CN110595825B - 炭质泥岩取芯装置及其使用方法 - Google Patents

炭质泥岩取芯装置及其使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110595825B
CN110595825B CN201910910826.4A CN201910910826A CN110595825B CN 110595825 B CN110595825 B CN 110595825B CN 201910910826 A CN201910910826 A CN 201910910826A CN 110595825 B CN110595825 B CN 110595825B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fixed
coring
mudstone
nut
cooling liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201910910826.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110595825A (zh
Inventor
付宏渊
蒋煌斌
曾铃
高积福
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changsha University of Science and Technology
Original Assignee
Changsha University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changsha University of Science and Technology filed Critical Changsha University of Science and Technology
Priority to CN201910910826.4A priority Critical patent/CN110595825B/zh
Publication of CN110595825A publication Critical patent/CN110595825A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110595825B publication Critical patent/CN110595825B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02Devices for withdrawing samples
    • G01N1/04Devices for withdrawing samples in the solid state, e.g. by cutting
    • G01N1/08Devices for withdrawing samples in the solid state, e.g. by cutting involving an extracting tool, e.g. core bit

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

本发明公开了一种炭质泥岩取芯装置及其使用方法,包括由可调节固定螺栓和侧板组成的岩石固定及角度调整箱以及取芯机;侧板固定在炭质泥岩两侧或四周;每个侧板上至少固定有3个可调节固定螺栓。可调节固定螺栓由螺帽、螺杆、圆球状端头、楔形端头以及螺母组成,圆球状端头固定在螺杆底端;楔形端头与带圆球状端头的螺杆形成球面副结构。可调节固定螺栓设有楔形端头的一端穿过侧板,楔形端头远离螺杆的一端指向炭质泥岩,螺母位于侧板靠近炭质泥岩的一侧,螺帽位于侧板的另一侧,螺母和螺帽共同作用夹紧侧板,在其螺母和螺帽未共同作用夹紧侧板时,可调节固定螺栓可沿第二空心槽在侧板的平面内移动。解决了现有取芯装置取芯角度难以调整的问题。

Description

炭质泥岩取芯装置及其使用方法
技术领域
本发明属于软岩力学试验仪器开发领域,涉及一种炭质泥岩取芯装置及其使用方法。
背景技术
我国西南地区炭质泥岩分布广泛,大量的路基填筑和边坡开挖涉及到该类岩石。因此,为探究清楚炭质泥岩各项工程特性,需对原岩进行室内试验。进行室内岩石力学试验的基础是标准岩样的制备,现有岩石制样多采用岩石取芯机,即对现场开挖的岩石进行钻孔取芯,最后打磨成标准试样。该技术针对坚硬岩石取芯已较为成熟,但对自身特性与坚硬岩石不同的炭质泥岩而言,现有岩石取芯技术依然存在以下问题:
(1)岩样易破碎。由于炭质泥岩属于沉积岩,原岩内部存在大量层理结构,在取芯过程中,受到钻头及取芯机工作时的震动影响,原始层理结构发生开裂,造成试样破碎。
(2)取样过程中岩石易崩解。现有取芯技术,多采用冷水作为冷却液,而炭质泥岩与其他岩石不同,在干燥情况下,炭质泥岩力学强度较好;在遇水条件下,炭质泥岩易发生软化崩解,自身结构自动解体,无法形成完整的岩石,难以进行取芯操作。
(3)取芯角度难以调整。现有取芯技术,通常采用手动旋转螺杆推进夹头来固定,或直接通过螺丝固定夹具等方式来固定待钻取的岩样,上述操作只能对较为规则的岩石起到很好的固定作用,且无法调整岩石摆放的角度以得到沿岩石节理不同角度的取芯试样。
