CN110530717B - 一种实验室用松软煤体试件钻孔装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种实验室用松软煤体试件钻孔装置，包括装置架，装置架包括装置架底板，装置架还包括设置于所述装置架底板上的装置架左侧板、装置架右侧板和装置架后侧板，装置架左侧板、装置架右侧板和装置架后侧板形成开口朝前的U形反力架，松软煤体试件钻孔装置还包括置于所述U形反力架内侧的分别以对应侧板为反力支撑的左气囊、右气囊和后气囊，左气囊、右气囊和后气囊围成开口朝前供相应煤体试件放入试件放置空间，各气囊的内侧壁为用于与所述煤体试件的对应侧壁接触施力的施压壁。本发明解决了现有技术中煤体受水平方向作用力较小，导致煤体松软而钻孔过程中易受扰动的问题。

Description

一种实验室用松软煤体试件钻孔装置
技术领域
本发明涉及一种实验室中用于模拟煤层钻孔失效的实验室用松软煤体试件钻孔装置。
背景技术
为了研究真实煤层的钻孔失效，就需要在实验室中模拟煤层的钻孔失效过程，真实的煤层中，煤层受到竖向和水平方向的作用力，导致煤层密度较大，钻孔过程中受到的扰动较小。而试验所用的煤样比较松软，即其所受到的各方向作用力都较弱，在钻孔过程中的扰动较大，导致钻孔成孔困难，难以满足实验要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实验室用松软煤体试件钻孔装置，以解决现有技术中煤体受水平方向作用力较小，导致煤体松软而钻孔过程中易受扰动的问题。
为解决上述技术问题，本发明中的技术方案如下：
一种实验室用松软煤体试件钻孔装置，包括装置架，装置架包括装置架底板，装置架还包括设置于所述装置架底板上的装置架左侧板、装置架右侧板和装置架后侧板，装置架左侧板、装置架右侧板和装置架后侧板形成开口朝前的U形反力架，松软煤体试件钻孔装置还包括置于所述U形反力架内侧的分别以对应侧板为反力支撑的左气囊、右气囊和后气囊，左气囊、右气囊和后气囊围成开口朝前供相应煤体试件放入试件放置空间，各气囊的内侧壁为用于与所述煤体试件的对应侧壁接触施力的施压壁。
左气囊、右气囊和后气囊由弹性材料或柔性材料制成。
U形反力架上铰接有可上下摆动的用于对煤体试件上端施压的配重压块。
装置架底板上于所述U形反力架的前侧设置有钻具支撑，钻具支撑上设置有轴线沿前后方向延伸的钻进端朝后的钻杆，钻杆上固定有支撑板，钻杆上于所述支撑板的后侧通过弹性件连接有可前后移动的浮动板，浮动板空套于所述钻杆外围，浮动板的后侧设置有空套于所述钻杆外围的用于与煤体试件的前侧壁接触顶压的施压板，施压板与浮动板之间通过转动轴线沿前后方向延伸的转动轴承连接。
所述弹性件为轴线沿前后方向延伸的压簧。
钻具支撑包括竖向支撑件，竖向支撑件上开设有长度沿上下方向延伸的导向滑槽，导向滑槽中导向移动装配有滑块，所述钻杆螺纹装配于所述滑块上，钻杆上于所述滑块的前侧设置有用于操作人员手持的转动把手。
滑块上螺纹装配有用于顶紧所述竖向支撑件而实现滑块位置固定的顶紧螺钉。
装置架底板上开设有导向方向沿左右方向延伸的燕尾型滑槽，竖向支撑件的底部导向移动装配于燕尾型滑槽中，装置架底板上设置有与所述竖向支撑件螺纹连接以驱动竖向支撑件沿燕尾型滑槽左右移动的驱动丝杆。
