CN106121544B - 一种用于地应力测试的锥磨一体式钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于地应力测试的锥磨一体式钻头，包括回水口(1)，回水口(1)外侧为锥平面(4)，锥平面(4)外缘与锥形面(2)连接，锥形面(2)另一端与磨平面(3)相连，磨平面(3)与锥平面(4)平行，排水通道(5)经磨平面(3)、锥形面(2)和锥平面(4)与回水口(1)连通。本发明加快了测试小孔的钻成，大大提高工作效率和工作质量，省时省力，相比于现有技术，只使用一枚钻头就完成了磨平和锥喇叭口步骤。

Description

一种用于地应力测试的锥磨一体式钻头

技术领域

本发明属于岩土工程勘察领域，特别涉及到用应力解除法来进行岩体应力测试中一种锥磨一体式钻头。

背景技术

随着我国建设工程规模的日益扩大，在水利水电、采矿、军事、铁道等工程中地下硐室的应用越来越多，埋藏深度也越来越大，然而这些深部地下工程中面临着高地应力诱发的结构安全、岩爆、大变形等问题。地应力是引起地下工程变形和破坏的主要因素，是进行围岩稳定分析、地下工程轴线方向选择、断面形状、支撑设计或工程开挖设计的前提。因此进行地应力大小和方向的测量、研究应力场的分布规律，是地下洞室围岩稳定分析和厂房轴线的必要工作。

应力解除法是最常见的地应力测量方法，在《工程岩体试验方法标准》(GB/T50266-2013)中介绍了应力解除法测试的基本步骤：1.根据测试要求，选择适当场地，安装并固定好钻机，并按预定的方位角和倾角进行钻进；2.应用解除钻头钻至预定的测试深度，并应取出岩芯，进行描述；3.用磨平钻头磨平孔底；4.用锥形钻头打喇叭口，为送进和安装应变计起导向作用；5.打测试小孔，然后用水冲洗中心测试孔直至回水不含炭粉为止；6.安装变形计，进行解除并测试。

该方法中在打测试小孔之前需要先用磨平钻头对孔底进行磨平，在磨平的面再用锥形钻头打喇叭口用来导向。传统的这种方法存在以下两个问题：(1)操作比较繁琐，尤其是对于在狭窄的平硐内进行较深的钻孔施工，安装磨平钻头→安装和送进钻杆→磨平→拆卸钻杆→更换锥形钻头→安装和送进钻杆→锥喇叭口→拆卸钻杆，仅仅打导向喇叭口就需要以上8个流程，单次打测试小孔就需要2～3小时，非常费时费力；(2)在磨平和锥喇叭口的时候，钻机进尺很难判断，往往会“过钻”或“欠钻”，“过钻”时会造成钻头、时间的浪费，“欠钻”时孔底未磨平或喇叭口未锥成，需要返工，会更加费时费力。

钻导向喇叭口操作难度大，耗费时间较其他步骤较长，属于打测试小孔的控制步骤，如果能够提高导向喇叭口的钻成效率，可以大大加快钻探速度，从而提高地应力测试的效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述现有技术手段中存在的问题，提出一种更加简单的钻头，即把磨平和锥喇叭口步骤合并，从而更加快速的实现测试小孔的钻成，大大提高工作效率和工作质量，省时省力。

本发明的技术方案如下：

一种用于地应力测试的锥磨一体式钻头，包括回水口，回水口外侧为锥平面锥平面外缘与锥形面连接，锥形面另一端与磨平面相连，磨平面与锥平面平行，排水通道经磨平面、锥形面和锥平面与回水口连通。锥平面和锥形面构成了一个圆锥台，圆锥台的上表面(锥平面)上开有回水口与钻杆排水通道连通。圆锥台的底面与磨平面重合，确保磨平面和锥平面平行。排水通实质上为多条独立的水槽，从回水口经锥平面、锥形面和磨平面到钻头外壁。