(4)冷却液大量浪费。现有取芯过程中用于冷却的冷却液大多使用后都未进行处理,直接流失浪费,虽然大多冷却液采用冷水,但也有特殊要求的冷却液,大量流失无疑需要增大大量的成本投入。
发明内容
本发明的目的在于提供一种炭质泥岩取芯装置,以解决采用现有的岩石取芯装置对炭质泥岩进行取芯的过程中岩样易破碎的问题、取芯角度难以调整的问题以及冷却液未处理而大量浪费的问题。
本发明的另一目的在于提供一种炭质泥岩取芯装置的使用方法,以解决用冷水作为冷却液,取样过程中岩石易崩解的问题。
本发明所采用的技术方案是,炭质泥岩取芯装置,包括岩石固定及角度调整箱和取芯机;取芯机固定于岩石固定及角度调整箱一侧,其金刚钻头位于岩石固定及角度调整箱上方;岩石固定及角度调整箱由可调节固定螺栓和侧板组成;侧板固定在炭质泥岩两侧,或固定在炭质泥岩四周形成无盖箱体;每个侧板上至少固定有3个可调节固定螺栓。
进一步的,所述可调节固定螺栓由螺帽、螺杆、圆球状端头、楔形端头以及与螺杆匹配的螺母组成,圆球状端头固定在螺杆底端;楔形端头一端设有与圆球状端头匹配的圆球凹陷,楔形端头经其圆球凹陷与带圆球状端头的螺杆形成球面副结构;
所述可调节固定螺栓设有楔形端头的一端穿过侧板,楔形端头远离螺杆的一端指向炭质泥岩,螺母位于侧板靠近炭质泥岩的一侧,螺帽位于侧板的另一侧,螺母和螺帽共同作用夹紧侧板,将可调节固定螺栓与侧板固定连接。
进一步的,所述楔形端头指向炭质泥岩的一端固定有耐磨擦橡皮;
所述楔形端头的圆球凹陷的球半径比螺杆的圆球状端头的球半径大0.5~1mm;楔形端头的圆球凹陷的开口直径为螺杆直径的1.2~1.8倍,且不超过螺杆的圆球状端头球半径的1.5倍。
进一步的,所述侧板上分布有第二空心槽,可调节固定螺栓设有楔形端头的一端穿过第二空心槽;
所述可调节固定螺栓的螺母和螺帽的外径大于第二空心槽的宽度,其螺杆的直径小于第二空心槽的宽度,在其螺母和螺帽未共同作用夹紧侧板时,可调节固定螺栓可沿第二空心槽在侧板的平面内移动。
进一步的,所述炭质泥岩位于水平工作台上,水平工作台上横向设有长度为b的第一空心槽;
所述侧板底部与第一空心槽接触的部位设有带螺纹的圆形孔洞,穿过第一空心槽的可移动螺栓的螺杆旋入带螺纹的圆形孔洞中,并通过其位于水平工作台底部的螺帽将侧板固定在水平工作台上。
进一步的,所述水平工作台由第一层台面、第二层台面和透水钢板组成,宽度为a的透水钢板固定在第一层台面一端,透水钢板的宽度a与第一层台面的长度之和等于第二层台面的长度;
所述第一空心槽横向设置在透水钢板靠近第一层台面的一侧以及与该侧相对的另一侧,侧板经可移动螺栓固定在透水钢板上;
所述透水钢板上均匀分布有透水孔,且炭质泥岩经岩石支撑板放置在透水钢板上;
所述第二层台面上述设有位于第一层台面和透水钢板下方的冷却液循环系统。
进一步的,所述冷却液循环系统由沉淀渣处理器、冷却液箱、供液泵、进液管、出液管以及多个沉淀池和过滤器组成;每个沉淀池内部均设有与其内壁相紧贴的沉淀渣处理器;第一个沉淀池位于透水钢板正下方,其后依次设置有多个沉淀池,相邻两沉淀池上方设有一个与两者相通的过滤器,最后一个过滤器与冷却液箱相通;供液泵位于冷却液箱上,其通过进液管与冷却液箱内部相通,并通过出液管与取芯机相连;
所述取芯机由电机、升降机、立柱、金刚钻头、钻头外套管、底板和多个拉索组成;底板固定在第一层台面靠近岩石固定及角度调整箱的一端,立柱竖直固定在底板上,升降机固定在立柱上,电机固定在升降机上,金刚钻头固定在电机的输出轴端口处,升降机带动电机和金刚钻头升降;钻头外套管套设在金刚钻头的外部,且钻头外套管与金刚钻头相距0.5~1.0cm,钻头外套管通过出液管与供液泵连接;多个拉索均处于绷直状态,其一端与立柱连接,其另一端规定在第一层台面上;且多个拉索相互平行。
进一步的,所述透水钢板底部靠近第一层台面一端固定有挡板,挡板底部与冷却液循环系统的第一个过滤器的上表面相接;
所述透水钢板的宽度为第一层台面的长度的1/5~1/4;
所述第一空心槽的长度b为透水钢板靠近第一层台面一端边缘到岩石支撑板的垂直距离;
所述拉索至少有2个,包含第一拉索和第二拉索,第一拉索的一端与立柱的中部相连接,其另一端固定在第一层台面上;第二拉索的一端与立柱的顶端相连接,其右端与第一层台面的右端相连接;
所述沉淀渣处理器由不透水部分和透水部分组成,位于沉淀池2/3高度处向下的部分以及位于沉淀池底部的部分为不透水部分,位于沉淀池2/3高度处向上的部分为透水部分;
所述多个沉淀池的规格相同,均为长方体形状,高宽比为0.5~0.8;
所述第一个沉淀池上方的过滤器由相接的粗颗粒过滤器和细颗粒过滤器组成,粗颗粒过滤器靠近第一个沉淀池,细颗粒过滤器靠近第二个沉淀池,其他过滤器均为活性炭过滤装置。
本发明所采用的另一技术方案是,炭质泥岩取芯装置的使用方法,具体步骤如下:
步骤S1:炭质泥岩固定,将原岩按照需要取芯的角度摆放在岩石支撑板上,根据岩石尺寸大小调节可移动螺栓,将侧板移动至适于炭质泥岩尺寸大小的位置;然后根据炭质泥岩摆放的角度,移动可调节固定螺栓在侧板的第二空心槽内的位置,使所有可调节固定螺栓的耐摩擦橡皮抵住炭质泥岩外侧壁,然后依次拧紧所有可调节固定螺栓的螺母使可调节固定螺栓初固定,最后依次将对称的两个可调节固定螺栓的螺母同时拧紧,使炭质泥岩固定;
