CN111502580A - 一种用于钻取破碎岩体进行提取岩芯的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于钻取破碎岩体进行提取岩芯的装置及方法，属于岩土工程领域，包括：驱动装置、钻头和注蜡系统；驱动装置，用于提供驱动钻头的动力；钻头包括切削桶和蜡筛桶，蜡筛桶转动连接于切削桶内；切削桶和蜡筛桶之间设置有供蜡间隙；切削桶固定连接于驱动装置的动力输出端；注蜡系统包括蜡液流通通道和供应装置；蜡液流通通道一端连通于供应装置，另一端与供蜡间隙连通；蜡筛桶为筛状结构；供应装置用于供应注入取样岩芯的液体石蜡。本发明可以对破碎岩体进行原位取样，能更加完整地保持钻取岩芯的完整性，提高了对破碎岩体钻芯作业的成功率和作业效率，能够更好的满足对后期破碎岩样进行岩石力学实验条件。

Description

一种用于钻取破碎岩体进行提取岩芯的装置及方法

技术领域

本发明属于岩土工程领域，具体涉及一种用于钻取破碎岩体进行提取岩芯的装置及方法。

背景技术

随着国内外矿山、隧道及地下硐室等开采深度增加，伴随着复杂的地质条件产生，巷道围岩及采场顶板会出现破碎和垮落等工程问题，这对现场施工及安全产生很大影响，因此研究软弱岩体及破碎带岩体机理非常有必要。为研究软弱破碎岩体，就必须先对现场岩体进行取芯作业，只有完整的岩芯才能保证实验的顺利进行，为此需要用于破碎岩体提取岩芯的装置。

在现有技术中，提取岩芯的装置基本都是带单层金刚石钻头的钻机，可以对完整坚硬的岩体进行钻芯，但钻机使用功能单一，不能解决破碎岩体整体取芯作业，不能满足原位取样的要求，也不能保证破碎岩体岩芯的完整性，同时，钻芯作业的成功率和作业效率非常低。

因此，急需一种能够在软弱破碎岩体上钻取破碎岩体进行提取岩芯并可以保证岩芯的完整性的装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在软弱破碎岩体上钻取破碎岩体进行提取岩芯并可以保证岩芯的完整性的装置及方法，本发明采取了如下技术方案：

本发明提供了一种用于破碎岩体提取岩芯的作业装置。

为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：

一种用于钻取破碎岩体进行提取岩芯的装置，包括：驱动装置、钻头和注蜡系统；所述驱动装置，用于提供驱动所述钻头的动力；所述钻头包括切削桶和蜡筛桶，所述蜡筛桶转动连接于所述切削桶内；所述切削桶和所述蜡筛桶之间设置有供蜡间隙；所述切削桶固定连接于所述驱动装置的动力输出端，用于破碎岩体提取岩体岩芯；所述注蜡系统包括蜡液流通通道和供应装置；所述蜡液流通通道一端连通于所述供应装置，另一端与所述供蜡间隙连通，用于注入蜡液的流通；所述蜡筛桶为筛状结构，用于使供蜡间隙内的石蜡均匀流出；所述供应装置用于供应注入所述取样岩芯的液体石蜡。

进一步地，还包括冷却装置，所述冷却装置包括出水喷头，所述出水喷头平行固定连接于所述驱动装置，所述出水喷头的出水方向平行于所述切削桶外侧母线，将冷却水通过所述切削桶和外部岩体的缝隙射入，以对所述切削桶进行冷却。

进一步地，所述切削桶的工作端设置有内切削齿和外切削齿，所述内切削齿与所述外切削齿自下向上错落设置，所述内切削齿的外径面与所述外切削齿内径面重合。

进一步地，所述内切削齿的最小切削内径小于所述蜡筛桶内径；所述外切削齿最大切削外径大于所述切削桶外径。

进一步地，所述蜡筛桶设置有加热电阻丝，所述加热电阻丝缠绕于所述蜡筛桶的筛网，用于防止石蜡过早凝固。

进一步地，还设置有凸台，所述凸台转动连接于所述切削桶驱动装置连接端的内侧；所述蜡筛桶套设于所述凸台。

进一步地，所述驱动装置与所述供应装置之间设置阀门，用于控制所述供应装置将液体石蜡注入所述蜡筛桶的开关；所述供应装置包括：蜡液桶、温控及电加热器；所述蜡液桶用于存放液体石蜡；所述温控及电加热器设置于所述蜡液桶底部，用于保证所述蜡液桶桶内的液体石蜡温度高于石蜡熔点处于液体状态；所述蜡液桶与所述阀门之间依次设置有过滤器、注蜡泵和注蜡压力表并通过管路连接，所述过滤器用于过滤去除液体石蜡杂质；所述注蜡泵和所述注蜡压力表用于保证通过所述阀门注入所述蜡液流通通道的液体石蜡压力；所述管路上设置有管路加热带，用于所述管路中石蜡加热，防止石蜡过早凝固。

