CN108194043B - 煤矿顶底板稳定性评价用不同直径岩芯钻取装置 - Google Patents
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Abstract
煤矿顶底板稳定性评价用不同直径岩芯钻取装置，包括底座，底座上表面设有岩芯夹持机构和滑动基座，滑动基座位于岩芯夹持机构的左侧，滑动基座上安装有位于岩芯夹持机构上方的加工取芯机构，本发明具有设计合理，工作效率高，操作简单，加工试样率高，无粉尘污染、钻筒使用寿命长、可以前后左右移动对岩芯进行加工，可以实现60‑140mm不同直径岩芯的固定与加工等优点。
Description
技术领域
本发明属于岩芯标准试样加工技术领域，具体涉及一种煤矿顶底板稳定性评价用不同直径岩芯钻取装置。
背景技术
煤矿顶底板的稳定性评价等需要采集岩芯，对岩芯进行加工，然后对其进行力学实验，但是由于现场采集的圆柱形岩芯直径一般在60-140mm之间，并且岩芯的断裂口并不光滑，在实验室加工时很难对其进行固定，加工时的成功率很低，无法把岩芯加工成直径为50mm，高度为100mm的标准试样进行单轴压缩试验和三轴压缩试验，获得各个岩层的单轴抗压强度、三轴抗压强度、内摩擦角和粘聚力等参数，为煤矿顶底板的稳定性评价提供可靠的基础数据。
目前现场采集的岩芯直径范围为60-140mm，因此，急需设计一种装置来解决岩芯直径为60-140mm的加工问题，提高其试样的加工效率和成功率。另外，现有取芯装置在实验室中存在较大的粉尘污染，并且钻取岩芯的钻筒由于没有润滑、冷却等导致钻筒使用寿命较短。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种工作效率高、操作简单、加工试样率高、无粉尘污染、钻筒使用寿命长、可以前后左右移动对岩芯进行加工的煤矿顶底板稳定性评价用不同直径岩芯钻取装置。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
煤矿顶底板稳定性评价用不同直径岩芯钻取装置，包括底座，底座上表面设有岩芯夹持机构和滑动基座，滑动基座位于岩芯夹持机构的左侧，滑动基座上安装有位于岩芯夹持机构上方的加工取芯机构；
所述岩芯夹持机构包括螺杆、螺母和夹持组件，所述螺杆和螺母有六套，其中四套螺杆和螺母的直径为12mm，另外两套螺杆和螺母的直径为16mm，夹持组件由一块圆柱形尼龙棒加工而成且其外形为长方体，夹持组件的中间位置通过车床加工有一个直径为140mm的用于夹紧需要加工的圆柱形试样的圆柱通孔，夹持组件上设有四个直径为12mm的用于对夹持组件起固定作用的小圆柱形孔，四套直径为12mm的螺杆和螺母分别与四个直径为12mm的小圆柱形孔配合连接,夹持组件上还设有用于将岩芯夹持机构与底座固定在一起的两个直径为16mm的大圆柱形孔，两套直径为16mm的螺杆和螺母分别与两个大圆柱形孔配合连接，小圆柱形孔的中心线沿左右水平方向设置，圆柱通孔和大圆柱形孔的中心线沿垂直方向设置；
所述岩芯夹持机构还包括有四套厚度不同的长方形的胶垫和七套横向截面为圆环形的尼龙衬套，四套不同厚度的胶垫的厚度依次分别为：1mm、2mm、3mm和4mm，尼龙衬套由中心对称的两半组合而成，七套尼龙衬套的壁厚均为10mm，七套尼龙衬套的外径依次分别为：140mm、130mm、120mm、110mm、100mm、90mm和80mm；