步骤S2:提供冷却液,打开供液泵,将冷却液从冷却液箱中输送至钻头外套管;
步骤S3:取芯,根据取芯直径及炭质泥岩的软硬确定钻削转速,炭质泥岩硬度大、取芯直径大时降低钻削转速,炭质泥岩硬度小、取芯直径小时提高钻削转速;
步骤S4:沉淀渣清理,工作一段时间后,观察沉淀池中的沉淀渣,若沉淀渣高度接近沉淀池的2/3高度时,将沉淀渣处理器取出倒掉沉淀渣。
进一步的,所述炭质泥岩硬度不低于Ⅵ级、取芯直径大于等于50mm时,采用慢速钻削,钻削转速为800~1200转/min;炭质泥岩硬度低于Ⅵ级、取芯直径小于50mm时,采用快速钻削,钻削转速为1200~1800转/min;
所述冷却液为复合型冷却液,是由质量分数为15%~25%的蓖麻油、40%~55%的乙醇、15%~35%的聚偏氟乙烯、2%~7%的消泡剂组成。
本发明的有益效果是:
(1)通过第一拉索和第二拉索分别将取芯机立柱的中部和顶端与水平工作台固定,水平工作台与地面固定,这样使得取芯机、水平工作台和地面连成一体,减少了电机工作而带来的震动,避免了取芯过程中应力扰动对炭质泥岩的破坏作用,解决了采用现有的岩石取芯装置对炭质泥岩进行取芯的过程中岩样易破碎的问题。
(2)本发明中可调节螺栓可在近似圆球空间内自由转动,可很好的适应不同规则的现场开挖原岩,且通过与侧板的第二空心槽相结合,可在侧板内自由移动,选择合适的固定位置,达到对不同岩石摆放角度的固定目的,使得其能满足不同取芯角度,解决了采用现有的岩石取芯装置对炭质泥岩进行取芯时取芯角度难以调整的问题。耐磨擦橡皮减少了固定螺栓对原岩表层的破坏,且起到减少水平工作台震动对原岩的影响。
(3)选用复合型冷却液,有效防止了炭质泥岩遇水反应崩解的现象,解决了用冷水作为冷却液,取样过程中岩石易崩解的问题。同时通过冷却液循环处理系统,可以有效的回收处理冷却液。当使用过的冷却液流到钢性定板上时,顺着透水钢板上的孔隙流入沉淀池中,通过多个沉淀池的多层沉淀和过滤以及多次吸附炭的吸附作用,对冷却液进行有条理的反复净化,最后回收到冷却液储存箱,进行循环利用。有效解决了现有取芯过程中大多冷却液未处理而直接流失浪费的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明炭质泥岩取芯装置的结构示意图。
图2是本发明炭质泥岩取芯装置的透水钢板的结构示意图。
图3是本发明炭质泥岩取芯装置的可调节螺栓的结构示意图。
图4是本发明炭质泥岩取芯装置的岩样固定及角度调整箱侧板的结构示意图。
图5是本发明炭质泥岩取芯装置的冷却液循环系统中沉淀渣处理器的剖面示意图。
图6是本发明炭质泥岩取芯装置的第一过滤器的结构示意图。
图中,1.水平工作台,11.第一层台面,12.第二层台面,13.透水钢板,131.透水孔,132.第一空心槽,14.工作台固定螺栓,15.地面,2.岩石固定及角度调整箱,21.可调节固定螺栓,211.螺帽,212.螺杆,213.圆球状端头,214.楔形端头,215.耐磨擦橡皮,216.螺母,22.侧板,221.第二空心槽,23.岩石支撑板,24.可移动螺栓,25.挡板,3.冷却液循环系统,31.沉淀渣处理器,311.不透水部分,312.透水部分,32.第一沉淀池,33.第一过滤器,331.粗颗粒过滤器,332.细颗粒过滤器,34.第二沉淀池,35.第二过滤器,36.第三沉淀池,37.第三过滤器,38.冷却液箱,39.供液泵,391.进液管,392.出液管,4.取芯机,41.电机,42.升降机,43.立柱,44.金刚钻头,45.钻头外套管,46.底板,47.第一拉索,48.第二拉索。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
炭质泥岩取芯装置,如图1所示,包括水平工作台1、岩石固定及角度调整箱2、冷却液循环系统3和取芯机4;水平工作台1经工作台固定螺栓14固定在地面15上,水平工作台1由第一层台面11、第二层台面12和透水钢板13组成,宽度为a的透水钢板13固定在第一层台面11一端,透水钢板13的宽度a与第一层台面的长度之和等于第二层台面12的长度。透水钢板13的宽度a根据岩石尺寸设置,其大小可为第一层台面11的长度的1/5~1/4,尺寸过小无法承载大岩石,过大则使得无法稳固安装取芯机。透水钢板13靠近第一层台面11的一侧以及与其该侧相对的一侧分别在其中点处横向设有一条长度为b的第一空心槽132。
岩石固定及角度调整箱2固定在第一层台面11的左端,取芯机4固定在第一层台面11上,冷却液循环系统3固定在第二层台面12上。炭质泥岩固定在岩石固定及角度调整箱2中,取芯机4的金刚钻头44位于炭质泥岩上方,冷却液循环系统3与岩石固定及角度调整箱2相通。
岩石固定及角度调整箱2由可调节固定螺栓21、侧板22、岩石支撑板23、可移动螺栓24和挡板25组成。可移动螺栓24穿过透水钢板13上的第一空心槽132后在透水钢板13上部与第一空心槽132对应位置处分别固定一个侧板22,可移动螺栓24松开状态可沿第一空心槽132移动,调整侧板22的位置,使其适应岩石尺寸。第一空心槽132的长度b为透水钢板13靠近第一层台面11一侧的边缘到岩石支撑板23的垂直距离。岩石支撑板23置于透水钢板13上部中心位置,挡板25的上部竖直固定在透水钢板13靠近第一层台面11的一端下表面,挡板25的下部与冷却液循环系统3连接。