进一步地，切削工作端的所述切削桶和所述蜡筛桶之间设置有扶正轴承，用于保证所述切削桶钻取岩芯时所述取样岩芯、所述切削桶和所述蜡筛桶同心。

一种用于钻取破碎岩体进行提取岩芯的方法，包括以下步骤：

步骤1：选取有破碎岩体的位置，所述位置可以满足钻机进行取芯作业条件；

步骤2：把钻机固定；

步骤3：将注蜡加热器及管路加热带进行电源连接，保证蜡加热成液体；

步骤4：启动钻机，在破碎岩体上进行钻芯作业，当钻芯长度满足要求停止钻机工作；

步骤5：这时保持钻头位置不动，打开注蜡泵，将蜡注进供蜡间隙及破碎岩体缝隙，然后停止注蜡；

步骤6：注蜡冷却后，保证蜡凝固在岩芯表面，将用蜡密封的岩芯整体取出。

本发明的有益效果：

1、本发明可以对破碎岩体进行原位取样，能更加完整地保持钻取岩芯的完整性；

2、本发明的钻头为双层结构，内部注蜡筛桶在钻孔时不随金刚石钻头转动，静止套在内部试样上，可以减小钻孔过程中对内部取样岩芯试样的扰动；

3、本发明的注蜡筛桶具备加热功能，采用嵌入加热电阻丝等方式，防止石蜡过早凝固，以满足全部蜡封要求；

4、本发明的注蜡泵压力能够满足对岩芯的全部注蜡要求，以便将液体蜡注入岩体；

5、本发明可以提高对破碎岩体钻芯作业的成功率和作业效率，更好的满足对后期破碎岩样进行岩石力学实验条件。

附图说明

图1为本发明一种用于钻取破碎岩体进行提取岩芯的装置结构剖面视图及注蜡系统流程图；

图2为本发明一种用于钻取破碎岩体进行提取岩芯的装置的结构示意图。

其中，1、钻机把手；2、钻机外壳；3、钻机转子；4、钻机齿轮；5、L型六角中心卡杆；6、钻机转轴齿轮；7、钻机接口；8、滚动轴承；9、连接法兰；10、蜡筛桶；11、切削桶；12、扶正轴承；13、金刚石钻头；14、蜡液流通通道；15、阀门；17、注蜡压力表；18、注蜡泵；19、过滤器；20、蜡液桶；21、温控及电加热器；22、钻机固定座；23、底座螺丝口；24、凸台；25、钻机支撑架。

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。

实施例1

本实施例针对传统金刚石钻机并不能在破碎岩体内进行岩芯取样作业，每次钻取破碎岩体不会保证岩芯的完整性，钻取破碎岩体对岩芯破坏较大并且钻芯不能使用，本实施例改变传统破碎岩体取芯的方式，提供了一种专门取样装置。本实施例对破碎岩体的取样思路为：“先固结，再取样，最后溶解”，采用钻岩芯后直接蜡封的方式，能更加完整的保持岩芯的完整性,能够更加保证破碎岩体原位取样作业，保证钻芯作业的成功率和作业效率。对后期破碎软弱岩体取样进行岩石力学实验有重要的意义。

一种用于钻取破碎岩体进行提取岩芯的装置，包括：驱动装置、钻头和注蜡系统；驱动装置，用于提供驱动钻头的动力；钻头包括切削桶11和蜡筛桶10，蜡筛桶10转动连接于切削桶11内；切削桶11和蜡筛桶10之间设置有供蜡间隙；切削桶11固定连接于驱动装置的动力输出端，用于破碎岩体提取岩体岩芯；注蜡系统包括蜡液流通通道14和供应装置；蜡液流通通道14一端连通于供应装置，另一端设置于切削桶11和蜡筛桶10之间的供蜡间隙内与蜡筛桶10连通；蜡筛桶10为筛状结构，用于使供蜡间隙内的石蜡均匀流出；供应装置用于供应蜡筛桶10注入取样岩芯的液体石蜡。