排水通道呈“人”字形，分叉点位于锥平面与锥形面的连接处。

钻头末端的外壁上加工有丝扣。

锥形面、磨平面和锥平面的材质均为电镀金刚石，锥形面与水平面的夹角为60度。

本发明用于应力解除法地应力测试法，可以更加快速的钻成导向喇叭口。本发明各结构的主要功能如下：

回水口：钻杆内的水通过回水口排出，防止钻头温度过高导致钻头的损坏；

锥形面：主要作用是控制喇叭口的形状，并将喇叭口打磨光滑；

磨平面：作用是将喇叭口外部磨平；

锥平面：作用是将控制钻头的钻进；

排水通道：作用是将回水口流出的水排除；

丝扣：作用是通过套管与钻杆相连接。

当钻机钻进时，锥平面最先接触岩石，此时由于锥平面接触面积较小，可以钻入岩体，同时锥形面磨平锥形面，随着钻入深度增加，喇叭口逐步形成，磨平面接触岩石开始磨平至钻机无法进尺，导向喇叭口完成锥磨。在钻进的过程中回水口和排水通道一直排水，防止钻头温度过高。

钻头金刚石浓度、粒度和胎体硬度应根据实际作业地区岩体特性确定。

本发明操作较以前有很大的便捷性，安装锥磨钻头→安装和送进钻杆→锥磨喇叭口→拆卸钻杆，导向喇叭口钻成流程较以前减少一半，单次打测试小孔时间可以节省1～2小时，对于1组空间地应力需要三向交汇孔的测试，往往需要进行数十点测试，累计节省的时间和人力非常可观；

本发明在锥磨喇叭口时，无需人为判断钻机进尺，只需钻进至不能钻进为止，此时磨平面已经与钻头充分接触，达到锥磨的效果，所以不必担心“欠钻”和“过钻”问题；

本发明较以前的方法操作更加简单，施工质量更高，钻头更加节省，具有广泛推广的条件。

附图说明

图1是本发明立体结构示意图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明的侧视图，其中1—回水口，2—锥形面，3—磨平面。4—锥平面，5—排水通道，6—丝扣。

具体实施方式

如图1～3所示，一种用于地应力测试的锥磨一体式钻头，包括回水口1，回水口1外侧为锥平面4，锥平面4外缘与锥形面2连接，锥形面2另一端与磨平面3相连，磨平面3与锥平面4平行，排水通道5经磨平面3、锥形面2和锥平面4与回水口1连通。排水通道5呈“人”字形，共有四条，其分叉点位于锥平面4与锥形面2的连接处。锥形面2、磨平面3和锥平面4的材质均为电镀金刚石，锥形面2与水平面的夹角为60度。钻头末端的外壁上加工有丝扣6。

采用锥磨一体式钻头后，地应力测试的步骤如下：

步骤一：根据测试要求，选择适当场地，安装并固定好钻机，用罗盘定向，进行预定的方位角和倾角进行钻进，所用钻头为解除钻头；

步骤二：钻至预定的测试深度，取出岩芯，进行描述，判断能否进行测试；

步骤三：若岩芯完整，将解除钻头换为锥磨一体式钻头，钻导向喇叭口；

步骤四：在导向喇叭口内钻小孔，然后用水冲洗中心测试孔直至回水不含炭粉为止；

步骤五：安装应变计，进行测试。

Claims (1)

1.一种用于地应力测试的锥磨一体式钻头，其特征在于：包括回水口（1），回水口（1）外侧为锥平面（4），锥平面（4）外缘与锥形面（2）连接，锥形面（2）另一端与磨平面（3）相连，磨平面（3）与锥平面（4）平行，所述锥平面（4）最先接触岩石，随着钻入深度增加，喇叭口逐步形成，所述磨平面（3）接触岩石开始磨平至钻机无法进尺，导向喇叭口完成锥磨；排水通道（5）经磨平面（3）、锥形面（2）和锥平面（4）与回水口（1）连通；所述排水通道（5）呈“人”字形，分叉点位于锥平面（4）与锥形面（2）的连接处；所述锥形面（2）、磨平面（3）和锥平面（4）的材质均为电镀金刚石，锥形面（2）与水平面的夹角为60度。