本发明设置第二层台面12可以将冷却液循环系统3与整个水平工作台1联合,形成整体,使其整体移动方便。当其放入冷却液时,增加了水平工作台1的载重,减少取芯机4工作的震动。
取芯过程中会产生大量的灰屑,在透水钢板13上设置岩石支撑板23,防止大量的灰屑沿透水孔131进入过透水钢板13下部的过滤池中,且取芯时有可能钻穿炭质泥岩,此时岩石支撑板23就能防止钻头直接钻入透水钢板13,防止透水钢板13损伤。
如图2所示,可调节固定螺栓21由螺帽211、螺杆212、圆球状端头213、楔形端头214、耐磨擦橡皮215以及与螺杆212匹配的螺母216组成,圆球状端头213固定在螺杆212的底端,楔形端头214一端设有与圆球状端头213匹配套接的圆球凹陷,圆球状端头213套接在楔形端头214的圆球凹陷内,楔形端头214可绕螺杆212的圆球状端头在一定的空间内自由转动(即楔形端头214与带圆球状端头213的螺杆212形成球面副)。
圆球凹陷的球半径大于圆球状端头的球半径0.5~1mm,圆球凹陷的开口直径为螺杆212直径的1.2~1.8倍,且不超过圆球状端头球半径的1.5倍,保证楔形端头214可以在一定的空间内自由转动,圆球凹陷的开口直径过小无法转动角度,过大则容易使圆球凹陷开裂或使圆球状端头与圆球凹陷脱落。楔形端头214另一端粘贴耐磨擦橡皮215。
如图3所示,侧板22上设有第二空心槽221,第二空心槽221在侧板22上的布局为田字格型或同心圆环状,具体对其布局不做限定,可根据需求自行设定,尽可能使可调节固定螺栓21能在侧板22的所有位置移动即可。可调节固定螺栓21的螺杆212设有楔形端头214的一端穿过侧板22的第二空心槽221,其耐磨擦橡皮215指向岩石支撑板23上的炭质泥岩,其螺母216位于侧板22靠近炭质泥岩的一侧,其螺帽211位于侧板22的另一侧,使得调节固定螺栓21在螺母216松开状态下能在侧板22的平面内自由移动,当移动到合适的固定位置时,通过拧紧螺母216固定可调节固定螺栓21,并使得调节固定螺栓21夹紧炭质泥岩。
冷却液循环系统3由沉淀渣处理器31、第一沉淀池32、第一过滤器33、第二沉淀池34、第二过滤器35、第三沉淀池36、第三过滤器37、冷却液箱38、供液泵39、进液管391和出液管392组成;第一沉淀池32、第一过滤器33、第二沉淀池34、第二过滤器35、第三沉淀池36、第三过滤器37和冷却液箱38按从左向右的顺序依次连接,且第一过滤器33、第二过滤器35和第三过滤器37均位于相邻两沉淀池之间的上部。第一沉淀池32、第二沉淀池34、第三沉淀池36的内部均设有与其内壁相紧贴的沉淀渣处理器31;第一过滤器33的上表面左端与挡板25的下部相接。供液泵39位于冷却液箱38上,其通过进液管391与冷却液箱38内部相通,并通过出液管392与取芯机4相连。本发明沉淀池和过滤器的数量可依据需求增加或减少,以使得处理后冷却液可循环利用即可。
第一过滤器33依靠过滤器颞部粗颗粒过滤器中的过滤网的孔径大小滤掉冷却液中的粗颗粒,并通过细颗粒过滤器中更小孔径的过滤网滤掉细颗粒。第二过滤器35和第三过滤器37是通过吸附碳的吸附作用去掉冷却液中的其他溶解的杂质和更微小的颗粒。
如图4所示,所述沉淀渣处理器31由不透水部分311和透水部分312组成,位于沉淀池2/3高度处向下的部分以及位于沉淀池底部的部分为不透水部分311,位于沉淀池2/3高度处向上的部分为透水部分312。沉淀渣处理器31由不透水部分311和透水部分312组成,方便清理沉淀渣,在沉淀渣接近沉淀池深度的2/3时提醒作业人员及时清理,另外在清理过程中,提起沉淀渣处理器31时,沉淀渣上方的冷却液可以通过透水部分312流出,防止沉淀完成的冷却液被一起清理掉。
第一沉淀池32、第二沉淀池34和第三沉淀池36规格相同,且均为长方体形状,高宽比为0.5~0.8,因为沉淀池要保持内部需要进行沉淀的液体静止,合适的高宽比能使得液体流入时,对沉淀池内部液体的冲击动荡的影响最小,高宽比过小使得冷却循环系统3工作时,液体间相互影响较大,沉淀池内部的液体难以静止沉淀,高宽比过大会使得空间和造价不合理。如图5所示,第一过滤器33由粗颗粒过滤器331和细颗粒过滤器332组成,所述的粗颗粒过滤器331位于细颗粒过滤器332的左侧。第二过滤器35和第三过滤器37均为活性炭过滤装置。
取芯机4由电机41、升降机42、立柱43、金刚钻头44、钻头外套管45、底板46、第一拉索47和第二拉索48组成;底板46通过螺栓固定在第一层台面11靠近岩石固定及角度调整箱2的一端,立柱43竖直固定在底板46上,升降机42固定在立柱43上,电机41固定在升降机42上,金刚钻头44固定在电机41的输出轴端口处,升降机42带动电机41和金刚钻头44升降运动。钻头外套管45套设在金刚钻头44的外部,且钻头外套管45与金刚钻头44相距0.5~1.0cm。第一拉索47和第二锁链48均处于绷直状态,第一拉索47的左端与立柱43的中部相连接,其右端与第一层台面11距其右端c处相连接,c的大小通过将第一拉索47和第二拉索48平行确定,也既是等于立柱43到第一层台面11远离立柱43一侧的垂直距离的1/2;第二拉索48的左端与立柱43的顶端相连接,其右端与第一层台面11的右端相连接,钻头外套管45通过出液管392与供液泵39连接。
本发明设置底板46,是考虑电机41的重量集中于立柱43的左侧,因此固定时需要在立柱43的右侧增加一定的力矩来加大固定整个取芯机。同时通过第一拉索47和第二拉索48分别将取芯机的立柱43的中部和顶端与第一层台面11固定,减少了电机工作而带来的震动,避免了取芯过程中应力扰动对炭质泥岩的破坏作用。