夹持组件由尼龙棒加工而成且夹持组件的长、宽和高依次分别为：300mm、300mm和150mm，夹持组件的上顶面的端点分别为A、B、C、D，与端点A上下对应的底面端点为F，与端点B上下对应的底面端点为G,与端点D上下对应的底面端点为E，四个直径为12mm的小圆柱形孔分别为第一小圆柱形孔、第二小圆柱形孔、第三小圆柱形孔和第四小圆柱形孔，其中第一小圆柱形孔距AD边40mm，距离DE边40mm，第二小圆柱形孔距AD边40mm，距离AF边40mm，第三小圆柱形孔距离DE边40mm，距离EF边40mm，第四小圆柱形孔距离EF边40mm，距离AF边40mm，两个直径为16mm的大圆柱形孔分别为第一大圆柱形孔和第二大圆柱形孔，其中第一大圆柱形孔距CD边54mm，距BC边40mm，第二大圆柱形孔距AB边54mm，距BC边40mm；
所述直径为140mm的圆柱通孔的圆柱中心距离AB、BC、CD、AD四条边的距离为150mm，夹持组件是由左右对称左夹持块和右夹持块组成，第一大圆柱形孔和第二大圆柱形孔开设在右夹持块内，直径为12mm的四套螺杆和螺母将左夹持块和右夹持块连接为一体，直径为16mm的两套螺杆和螺母将右夹持块固定在底座上，且夹持组件的对称中心的切面垂直于边AB和CD，并且经过边AB和CD的中点；
所述滑动基座包括滑轨，第一滑座和第二滑座，滑轨沿前后水平方向固定连接在底座上，滑轨的上侧部的截面为T形，第一滑座底部沿前后水平方向开设有T形槽，第一滑座通过T形槽滑动连接在滑轨的上侧部，第一滑座和滑轨之间插设有第一紧固螺钉，第一滑座顶部沿左右水平方向开设有倒T形槽，第二滑座的底部截面为倒T形，第二滑座的底部滑动连接在第一滑座顶部的倒T形槽内，第二滑座和第一滑座之间插设有第二紧固螺钉，加工取芯机构安装在第二滑座右侧；
所述加工取芯机构包括安装架，安装架的左侧固定连接在第二滑座右侧，安装架上固定有立板，立板上设有液压油缸、电机和两条导轨，液压油缸、电机主轴以及两条导轨均沿垂直方向设置，两条导轨左右并排设置，液压油缸位于两条导轨之间，电机通过电机座滑动连接在两条导轨上，液压油缸的活塞杆的下端与电机座连接；电机的主轴通过联轴器连接有垂直向下设置的连杆，连杆的下端部连接有钻芯组件，钻芯组件包括钻筒，连杆下端部伸入到钻筒的上端部并与钻筒上端部通过花键连接，连杆下端部与钻筒上端部之间沿径向方向插设有定位插销，钻筒下端部外周通过密封轴承转动连接有底部敞口的洒水罩，洒水罩呈倒碗状结构且洒水罩的下端边沿低于钻筒下端，洒水罩上固定连接有导向杆，导向杆垂直向上设置，安装架上固定有导向管，导向杆上端部垂直向上插设在导向管内，洒水罩下端设有限位开关，洒水罩上均布有多个洒水孔，洒水孔的喷洒方向沿洒水罩的径向方向设置，洒水孔通过水管连接有水泵，水管上安装有调节洒水量的调节阀；
所述底座的一侧设有废水沉淀池，底座上设有环形的废水隔板，废水隔板与底座上表面围成一个空腔，空腔的竖向中心线与夹持组件的竖向中心线相重合，夹持组件位于空腔内，以靠近空腔的方向为内，以远离空腔的方向为外，空腔内的底座上开设有环形的废水回收槽，废水回收槽的底部连接有水管，水管的一端向下穿出底座与废水沉淀池相连接。
采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明的滑动基座不仅可以实现前后方向调节方向，还可以实现左右方向调节方向，岩芯夹持机构与底座固定以后，可以直接调整滑动基座的位置从而带动加工取芯机构移动，将钻筒对准岩芯，调节方向方便，当固定的岩芯直径大于100mm，需要对同一个岩芯进行两次取芯制作标准试样时，可以再次调节滑动基座，方便二次取芯，工作效率高；
