[发明专利]一种岩石压电效应引发瓦斯气体爆炸的测试装置及测试方法

说明书

本发明公开了一种岩石压电效应引发瓦斯气体爆炸的测试装置及测试方法，岩石试件放置在可视化密闭爆炸腔体内，高压瓦斯气瓶、空气泵向可视化密闭爆炸腔体内供气，通过微控伺服压力机施加压力，监测岩石试件实验过程中的电压变化，对瓦斯爆炸后的气体进行分析。通过岩石压电效应引发瓦斯气体爆炸的测试系统来记录瓦斯环境下岩石压电效应引发瓦斯爆炸过程并采集岩石的电位信号数据，为研究瓦斯环境下岩石动力破坏过程中产电特性与压力机加载速率、引爆瓦斯气体之间的耦合关系提供技术支撑，为煤矿井下甲烷气体爆炸的研究提供了一种新的科学手段，填补国内外岩石压电效应引发甲烷气体爆炸实验测试系统的空白。

技术领域

本发明涉及一种瓦斯气体爆炸的测试装置及测试方法，具体涉及一种岩石压电效应引发瓦斯气体爆炸的测试装置及测试方法。属于岩石电学与瓦斯爆炸学的交叉领域。

背景技术

采空区是易发生煤矿瓦斯爆炸的主要场所，但对于不易自燃煤层着火，或采空区最初发生瓦斯燃烧爆炸的点火原因的认识等还存在误区。当煤层顶板为石英砂岩时，来压期间采动应力集中造成石英砂岩顶板产生压电效应。由于压电效应产生电荷的积聚和释放，导致空气被击穿并产生的电火花，点燃采场中混合空气的瓦斯，从而引起采空区及邻近工作面瓦斯燃烧爆炸、或引发煤层自燃。

目前，实验室中多采用传统点火或脉冲点火的方式，模拟瓦斯爆炸实验。对于压电效应引起的瓦斯爆炸未有关注，且市面上还没有一款能够模拟采空区顶板初次来压或周期来压期间岩石压电引燃瓦斯的爆炸的实验装置。本发明基于此出发，设计一整套岩石压电效应引发瓦斯气体爆炸的测试装置及测试方法，从而客观反映顶板来压期间岩石压电效应引燃瓦斯的电信号变化过程及采空区瓦斯爆炸过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种岩石压电效应引发瓦斯气体爆炸的测试装置及测试方法，能够利用微控伺服压力机对岩石进行静态加载，确定不同岩性试件从初始加载至破碎过程中压缩速率、电压变化与瓦斯爆炸之间的关系，可用于研究岩石压电效应引发瓦斯气体爆炸机理。

为实现上述目的，本发明采用的一种岩石压电效应引发瓦斯气体爆炸的测试装置，包括可视化密闭爆炸腔体、微控伺服压力机、高压瓦斯气瓶、空气泵、气相色谱仪、高速摄像机；

所述可视化密闭爆炸腔体正面设置有透明视窗，内部放置岩石试件；可视化密闭爆炸腔体顶面设有通孔，所述微控伺服压力机的柱形压头密封配合穿过所述通孔；所述可视化密闭爆炸腔体的左面设有瓦斯进气孔、空气进气孔以及可打开的取样窗；所述可视化密闭爆炸腔体的右面设有电压数据传输线孔；所述可视化密闭爆炸腔体的一侧设有用于实验结束后排气的背部排气孔、用于在爆炸后压力过大时泄压的爆炸泄压孔；

所述岩石试件上方及下方垫有绝缘纸；

所述瓦斯进气孔通过瓦斯气体管路与所述高压瓦斯气瓶连通，高压瓦斯气瓶的瓶口位置设有减压阀，瓦斯气体管路上设有气体微量调节阀；

所述空气进气孔通过空气气体管路与空气泵连接；

所述岩石试件上贴有采集电压信号的金属片，电压数据传输线穿过所述电压数据传输线孔分别与金属片及设在所述可视化密闭爆炸腔体一侧的电压采集仪电连接；

所述可视化密闭爆炸腔体内部安置有用于监测内部瓦斯含量的瓦斯传感器、用于监测内部温度的温度监测传感器、用于加热内部空气的硅胶加热管，所述温度监测传感器与所述硅胶加热管由智能温控仪控制；所述瓦斯传感器通过瓦斯信号数据传输线与可视化密闭爆炸腔体外部一侧的瓦斯浓度监测仪连接，

所述排气孔可连接收集袋，用于收集废气，并提供给所述气相色谱仪进行分析；

所述高速摄像机放置于所述可视化密闭爆炸腔体的前方，用于拍摄实验过程。

优选的，所述透明视窗为纯石英玻璃，通过螺栓固定在所述可视化密闭爆炸腔体的正面。

优选的，所述可视化密闭爆炸腔体内部设有用于混合气体的风扇。