实施例1
采用如下冷却液及本发明的取芯装置对硬度为Ⅴ的炭质泥岩进行取芯,取芯直径为50mm:
步骤S1:炭质泥岩固定,将原岩按照需要取芯的角度摆放在岩石支撑板23上,根据岩石尺寸大小调节可移动螺栓24,将侧板22移动至适于炭质泥岩尺寸大小的位置;然后调整可调节固定螺栓21,使所有可调节固定螺栓21的耐摩擦橡皮215抵住炭质泥岩外侧壁,然后依次拧紧螺母216使可调节固定螺栓21初固定,最后对称拧紧螺母216,使炭质泥岩固定。
步骤S2:提供冷却液,打开供液泵39,将冷却液从冷却液箱38中输送至钻头外套管45,冷却液为复合型冷却液,是由质量分数为15%的蓖麻油、55%的乙醇、23%的聚偏氟乙烯、7%的消泡剂组成。
步骤S3:取芯,根据取芯直径及炭质泥岩的软硬确定钻削转速,钻削转速为800转/min。
步骤S4:沉淀渣清理,工作一段时间后,观察沉淀池中的沉淀渣,若沉淀渣高度接近沉淀池的2/3高度时,将沉淀渣处理器31取出倒掉沉淀渣。
实施例2
采用如下冷却液及本发明的取芯装置对硬度为Ⅵa的炭质泥岩进行取芯,取芯直径为50mm:
步骤S1:炭质泥岩固定,将原岩按照需要取芯的角度摆放在岩石支撑板23上,根据岩石尺寸大小调节可移动螺栓24,将侧板22移动至适于炭质泥岩尺寸大小的位置;然后调整可调节固定螺栓21,使所有可调节固定螺栓21的耐摩擦橡皮215抵住炭质泥岩外侧壁,然后依次拧紧螺母216使可调节固定螺栓21初固定,最后对称拧紧螺母216,使炭质泥岩固定。
步骤S2:提供冷却液,打开供液泵39,将冷却液从冷却液箱38中输送至钻头外套管45,冷却液为复合型冷却液,是由质量分数为25%的蓖麻油、55%的乙醇、15%的聚偏氟乙烯、5%的消泡剂组成。
步骤S3:取芯,根据取芯直径及炭质泥岩的软硬确定钻削转速,钻削转速为1200转/min。
步骤S4:沉淀渣清理,工作一段时间后,观察沉淀池中的沉淀渣,若沉淀渣高度接近沉淀池的2/3高度时,将沉淀渣处理器31取出倒掉沉淀渣。
蓖麻油及乙醇具有良好的低温性能,两者相融既降低了乙醇的挥发性,又能保持良好的低温效果,聚偏氟乙烯具有良好的疏水性保证了炭质泥岩无法被溶液中的水分子侵入,防止炭质泥岩崩解,消泡剂防止冷却液在运动的过程中出现大量泡沫影响取芯工作。
实施例3
采用如下冷却液及本发明的取芯装置对硬度为Ⅵa的炭质泥岩进行取芯,取芯直径为25mm:
步骤S1:炭质泥岩固定,将原岩按照需要取芯的角度摆放在岩石支撑板23上,根据岩石尺寸大小调节可移动螺栓24,将侧板22移动至适于炭质泥岩尺寸大小的位置;然后调整可调节固定螺栓21,使所有可调节固定螺栓21的耐摩擦橡皮215抵住炭质泥岩外侧壁,然后依次拧紧螺母216使可调节固定螺栓21初固定,最后对称拧紧螺母216,使炭质泥岩固定。
步骤S2:提供冷却液,打开供液泵39,将冷却液从冷却液箱38中输送至钻头外套管45,冷却液为复合型冷却液,是由是由质量分数为25%的蓖麻油、40%的乙醇、33%的聚偏氟乙烯、2%的消泡剂组成。
步骤S3:取芯,根据取芯直径及炭质泥岩的软硬确定钻削转速,钻削转速为1500转/min。
步骤S4:沉淀渣清理,工作一段时间后,观察沉淀池中的沉淀渣,若沉淀渣高度接近沉淀池的2/3高度时,将沉淀渣处理器31取出倒掉沉淀渣。
实施例4
采用如下冷却液及本发明的取芯装置对硬度为Ⅵa的炭质泥岩进行取芯,取芯直径为25mm:
步骤S1:炭质泥岩固定,将原岩按照需要取芯的角度摆放在岩石支撑板23上,根据岩石尺寸大小调节可移动螺栓24,将侧板22移动至适于炭质泥岩尺寸大小的位置;然后调整可调节固定螺栓21,使所有可调节固定螺栓21的耐摩擦橡皮215抵住炭质泥岩外侧壁,然后依次拧紧螺母216使可调节固定螺栓21初固定,最后对称拧紧螺母216,使炭质泥岩固定。
步骤S2:提供冷却液,打开供液泵39,将冷却液从冷却液箱38中输送至钻头外套管45,冷却液为复合型冷却液,是由是由质量分数为20%的蓖麻油、40%的乙醇、35%的聚偏氟乙烯、5%的消泡剂组成。
步骤S3:取芯,根据取芯直径及炭质泥岩的软硬确定钻削转速,钻削转速为1200转/min。
步骤S4:沉淀渣清理,工作一段时间后,观察沉淀池中的沉淀渣,若沉淀渣高度接近沉淀池的2/3高度时,将沉淀渣处理器31取出倒掉沉淀渣。
实施例5
采用如下冷却液及本发明的取芯装置对硬度为Ⅶa的炭质泥岩进行取芯,取芯直径为25mm:
步骤S1:炭质泥岩固定,将原岩按照需要取芯的角度摆放在岩石支撑板23上,根据岩石尺寸大小调节可移动螺栓24,将侧板22移动至适于炭质泥岩尺寸大小的位置;然后调整可调节固定螺栓21,使所有可调节固定螺栓21的耐摩擦橡皮215抵住炭质泥岩外侧壁,然后依次拧紧螺母216使可调节固定螺栓21初固定,最后对称拧紧螺母216,使炭质泥岩固定。
步骤S2:提供冷却液,打开供液泵39,将冷却液从冷却液箱38中输送至钻头外套管45,冷却液为复合型冷却液,是由质量分数为18%的蓖麻油、45%的乙醇、32%的聚偏氟乙烯、5%的消泡剂组成。
步骤S3:取芯,根据取芯直径及炭质泥岩的软硬确定钻削转速,钻削转速为1800转/min。
步骤S4:沉淀渣清理,工作一段时间后,观察沉淀池中的沉淀渣,若沉淀渣高度接近沉淀池的2/3高度时,将沉淀渣处理器31取出倒掉沉淀渣。