（2）本发明采用水冷却方式，不仅可以对钻筒进行喷水降温，而且可以将粉尘沉淀下来，无粉尘污染，增加了钻筒的使用寿命；
（3）本发明采用的夹持组件采用尼龙材料制成，质量轻、耐磨力强，耐油，抗震，拉伸，弯曲强度好，并具有吸水性小、尺寸稳定性好、加工过程中损耗小；
（4）本发明采用的岩芯夹持机构将岩芯抱紧，提高了标准试样的加工率；
（5）本发明的岩芯夹持机构还包括有四套厚度不同的胶垫和七套横向截面为圆环形的尼龙衬套，加工直径小于140mm的岩芯时，不用将岩芯夹持机构上的螺杆与螺母取掉，直接在岩芯外包裹胶垫或在圆柱形孔内添加尼龙衬套即可将需要加工的岩芯抱紧固定，使用方便，实现了60-140mm不同直径岩芯的固定，然后进行加工为标准试样；
（6）本发明的底座上设有废水隔板和废水回收槽，便于清理岩屑，也便于将废水通过水管流入沉淀池进行沉淀，将水沉淀后重复利用。
综上所述，本发明具有设计合理，工作效率高，操作简单，加工试样率高，无粉尘污染，钻筒使用寿命长，可以前后左右移动对岩芯进行加工，可以实现60-140mm不同直径岩芯的固定与加工等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明夹持组件的结构示意图；
图3是本发明连杆与钻筒之间的轴向剖视图；
图4是本发明滑动基座的左视图；
图5是本发明胶垫的结构示意图；
图6是本发明的尼龙衬套的结构示意图。
具体实施方式
图1中向左的方向为左向，图1朝向看图者的方向为前向，图1中向上的方向为上向。
如图1-图6所示，本发明的煤矿顶底板稳定性评价用不同直径岩芯钻取装置，包括底座1，底座1上表面设有岩芯夹持机构和滑动基座，滑动基座位于岩芯夹持机构的左侧，滑动基座上安装有位于岩芯夹持机构上方的加工取芯机构；
所述岩芯夹持机构包括螺杆、螺母和夹持组件，所述螺杆和螺母有六套，其中四套螺杆和螺母的直径为12mm，另外两套螺杆和螺母的直径为16mm，夹持组件由一块圆柱形尼龙棒加工而成且其外形为长方体，夹持组件的中间位置通过车床加工有一个直径为140mm的用于夹紧需要加工的圆柱形试样的圆柱通孔24，夹持组件上设有四个直径为12mm的用于对夹持组件起固定作用的小圆柱形孔，四套直径为12mm的螺杆和螺母分别与四个直径为12mm的小圆柱形孔配合连接，夹持组件上还设有用于将岩芯夹持机构与底座1固定在一起的两个直径为16mm的大圆柱形孔，两套直径为16mm的螺杆和螺母分别与两个大圆柱形孔配合连接，小圆柱形孔的中心线沿左右水平方向设置，圆柱通孔24和大圆柱形孔的中心线沿垂直方向设置；
所述夹持组件还包括有四套厚度不同的长方形的胶垫24和七套横向截面为圆环形的尼龙衬套35，四套不同厚度的胶垫24的厚度依次分别为：1mm、2mm、3mm和4mm，尼龙衬套35由中心对称的两半组合而成，七套尼龙衬套35的壁厚均为10mm，七套尼龙衬套35的外径依次分别为： 140mm、130mm、120mm、110mm、100mm、90mm和80mm；