本发明的有益效果为：本发明在使用时，将煤体试件放置在三面具有气囊包围的试件放置空间，相应的钻具可以由煤体试件的前侧钻入，向左气囊、右气囊和后气囊充气，左气囊、右气囊和后气囊远离煤体试件的一侧以U形反力架为反力支撑，各气囊的内侧壁为用于与所述煤体试件的对应侧壁接触施力的施压壁，通过气囊对煤体试件的对应侧壁施加压力，保证煤体试件的密实度，以减少钻孔中的扰动问题。
进一步的，在钻杆钻进过程中，钻杆外围的施压板对煤体试件的前侧壁施压，转动轴承则可以避免施压板随钻杆转动，施压板与后气囊配合形成对煤体试件的前后挤压效果，保证煤体试件的水平受压，从而进一步的减少钻杆钻孔中的扰动问题，保证钻孔成孔率。
进一步的，铰接于U形反力架上的配重压块可以依靠自身的自重对煤体试件上端施压，从而使得煤体试件形成真三轴受力工况，更接近真实煤层的受力工况，此外，配重压块可以翻转打开，从而方便煤体试件的取放。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的结构示意图；
图2是图1的A-A向剖视图；
图3是图2中竖向支撑件的结构示意图；
图4是图3的侧视图；
图5是图1中滑块、钻杆的配合示意图。
具体实施方式
一种实验室用松软煤体试件钻孔装置的实施例如图1~5所示：包括装置架，装置架包括装置架底板3及固定于所述装置架底板上的装置架左侧板30、装置架右侧板2和装置架后侧板24，装置架左侧板30、装置架右侧板2和装置架后侧板24形成开口朝前的U形反力架。装置架后侧板的顶部通过铰链25铰接有可上下摆动的用于对煤体试件上端施压的配重压块21。
松软煤体试件钻孔装置还包括设置于U形反力架内侧的分别以对应侧板为反力支撑的左气囊22、右气囊1和后气囊27，各气囊上均设置有充气口26，左气囊22、右气囊1和后气囊27围成开口朝前供煤体试件28放入试件放置空间，各气囊的内侧壁为用于与煤体试件的对应侧壁接触施力的施压壁31，各气囊的外侧壁32顶压在U形反力架的对应侧板上。本实施例中各气囊均由不具备弹性的布袋材料制成。
装置架底板上于所述U形反力架的前侧设置有钻具支撑，本实施例中，钻具支撑包括竖向支撑件7，竖向支撑件上开设有长度沿上下方向延伸的导向滑槽29，导向滑槽29中导向移动装配有滑块8，滑块8为具有前翼缘板12、后翼缘板13和中间腹板20的H形结构，使用时滑块可以由上至下的装入到导向滑槽29中。其中滑块的前翼缘板上螺纹装配有用于顶紧竖向支撑件而实现滑块位置固定的顶紧螺钉11。滑块上螺纹装配有轴线沿前后方向延伸的钻进端朝后的钻杆10，钻杆10上于滑块的前侧设置有用于操作人员手持的转动把手9。钻杆10上固定有支撑板14，钻杆10上于支撑板14的后侧通过压簧15连接有可前后移动的浮动板17，浮动板空套于所述钻杆10外围，浮动板的后侧设置有空套于钻杆外围的用于与煤体试件的前侧壁接触顶压的施压板18，施压板与浮动板之间通过转动轴线沿前后方向延伸的转动轴承19连接。
装置架底板上开设有导向方向沿左右方向延伸的燕尾型滑槽6，竖向支撑件的底部导向移动装配于燕尾型滑槽中，装置架底板上设置有与所述竖向支撑件螺纹连接以驱动竖向支撑件沿燕尾型滑槽左右移动的驱动丝杆5。驱动丝杆的一端固定有操作手柄4。
本发明中，滑块8可以沿竖向支撑件的导向滑槽29上下移动调整，从而改变钻孔的上下位置；竖向支撑件7可以沿装置架底板上的燕尾型滑槽6左右移动调整，从而改变钻孔的左右位置，这样就可以实现在煤体试件的任意位置钻孔。滑块可以整体的由导向滑槽上侧取出，因此可以方便的进行更换，比如说需要在煤体试件上钻不同直径钻孔时，只需更换另外一个装有不同直径的钻杆的滑块即可。