对上述实施例1~5的取芯结果进行分析,分别用冷却液消耗率和取芯成功率两个参数反应其结果好坏情况,其中,冷却液消耗率为取芯前质量与取芯后质量之差与取芯前质量的比的百分数,冷却液消耗主要分为酒精的挥发和岩石的吸收,其值越低表明冷却液配方越优;取芯成功率指的是取出完整试样与取芯总次数比的百分数,三次实施例均取芯10次。具体结果见表1,由表1可知,实施例3取芯结果为较佳实施例,表明该组份冷却液配及取芯转速控制合理。
表1实施例取芯结果
实施例 冷却液消耗率 取芯成功率
1 13.5% 60%
2 6.5% 73%
3 1.2% 84%
4 2.1% 80%
5 10% 67%
蓖麻油及乙醇具有良好的低温性能,两者相融既降低了乙醇的挥发性,又能保持良好的低温效果,聚偏氟乙烯具有良好的疏水性保证了炭质泥岩无法被溶液中的水分子侵入,防止炭质泥岩崩解,消泡剂防止冷却液在运动的过程中出现大量泡沫影响取芯工作。
炭质泥岩硬度不低于Ⅵ级、取芯直径大于等于50mm时,采用慢速钻削,钻削转速为800~1200转/min;炭质泥岩硬度低于Ⅵ级、取芯直径小于50mm时,采用快速钻削,钻削转速为1200~1800转/min。在上述实施例1~5的基础上,本领域技术人员依据需求,可对其钻削转速进行微调。
需要说明的是,在本发明中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均包含在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.炭质泥岩取芯装置的使用方法,其特征在于,所述炭质泥岩取芯装置包括岩石固定及角度调整箱(2)和取芯机(4);取芯机(4)固定于岩石固定及角度调整箱(2)一侧,其金刚钻头(44)位于岩石固定及角度调整箱(2)上方;岩石固定及角度调整箱(2)由可调节固定螺栓(21)和侧板(22)组成;侧板(22)固定在炭质泥岩两侧,或固定在炭质泥岩四周形成无盖箱体;每个侧板(22)上至少固定有3个可调节固定螺栓(21);
所述可调节固定螺栓(21)由螺帽(211)、螺杆(212)、圆球状端头(213)、楔形端头(214)以及与螺杆(212)匹配的螺母(216)组成,圆球状端头(213)固定在螺杆(212)底端;楔形端头(214)一端设有与圆球状端头(213)匹配的圆球凹陷,楔形端头(214)经其圆球凹陷与带圆球状端头(213)的螺杆(212)形成球面副结构;
所述侧板(22)上分布有第二空心槽(221),可调节固定螺栓(21)设有楔形端头(214)的一端穿过第二空心槽(221),楔形端头(214)远离螺杆(212)的一端指向炭质泥岩,螺母(216)位于侧板(22)靠近炭质泥岩的一侧,螺帽(211)位于侧板(22)的另一侧,螺母(216)和螺帽(211)共同作用夹紧侧板(22),将可调节固定螺栓(21)与侧板(22)固定连接;
所述可调节固定螺栓(21)的螺母(216)和螺帽(211)的外径大于第二空心槽(221)的宽度,其螺杆(212)的直径小于第二空心槽(221)的宽度,在其螺母(216)和螺帽(211)未共同作用夹紧侧板(22)时,可调节固定螺栓(21)可沿第二空心槽(221)在侧板(22)的平面内移动;
所述楔形端头(214)的圆球凹陷的球半径比螺杆(212)的圆球状端头的球半径大0.5~1mm;楔形端头(214)的圆球凹陷的开口直径为螺杆(212)直径的1.2~1.8倍,且不超过螺杆(212)的圆球状端头球半径的1.5倍;
所述楔形端头(214)指向炭质泥岩的一端固定有耐磨擦橡皮(215);
所述炭质泥岩位于水平工作台(1)上,所述水平工作台(1)由第一层台面(11)、第二层台面(12)和透水钢板(13)组成,宽度为a的透水钢板(13)固定在第一层台面(11)一端;所述透水钢板(13)上均匀分布有透水孔(131),且炭质泥岩经岩石支撑板(23)放置在透水钢板(13)上;
所述透水钢板(13)的宽度为第一层台面(11)的长度的1/5~1/4;
所述侧板(22)底部与第一空心槽(132)接触的部位设有带螺纹的圆形孔洞,穿过第一空心槽(132)的可移动螺栓(24)的螺杆旋入带螺纹的圆形孔洞中,并通过其位于透水钢板(13)底部的螺帽将侧板(22)固定在透水钢板(13)上;
所述第一空心槽(132)横向设置在透水钢板(13)靠近第一层台面(11)的一侧以及与该侧相对的另一侧,侧板(22)经可移动螺栓(24)固定在透水钢板(13)上;
所述第二层台面(12)上述设有位于第一层台面(11)和透水钢板(13)下方的冷却液循环系统(3);
所述冷却液循环系统(3)由沉淀渣处理器(31)、冷却液箱(38)、供液泵(39)、进液管(391)、出液管(392)以及多个沉淀池和过滤器组成;每个沉淀池内部均设有与其内壁相紧贴的沉淀渣处理器(31);第一个沉淀池位于透水钢板(13)正下方,其后依次设置有多个沉淀池,相邻两沉淀池上方设有一个与两者相通的过滤器,最后一个过滤器与冷却液箱(38)相通;供液泵(39)位于冷却液箱(38)上,其通过进液管(391)与冷却液箱(38)内部相通,并通过出液管(392)与取芯机(4)相连;
所述沉淀渣处理器(31)由不透水部分(311)和透水部分(312)组成,位于沉淀池2/3高度处向下的部分以及位于沉淀池底部的部分为不透水部分(311),位于沉淀池2/3高度处向上的部分为透水部分(312);