夹持组件由尼龙棒加工而成且夹持组件的长、宽和高依次分别为：300mm、300mm和150mm，夹持组件的上顶面的端点分别为A、B、C、D，与端点A上下对应的底面端点为F，与端点B上下对应的底面端点为G,与端点D上下对应的底面端点为E，四个直径为12mm的小圆柱形孔分别为第一小圆柱形孔28、第二小圆柱形孔29、第三小圆柱形孔30和第四小圆柱形孔31，其中第一小圆柱形孔28距AD边40mm，距离DE边40mm，第二小圆柱形孔29距AD边40mm，距离AF边40mm，第三小圆柱形孔30距离DE边40mm，距离EF边40mm，第四小圆柱形孔31距离EF边40mm，距离AF边40mm，两个直径为16mm的大圆柱形孔分别为第一大圆柱形孔32和第二大圆柱形孔33，其中第一大圆柱形孔32距CD边54mm，距BC边40mm，第二大圆柱形33孔距AB边54mm，距BC边40mm；
所述直径为140mm的圆柱通孔24的圆柱中心距离AB、BC、CD、AD四条边的距离为150mm，夹持组件是由左右对称左夹持块25和右夹持块24组成，第一大圆柱形孔32和第二大圆柱形孔33开设在右夹持块24内，直径为12mm的四套螺杆和螺母将左夹持块25和右夹持块24连接为一体，直径为16mm的两套螺杆和螺母将右夹持块24固定在底座上，且夹持组件的对称中心的切面垂直于边AB和CD，并且经过边AB和CD的中点；
所述滑动基座包括滑轨2，第一滑座3和第二滑座4，滑轨2沿前后水平方向固定连接在底座1上，滑轨2的上侧部的截面为T形，第一滑座3底部沿前后水平方向开设有T形槽，第一滑座3通过T形槽滑动连接在滑轨2的上侧部，第一滑座3和滑轨2之间插设有第一紧固螺钉26，第一滑座3顶部沿左右水平方向开设有倒T形槽，第二滑座4的底部截面为倒T形，第二滑座4的底部滑动连接在第一滑座3顶部的倒T形槽内，第二滑座4和第一滑座3之间插设有第二紧固螺钉27，加工取芯机构安装在第二滑座4右侧；
所述加工取芯机构包括安装架5，安装架5的左侧固定连接在第二滑座4右侧，安装架5上固定有立板6，立板6上设有液压油缸9、电机10和两条导轨7，液压油缸9、电机10的主轴以及两条导轨7均沿垂直方向设置，两条导轨7左右并排设置，液压油缸9位于两条导轨7之间，电机10通过电机座11滑动连接在两条导轨7上，液压油缸9的活塞杆的下端与电机座11连接；电机10的主轴通过联轴器连接有垂直向下设置的连杆14，连杆14的下端部连接有钻芯组件，钻芯组件包括钻筒16，连杆14下端部伸入到钻筒16的上端部并与钻筒16上端部通过花键连接，连杆14下端部与钻筒16上端部之间沿径向方向插设有定位插销15，钻筒16下端部外周通过密封轴承17转动连接有底部敞口的洒水罩19，洒水罩19呈倒碗状结构且洒水罩19的下端边沿低于钻筒16下端，洒水罩19上固定连接有导向杆12，导向杆12垂直向上设置，安装架5上固定有导向管13，导向杆12上端部垂直向上插设在导向管13内，洒水罩19下端设有限位开关36，洒水罩19上均布有多个洒水孔18，洒水孔18的喷洒方向沿洒水罩19的径向方向设置，洒水孔18通过水管连接有水泵，水管上安装有调节洒水量的调节阀；
所述底座1的一侧设有废水沉淀池23，底座1上设有环形的废水隔板8，废水隔板8与底座1上表面围成一个空腔，空腔的竖向中心线与夹持组件的竖向中心线相重合，夹持组件位于空腔内，以靠近空腔的方向为内，以远离空腔的方向为外，空腔内的底座1上沿周向开设有环形的废水回收槽21，废水回收槽21的底部连接有水管22，水管22的一端向下穿出底座1与废水沉淀池23相连接。
本发明的具体使用方法如下：