本实施例中，还包括冷却装置，冷却装置包括出水喷头，出水喷头平行固定连接于驱动装置，出水喷头的出水方向平行于切削桶11外侧母线，将冷却水通过切削桶11和外部岩体的缝隙射入以对切削桶11进行冷却。

切削桶11的工作端设置有内切削齿和外切削齿，内切削齿与所述外切削齿自下向上错落设置，内切削齿的外径面与外切削齿内径面重合。

内切削齿的最小切削内径小于蜡筛桶10内径；外切削齿最大切削外径大于切削桶11外径。

本实施例中，内切削齿和外切削为金刚石钻头13。

蜡筛桶10设置有加热电阻丝，用于防止石蜡过早凝固。本实施例中，加热电阻丝缠绕于蜡筛桶的筛网上。

切削桶10在驱动装置连接端的桶内侧设置有凸台24，凸台24转动连接于切削桶11；蜡筛桶10套设于凸台24。

驱动装置与供应装置之间设置阀门15，用于控制供应装置将液体石蜡注入蜡筛桶10的开关。

本实施例中，供应装置包括：蜡液桶20、温控及电加热器21；蜡液桶20用于存放液体石蜡；温控及电加热器21设置于蜡液桶20底部，用于保证蜡液桶20桶内的液体石蜡温度高于石蜡熔点，处于液体状态；蜡液桶20与阀门之间依次设置有过滤器19、注蜡泵18和注蜡压力表17并通过管路连接，过滤器19用于过滤去除液体石蜡杂质；注蜡泵18和注蜡压力表17用于保证通过阀门15注入蜡液流通通道14的液体石蜡压力；管路上设置有管路加热带16，用于管路中石蜡加热，防止石蜡过早凝固。

远离所述驱动装置端的切削桶11和蜡筛桶10之间设置有扶正轴承12，用于保证切削桶11钻取岩芯时取样岩芯、切削桶11和蜡筛桶10同心。

本实施例中，驱动装置为市面上的普通钻机，需要进行局部改进，需要注意的是：一般电机端部为外螺纹，因此需要配备与钻头之间的转接头，改进完成后包括：钻机把手1、钻机外壳2、钻机转子3、钻机齿轮4、L型六角中心卡杆5、钻机转轴齿轮6、钻机接口7、滚动轴承8和连接法兰9。本实施例中，钻机把手1、钻机外壳2、钻机转子3、钻机齿轮4、钻机转轴齿轮6、钻机接口7未进行改动；其中，钻机接口7与连接法兰9螺纹配合固定连接，连接法兰9与切削桶11内的凸台24通过滚动轴承8固定连接，以实现切削桶11内的蜡筛桶10在钻孔时切削桶11不随转动。

在改进内容中，需要在钻机内增加蜡液流通通道14用于进行液体蜡液流动密封使用。本实施例中，整个蜡液流通通道14走向设置为：使用L型六角中心卡杆5中心位置预留孔作为钻机部分的蜡液流通通道；在切削桶11内的凸台24和L型六角中心卡杆5输出端设置对应的孔或切削桶11内的凸台24与切削桶11之间预留配合间隙，与接切削桶11和蜡筛桶10之间的间隙对接作为钻头部分的蜡液流通通道。在其他实施例中，也可以根据具体情况，在不影响钻机和钻头使用的情况下合理布置蜡液流通通道14。

本实施中，还包括钻机固定座22、底座螺丝孔23和钻机支撑架25，用于固定连接该装置；钻机齿轮4设置于钻机支撑架25上，并与钻机进行配合，用于调整钻头与岩石之间的高度。