所述多个沉淀池的规格相同,均为长方体形状,高宽比为0.5~0.8;
所述第一个沉淀池上方的过滤器由相接的粗颗粒过滤器(331)和细颗粒过滤器(332)组成,粗颗粒过滤器(331)靠近第一个沉淀池,细颗粒过滤器(332)靠近第二个沉淀池,其他过滤器均为活性炭过滤装置;
所述透水钢板(13)底部靠近第一层台面(11)一端固定有挡板(25),挡板(25)底部与冷却液循环系统(3)的第一个过滤器的上表面相接;
所述取芯机(4)由电机(41)、升降机(42)、立柱(43)、金刚钻头(44)、钻头外套管(45)、底板(46)和多个拉索组成,多个拉索均处于绷直状态,其一端与立柱(43)连接,其另一端固定在第一层台面(11)上,且多个拉索相互平行;
底板(46)固定在第一层台面(11)靠近岩石固定及角度调整箱(2)的一端,立柱(43)竖直固定在底板(46)上,升降机(42)固定在立柱(43)上,电机(41)固定在升降机(42)上,金刚钻头(44)固定在电机(41)的输出轴端口处,升降机(42)带动电机(41)和金刚钻头(44)升降;
所述拉索至少有2个,包含第一拉索(47)和第二拉索(48),第一拉索(47)的一端与立柱(43)的中部相连接,其另一端固定在第一层台面(11)上;第二拉索(48)的一端与立柱(43)的顶端相连接,其右端与第一层台面(11)的右端相连接;
所述炭质泥岩取芯装置的使用方法,具体步骤如下:
步骤S1:炭质泥岩固定,将原岩按照需要取芯的角度摆放在岩石支撑板(23)上,根据岩石尺寸大小调节可移动螺栓(24),将侧板(22)移动至适于炭质泥岩尺寸大小的位置;然后根据炭质泥岩摆放的角度,移动可调节固定螺栓(21)在侧板(22)的第二空心槽(221)内的位置,使所有可调节固定螺栓(21)的耐摩擦橡皮(215)抵住炭质泥岩外侧壁,然后依次拧紧所有可调节固定螺栓(21)的螺母(216)使可调节固定螺栓(21)初固定,最后依次将对称的两个可调节固定螺栓(21)的螺母(216)同时拧紧,使炭质泥岩固定;
步骤S2:提供冷却液,打开供液泵(39),将冷却液从冷却液箱(38)中输送至钻头外套管(45);
步骤S3:取芯,根据取芯直径及炭质泥岩的软硬确定钻削转速,炭质泥岩硬度大、取芯直径大时降低钻削转速,炭质泥岩硬度小、取芯直径小时提高钻削转速;
步骤S4:沉淀渣清理,工作一段时间后,观察沉淀池中的沉淀渣,若沉淀渣高度接近沉淀池的2/3高度时,将沉淀渣处理器(31)取出倒掉沉淀渣;
所述冷却液为复合型冷却液,是由质量分数为15%~25%的蓖麻油、40%~55%的乙醇、15%~35%的聚偏氟乙烯、2%~7%的消泡剂组成。
2.根据权利要求1所述的炭质泥岩取芯装置的使用方法,其特征在于,
透水钢板(13)的宽度a与第一层台面的长度之和等于第二层台面(12)的长度;
所述第一空心槽(132)的长度b为透水钢板(13)靠近第一层台面(11)一端边缘到岩石支撑板(23)的垂直距离;
钻头外套管(45)套设在金刚钻头(44)的外部,且钻头外套管(45)与金刚钻头(44)相距0.5~1.0cm,钻头外套管(45)通过出液管(392)与供液泵(39)连接;
所述炭质泥岩硬度不低于Ⅵ级、取芯直径大于等于50mm时,采用慢速钻削,钻削转速为800~1200转/min;炭质泥岩硬度低于Ⅵ级、取芯直径小于50mm时,采用快速钻削,钻削转速为1200~1800转/min。
CN201910910826.4A 2019-09-25 2019-09-25 炭质泥岩取芯装置及其使用方法 Expired - Fee Related CN110595825B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910910826.4A CN110595825B (zh) 2019-09-25 2019-09-25 炭质泥岩取芯装置及其使用方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910910826.4A CN110595825B (zh) 2019-09-25 2019-09-25 炭质泥岩取芯装置及其使用方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110595825A CN110595825A (zh) 2019-12-20
CN110595825B true CN110595825B (zh) 2022-05-20

Family

ID=68863222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910910826.4A Expired - Fee Related CN110595825B (zh) 2019-09-25 2019-09-25 炭质泥岩取芯装置及其使用方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110595825B (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3504750A (en) * 1967-03-09 1970-04-07 Wladimir Tiraspolsky Coring device with controlled releasing