先通过第一大圆柱形孔32和第二大圆柱形孔用直径为16mm的螺杆将夹持组件固定在底座1上，将岩芯放置在夹持组件中，通过岩芯的直径选择合适的尼龙衬套35和胶垫24，如需要加工96mm的岩芯时，在夹持组件140mm的圆柱通孔24中依次放入外径140mm、外径130mm、外径120mm及外径110mm的尼龙衬套35，再在96mm的岩芯上包裹4mm厚度的胶垫24即可让夹持组件夹紧96mm的岩芯，当岩芯直径为140mm时，不需要胶垫24和尼龙衬套35直接将岩芯放置在岩芯夹持机构的圆柱通孔24内，再通过拧紧直径为12mm的四套螺杆上的螺母使岩芯与夹持组件紧密接触；调节滑动基座，推动第一滑座3带动加工取芯机构调整前后位置上钻筒16的位置，再推动第二滑座4板带动加工取芯机构调整左右位置上钻筒16的位置，使钻筒16对准岩芯；电机10开始工作，电机10的输出轴转动并通过联轴器带动连杆14转动，连杆14带动钻筒16转动，与此同时，启动液压油缸9，液压油缸9的活塞杆向下伸长，液压油缸9的活塞杆推动电机10沿导轨7向下运动，钻筒16向下运动并高速旋转，开始对岩芯进行加工，钻筒16外缘的密封轴承17带动洒水罩19沿导向杆12向下运动，水泵启动，水泵通过水管22将水流输送至洒水孔18，水流由洒水孔18喷出为钻筒16进行降温，同时喷出的水流对钻筒16工作时产生的粉尘进行除尘，粉尘经水的喷洒沉淀进入空腔；当洒水罩19下端的限位开关36触碰到夹持组件上端面时，电机10电源关闭，电机10停止工作，液压油缸9活塞杆收缩，钻筒16向上退出岩芯，拧开12mm螺母，松开左夹持块25，取出钻取后的岩芯，对钻取后的岩芯进行切割，将钻取后的岩芯加工成标准试样；待岩芯取出后，清理空腔内的岩芯碎屑，并且将废水收纳槽内的废水通过导水管22排放进沉淀池，废水在沉淀池内静置沉淀，沉淀后的清水通过水泵输送以循环利用。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (4)
1.煤矿顶底板稳定性评价用不同直径岩芯钻取装置，其特征在于：包括底座，底座上表面设有岩芯夹持机构和滑动基座，滑动基座位于岩芯夹持机构的左侧，滑动基座上安装有位于岩芯夹持机构上方的加工取芯机构；
所述滑动基座包括滑轨，第一滑座和第二滑座，滑轨沿前后水平方向固定连接在底座上，滑轨的上侧部的截面为T形，第一滑座底部沿前后水平方向开设有T形槽，第一滑座通过T形槽滑动连接在滑轨的上侧部，第一滑座和滑轨之间插设有第一紧固螺钉，第一滑座顶部沿左右水平方向开设有倒T形槽，第二滑座的底部截面为倒T形，第二滑座的底部滑动连接在第一滑座顶部的倒T形槽内，第二滑座和第一滑座之间插设有第二紧固螺钉，加工取芯机构安装在第二滑座右侧；
所述加工取芯机构包括安装架，安装架的左侧固定连接在第二滑座右侧，安装架上固定有立板，立板上设有液压油缸、电机和两条导轨，液压油缸、电机主轴以及两条导轨均沿垂直方向设置，两条导轨左右并排设置，液压油缸位于两条导轨之间，电机通过电机座滑动连接在两条导轨上，液压油缸的活塞杆的下端与电机座连接；电机的主轴通过联轴器连接有垂直向下设置的连杆，连杆的下端部连接有钻芯组件，钻芯组件包括钻筒，连杆下端部伸入到钻筒的上端部并与钻筒上端部通过花键连接，连杆下端部与钻筒上端部之间沿径向方向插设有定位插销，钻筒下端部外周通过密封轴承转动连接有底部敞口的洒水罩，洒水罩呈倒碗状结构且洒水罩的下端边沿低于钻筒下端，洒水罩上固定连接有导向杆，导向杆垂直向上设置，安装架上固定有导向管，导向杆上端部垂直向上插设在导向管内，洒水罩下端设有限位开关，洒水罩上均布有多个洒水孔，洒水孔的喷洒方向沿洒水罩的径向方向设置，洒水孔通过水管连接有水泵，水管上安装有调节洒水量的调节阀；