一种用于破碎岩体提取岩芯的方法，包括以下步骤：

步骤1：选取一个40cm×40cm×40cm正方体破碎岩体进行钻取；

步骤2：把钻机竖直固定在平整的作业地点上，将破碎岩体固定在钻机下部，选好可以满足钻机进行取芯作业条件的合适位置，将破碎岩体固定牢固；

步骤3：然后将注蜡加热器及管路加热带进行电源连接，保证蜡液充足，保证蜡加热成液体；

步骤4：准备工作做好后启动钻机，在破碎岩体上进行垂直钻芯作业，当钻芯长度满足要求停止钻机工作；

步骤5：保持钻头位置不动，打开注蜡泵，将蜡通过管路注进供蜡间隙和破碎岩芯的缝隙，完全将岩芯蜡封后停止注蜡；

步骤6：等待注蜡液体冷却后，保证注入蜡液凝固在岩芯表面，对蜡密封的岩芯整体取出。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种用于钻取破碎岩体进行提取岩芯的装置，其特征在于，包括：驱动装置、钻头和注蜡系统；所述驱动装置，用于提供驱动所述钻头的动力；所述钻头包括切削桶和蜡筛桶，所述蜡筛桶转动连接于所述切削桶内；所述切削桶和所述蜡筛桶之间设置有供蜡间隙；所述切削桶固定连接于所述驱动装置的动力输出端，用于破碎岩体提取岩体岩芯；所述注蜡系统包括蜡液流通通道和供应装置；所述蜡液流通通道一端连通于所述供应装置，另一端与所述供蜡间隙连通，用于注入蜡液的流通；所述蜡筛桶为筛状结构，用于使供蜡间隙内的石蜡均匀流出；所述供应装置用于供应注入所述取样岩芯的液体石蜡。

2.根据权利要求1所述的提取岩芯的装置，其特征在于，还包括冷却装置，所述冷却装置包括出水喷头，所述出水喷头平行固定连接于所述驱动装置，所述出水喷头的出水方向平行于所述切削桶外侧母线，将冷却水通过所述切削桶和外部岩体的缝隙射入，以对所述切削桶进行冷却。

3.根据权利要求2所述的提取岩芯的装置，其特征在于，所述切削桶的工作端设置有内切削齿和外切削齿，所述内切削齿与所述外切削齿自下向上错落设置，所述内切削齿的外径面与所述外切削齿内径面重合。

4.根据权利要求3所述的提取岩芯的装置，其特征在于，所述内切削齿的最小切削内径小于所述蜡筛桶内径；所述外切削齿最大切削外径大于所述切削桶外径。

5.根据权利要求1所述的提取岩芯的装置，其特征在于，所述蜡筛桶设置有加热电阻丝，所述加热电阻丝缠绕于所述蜡筛桶的筛网，用于防止石蜡过早凝固。

6.根据权利要求1所述的提取岩芯的装置，其特征在于，还设置有凸台，所述凸台转动连接于所述切削桶驱动装置连接端的内侧；所述蜡筛桶套设于所述凸台。

7.根据权利要求1所述的提取岩芯的装置，其特征在于，所述驱动装置与所述供应装置之间设置阀门，用于控制所述供应装置将液体石蜡注入所述蜡筛桶的开关；所述供应装置包括：蜡液桶、温控及电加热器；所述蜡液桶用于存放液体石蜡；所述温控及电加热器设置于所述蜡液桶底部，用于保证所述蜡液桶桶内的液体石蜡温度高于石蜡熔点处于液体状态；所述蜡液桶与所述阀门之间依次设置有过滤器、注蜡泵和注蜡压力表并通过管路连接，所述过滤器用于过滤去除液体石蜡杂质；所述注蜡泵和所述注蜡压力表用于保证通过所述阀门注入所述蜡液流通通道的液体石蜡压力；所述管路上设置有管路加热带，用于所述管路中石蜡加热，防止石蜡过早凝固。

8.根据权利要求1所述的提取岩芯的装置，其特征在于，切削工作端的所述切削桶和所述蜡筛桶之间设置有扶正轴承，用于保证所述切削桶钻取岩芯时所述取样岩芯、所述切削桶和所述蜡筛桶同心。

9.一种用于钻取破碎岩体进行提取岩芯的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：选取有破碎岩体的位置，所述位置可以满足钻机进行取芯作业条件；

步骤2：把钻机固定；

步骤3：将注蜡加热器及管路加热带进行电源连接，保证蜡加热成液体；

步骤4：启动钻机，在破碎岩体上进行钻芯作业，当钻芯长度满足要求停止钻机工作；

步骤5：这时保持钻头位置不动，打开注蜡泵，将蜡注进供蜡间隙及破碎岩体缝隙，然后停止注蜡；

步骤6：注蜡冷却后，保证蜡凝固在岩芯表面，将用蜡密封的岩芯整体取出。

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