CN101975038A (zh) * 2010-10-09 2011-02-16 东北石油大学 泥岩冷却气取岩样的装置及其取岩样的方法
CN202853927U (zh) * 2012-10-31 2013-04-03 刘杰 一种夹具平台可调式岩石取芯机
CN104458324A (zh) * 2013-09-24 2015-03-25 三峡大学 一种任意倾角节理岩样取芯底盘调节装置
CN204373941U (zh) * 2015-01-09 2015-06-03 山东科技大学 一种软岩取芯装置
CN204731049U (zh) * 2015-04-09 2015-10-28 东华理工大学 一种岩石钻孔取芯机夹具
CN106769285A (zh) * 2016-11-29 2017-05-31 河海大学 一种制作多节理且具有不同节理特征岩样的切割装置
CN107387007A (zh) * 2017-08-09 2017-11-24 延安大学 一种便携式岩样取芯装置
CN206670944U (zh) * 2017-03-12 2017-11-24 山东科技大学 用于实验室岩石取芯机的挡水装置
CN206670942U (zh) * 2017-04-25 2017-11-24 西安科技大学 一种岩芯取样用夹具

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3504750A (en) * 1967-03-09 1970-04-07 Wladimir Tiraspolsky Coring device with controlled releasing
CN101975038A (zh) * 2010-10-09 2011-02-16 东北石油大学 泥岩冷却气取岩样的装置及其取岩样的方法
CN202853927U (zh) * 2012-10-31 2013-04-03 刘杰 一种夹具平台可调式岩石取芯机
CN104458324A (zh) * 2013-09-24 2015-03-25 三峡大学 一种任意倾角节理岩样取芯底盘调节装置
CN204373941U (zh) * 2015-01-09 2015-06-03 山东科技大学 一种软岩取芯装置
CN204731049U (zh) * 2015-04-09 2015-10-28 东华理工大学 一种岩石钻孔取芯机夹具
CN106769285A (zh) * 2016-11-29 2017-05-31 河海大学 一种制作多节理且具有不同节理特征岩样的切割装置
CN206670944U (zh) * 2017-03-12 2017-11-24 山东科技大学 用于实验室岩石取芯机的挡水装置
CN206670942U (zh) * 2017-04-25 2017-11-24 西安科技大学 一种岩芯取样用夹具
CN107387007A (zh) * 2017-08-09 2017-11-24 延安大学 一种便携式岩样取芯装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110595825A (zh) 2019-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105804059B (zh) 钻孔灌注桩成孔装置及方法
CN112142160A (zh) 受lnapl污染地下水的as/mpe联用修复系统及方法
CN110595825B (zh) 炭质泥岩取芯装置及其使用方法
CN111441611A (zh) 一种节能环保建筑土木工程用支撑装置
CN218196078U (zh) 一种石材加工钻孔机
CN107598209A (zh) 一种钻孔机
CN205886899U (zh) 一种纵向分布海洋溢油吸附模拟装置
DE3027740C2 (de) Gasreinigung
CN214491119U (zh) 一种水钻机接水装置
CN108444870A (zh) 一种土壤接触角测量装置
CN211623373U (zh) 一种高效的变径磨鞋
CN208928703U (zh) 一种用于中药材加工前清洗装置
CN109300386B (zh) 一种磷石膏堆场渗滤液污染岩溶地下水处理实验装置
CN209906384U (zh) 一种污水处理用气浮机
CN206903166U (zh) 一种建筑木工装潢用升降装置
CN216691014U (zh) 一种桥梁桩基施工用离心式除砂器
CN206974863U (zh) 地下水渗流模拟设备
CN211226448U (zh) 一种废水处理装置
CN221896554U (zh) 一种岩心钻取装置
CN220907217U (zh) 海洋油污处理装置
CN114059927B (zh) 一种适用于水文地质工程的便携式地下河流钻探装置
CN220164135U (zh) 一种浮式生产储卸装置
CN221500645U (zh) 一种可用于VOCs污染钻探水循环处理的装置
CN220150329U (zh) 细粉砂地质基坑开挖支护结构
CN112253080B (zh) 一种地热能源开发钻井用过滤装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20220520