所述底座的一侧设有废水沉淀池，底座上设有环形的废水隔板，废水隔板与底座上表面围成一个空腔，空腔的竖向中心线与夹持组件的竖向中心线相重合，夹持组件位于空腔内，以靠近空腔的方向为内，以远离空腔的方向为外，空腔内的底座上开设有环形的废水回收槽，废水回收槽的底部连接有水管，水管的一端向下穿出底座与废水沉淀池相连接。
2.根据权利要求1所述的煤矿顶底板稳定性评价用不同直径岩芯钻取装置，其特征在于：所述岩芯夹持机构包括螺杆、螺母和夹持组件，所述螺杆和螺母有六套，其中四套螺杆和螺母的直径为12mm，另外两套螺杆和螺母的直径为16mm，夹持组件由一块圆柱形尼龙棒加工而成且其外形为长方体，夹持组件的中间位置通过车床加工有一个直径为140mm的用于夹紧需要加工的圆柱形试样的圆柱通孔，夹持组件上设有四个直径为12mm的用于对夹持组件起固定作用的小圆柱形孔，四套直径为12mm的螺杆和螺母分别与四个直径为12mm的小圆柱形孔配合连接,夹持组件上还设有用于将岩芯夹持机构与底座固定在一起的两个直径为16mm的大圆柱形孔，两套直径为16mm的螺杆和螺母分别与两个大圆柱形孔配合连接，小圆柱形孔的中心线沿左右水平方向设置，圆柱通孔和大圆柱形孔的中心线沿垂直方向设置。
3.根据权利要求2所述的煤矿顶底板稳定性评价用不同直径岩芯钻取装置，其特征在于：所述岩芯夹持机构还包括有四套厚度不同的长方形的胶垫和七套横向截面为圆环形的尼龙衬套，四套不同厚度的胶垫的厚度依次分别为：1mm、2mm、3mm和4mm，尼龙衬套由中心对称的两半组合而成，七套尼龙衬套的壁厚均为10mm，七套尼龙衬套的外径依次分别为：140mm、130mm、120mm、110mm、100mm、90mm和80mm。
4.根据权利要求2所述的煤矿顶底板稳定性评价用不同直径岩芯钻取装置，其特征在于：夹持组件由尼龙棒加工而成且夹持组件的长、宽和高依次分别为：300mm、300mm和150mm，夹持组件的上顶面的端点分别为A、B、C、D，与端点A上下对应的底面端点为F，与端点B上下对应的底面端点为G,与端点D上下对应的底面端点为E，四个直径为12mm的小圆柱形孔分别为第一小圆柱形孔、第二小圆柱形孔、第三小圆柱形孔和第四小圆柱形孔，其中第一小圆柱形孔距AD边40mm，距离DE边40mm，第二小圆柱形孔距AD边40mm，距离AF边40mm，第三小圆柱形孔距离DE边40mm，距离EF边40mm，第四小圆柱形孔距离EF边40mm，距离AF边40mm，两个直径为16mm的大圆柱形孔分别为第一大圆柱形孔和第二大圆柱形孔，其中第一大圆柱形孔距CD边54mm，距BC边40mm，第二大圆柱形孔距AB边54mm，距BC边40mm；
所述直径为140mm的圆柱通孔的圆柱中心距离AB、BC、CD、AD四条边的距离为150mm，夹持组件是由左右对称左夹持块和右夹持块组成，第一大圆柱形孔和第二大圆柱形孔开设在右夹持块内，直径为12mm的四套螺杆和螺母将左夹持块和右夹持块连接为一体，直径为16mm的两套螺杆和螺母将右夹持块固定在底座上，且夹持组件的对称中心的切面垂直于边AB和CD，并且经过边AB和CD的中点。
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