具体试验时，由于钻杆与滑块为螺纹配合关系，操作人员对转动把手9施力，钻杆10才能旋转前进和后退，钻杆的后退速度有限，为了方便煤体试件的快速装入，可以直接上翻配重压块21，这样就可以快速的将煤体试件28放入到各气囊围成的试件放置空间中，然后下翻配重压块，配重压块对煤体试件的上端施压，向各气囊中充气，气囊膨胀而对煤体试件的左侧壁、右侧壁和后侧壁施压，利用气体的可压缩性来保持压力，相比液压施压而言，不需要泵来持续工作。然后钻杆向煤体试件的前侧壁上钻孔，钻孔过程中，随着钻杆的钻进过程，支撑板通过弹簧对浮动板施加轴向作用力，施压板在支撑板的作用下对煤体试件的前侧壁施加压力，转动轴承可以保证施压板不随钻杆转动。这样钻孔周围的煤层就收到左右方向、前后方向、上下方向的真三轴作用力，更加接近的模拟了真实煤层受力状况，提高了钻孔周围煤层的密实程度，煤样处于稳定状态，同时手动的缓慢钻进，也有利于保证钻进过程的稳定性，这样煤样和钻具都处于稳定状态，减少了对钻孔过程中，煤样的扰动，成孔率得到提高。在本发明的其它实施例中，压簧还可以被气囊、橡胶体等其它能够向浮动板传递弹性力的弹性件代替；左气囊、右气囊和后气囊也可以有弹性材料制成，比如说橡胶。

Claims (6)

1.一种实验室用松软煤体试件钻孔装置，其特征在于：包括装置架，装置架包括装置架底板，装置架还包括设置于所述装置架底板上的装置架左侧板、装置架右侧板和装置架后侧板，装置架左侧板、装置架右侧板和装置架后侧板形成开口朝前的U形反力架，松软煤体试件钻孔装置还包括置于所述U形反力架内侧的分别以对应侧板为反力支撑的左气囊、右气囊和后气囊，左气囊、右气囊和后气囊围成开口朝前供相应煤体试件放入试件放置空间，各气囊的内侧壁为用于与所述煤体试件的对应侧壁接触施力的施压壁，装置架底板上于所述U形反力架的前侧设置有钻具支撑，钻具支撑上设置有轴线沿前后方向延伸的钻进端朝后的钻杆，钻杆上固定有支撑板，钻杆上于所述支撑板的后侧通过弹性件连接有可前后移动的浮动板，浮动板空套于所述钻杆外围，浮动板的后侧设置有空套于所述钻杆外围的用于与煤体试件的前侧壁接触顶压的施压板，施压板与浮动板之间通过转动轴线沿前后方向延伸的转动轴承连接，钻具支撑包括竖向支撑件，竖向支撑件上开设有长度沿上下方向延伸的导向滑槽，导向滑槽中导向移动装配有滑块，所述钻杆螺纹装配于所述滑块上，钻杆上于所述滑块的前侧设置有用于操作人员手持的转动把手。
2.根据权利要求1所述的松软煤体试件钻孔装置，其特征在于：左气囊、右气囊和后气囊由弹性材料或柔性材料制成。
3.根据权利要求1所述的松软煤体试件钻孔装置，其特征在于：U形反力架上铰接有可上下摆动的用于对煤体试件上端施压的配重压块。
4.根据权利要求1所述的松软煤体试件钻孔装置，其特征在于：所述弹性件为轴线沿前后方向延伸的压簧。
5.根据权利要求1所述的松软煤体试件钻孔装置，其特征在于：滑块上螺纹装配有用于顶紧所述竖向支撑件而实现滑块位置固定的顶紧螺钉。
6.根据权利要求1所述的松软煤体试件钻孔装置，其特征在于：装置架底板上开设有导向方向沿左右方向延伸的燕尾型滑槽，竖向支撑件的底部导向移动装配于燕尾型滑槽中，装置架底板上设置有与所述竖向支撑件螺纹连接以驱动竖向支撑件沿燕尾型滑槽左右移动的驱动丝杆。
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