储能电容，同轴式电极固定于岩石试样上，脉冲充电电源的输出端连接于高能储能电容的输入端，高能储能电容的输出端连接于三级式火花开关的高压电极，同轴式电极的高压电极与三级式火花开关电性相连；监测装置包括多个监测支路、光分路器、光纤光栅解调仪、嵌入式计算机。本发明实现对高压脉冲等离子体破岩实验中岩石内部的温度场和应力场的实时变化进行监测。

技术领域：

本发明涉及的是一种对破岩过程中岩石内部温度和应力变化的测量装置及方法，具体涉及的是可测试岩石温度应力的电脉冲破岩实验装置。

背景技术：

在我国现代化建设的进程中，破岩技术在铁路、勘探、钻井、国防等诸多领域起着举足轻重的作用。传统的碎石技术主要采用化学和机械这两种手段，化学手段不能够将炸药安放在岩石物体内部，炸药爆炸形成的冲击波不能够有效的分布在被破物体上，碎石效率较低。机械手段采用的回转刀头随着碎石过程的进行，刀头老化严重，而且碎石产生的杂质会渗入掘进机的传输和驱动设备，降低碎石效率。高效、节能、环保、低成本的碎石技术越来越受到社会的广泛关注，高压脉冲碎石技术应运而生。高压脉冲放电碎岩技术主要有熔丝碎岩、爆炸碎岩、和直接放电三种方式，相比而言，直接放电碎岩具有很大的优势，也是目前研究中最重要的方向。目前我国对直接放电破岩仍处于实验和理论研究阶段还不能在实际工程中广泛应用，但是由于破岩过程中岩石内部情况十分复杂，对内部的温度以及应力的测量手段十分有限，不利于理论研究的分析。

发明内容：

本发明的目的是提供可测试岩石温度应力的电脉冲破岩实验装置，这种可测试岩石温度应力的电脉冲破岩实验装置用于对高压脉冲等离子体破岩实验中岩石内部的温度场和应力场的实时变化进行监测，用于解决现有技术破岩过程中，对岩石内部的温度以及应力的测量手段十分有限的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种可测试岩石温度应力的电脉冲破岩实验装置包括高压电脉冲等离子体破岩装置、岩石试样、监测装置，岩石试样的顶面设置电极孔洞，电极孔洞附近设置膨胀螺栓孔洞，岩石试样的各表面都均匀设置弹性板孔洞；高压电脉冲等离子体破岩装置包括同轴式电极、三级式火花开关、脉冲充电电源、高能储能电容，同轴式电极通过膨胀螺栓固定于岩石试样上，脉冲充电电源的输入端连接于220V交流电，脉冲充电电源的输出端连接于高能储能电容的输入端，高能储能电容的输出端连接于三级式火花开关的高压电极，同轴式电极的高压电极与三级式火花开关电性相连；同轴式电极包括高压电极和接地电极，高压电极和接地电极同为同轴圆柱的结构，高压电极呈圆盘状，膨胀螺栓固定在接地电极一端，接地电极一端通过膨胀螺栓固定于电极孔洞中；监测装置为温度、应力场监测装置，监测装置包括多个监测支路、光分路器、光纤光栅解调仪、嵌入式计算机，每个监测支路包括弹性板、光纤光栅传感器、光连接器、光耦合器，每个光纤传感器固定在一个弹性板的一侧，通过该弹性板放置到弹性板孔洞中，并利用粉末压实；每个光纤传感器与光连接器通过光纤固定连接，光连接器的输入端口与光耦合器的输出端口相连接；各监测支路的光耦合器的输入端口均与光分路器的输出端口相连接，光分路器的输入端口连接于光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪连接嵌入式计算机，光纤光栅解调仪与光分路器通过导线相连。

上述方案中三级式火花开关包括两个主电极和一个触发电极，主电极由高压电极和接地电极组成，三级式火花开关用于隔离充电电路和放电电路。

上述方案中高能储能电容具有多组，多组高能储能电容并联连接，以满足实验需要。

上述方案中三级式火花开关的中间电级具有较大的烧蚀面积。

上述方案中电极孔洞周围设置两个膨胀螺栓孔洞，用于固定膨胀螺栓。