CN113686686A - 一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统及方法 - Google Patents
一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113686686A CN113686686A CN202110973918.4A CN202110973918A CN113686686A CN 113686686 A CN113686686 A CN 113686686A CN 202110973918 A CN202110973918 A CN 202110973918A CN 113686686 A CN113686686 A CN 113686686A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rock
- drill
- drilling
- hydraulic actuator
- simulating
- 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.)
- Pending
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 205
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims abstract description 130
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 40
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 20
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 6
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 5
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 3
- 238000010998 test method Methods 0.000 claims description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
- G01N3/10—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/02—Details
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/02—Details
- G01N3/06—Special adaptations of indicating or recording means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0001—Type of application of the stress
- G01N2203/0003—Steady
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0014—Type of force applied
- G01N2203/0016—Tensile or compressive
- G01N2203/0019—Compressive
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/003—Generation of the force
- G01N2203/0042—Pneumatic or hydraulic means
- G01N2203/0048—Hydraulic means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/022—Environment of the test
- G01N2203/0244—Tests performed "in situ" or after "in situ" use
- G01N2203/0246—Special simulation of "in situ" conditions, scale models or dummies
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/025—Geometry of the test
- G01N2203/0254—Biaxial, the forces being applied along two normal axes of the specimen
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
- G01N2203/067—Parameter measured for estimating the property
- G01N2203/0676—Force, weight, load, energy, speed or acceleration
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
- G01N2203/067—Parameter measured for estimating the property
- G01N2203/0682—Spatial dimension, e.g. length, area, angle
Abstract
一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统及方法，系统包括液压泵站、操控台、凿岩机及双轴加载装置；液压泵站通过管路与操控台相连；凿岩机旋转油缸及推移油缸通过管路与操控台相连，凿岩机钻杆依次通过水辫、管路及操控台与高压水源相连；双轴加载装置位于凿岩机钻杆正前方，岩石试样安装在双轴加载装置内，凿岩机钻杆与岩石试样正对；凿岩机上设有多种传感器。方法为：将岩石试样安装到双轴加载装置内，双向加载岩石试样，模拟岩石试样所处地应力条件；启动液压泵站，由操控台控制凿岩机钻杆钻入试样内部，用以模拟深部岩体随钻凿过程，同时由多种传感器采集数据并传输至数据采集仪，再由数据采集仪将随钻参数传输至计算机中进行记录和分析。
Description
技术领域
本发明属于岩石力学试验技术领域，特别是涉及一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统及方法。
背景技术
随着国民经济持续快速发展，国家对矿产资源需求日益增加，但地表资源已日趋短缺，浅部矿产资源逐渐枯竭，促使人们不断地向地球深部寻求所必需的矿产资源，深部矿产资源的开发已经是未来采矿发展的趋势。另外，矿山正处在自动化、智能化大发展阶段，深部矿产资源的开发更需要自动化与智能化技术。凿岩爆破是金属矿山的核心工序，凿岩工作几乎每天都在金属矿山进行。结合金属矿山的特点，研究适应于金属矿山深部岩体随钻凿过程的智能探测技术，进而对爆区内的矿岩体进行智能识别表征，实施矿山精细爆破对矿山节能降耗具有重要意义。
凿岩钻机在钻进不同力学性质的岩石时，钻机本身工作参数的响应与岩石的力学性质、结构特征密切相关，利用相关理论分析参数响应与岩体变化之间的内在联系，建立相应的关联方法，智能解译凿岩钻机工作参数响应，表征钻进岩体的变化，对实现爆破设计优化、不良地质体探测等，对推动自动化、智能化开采有着重要的意义。
深部岩体不同于浅部，深部岩石长期赋存于高应力条件下，弹性岩石更趋近于潜塑性，硬岩在深部转化为高应力条件下的软岩，在这种条件下，深部凿岩在力学机理和钻机工况上与浅部存在一定差异，这使得现有的随钻获取技术和对凿岩机理的认识难以适用于深部岩体凿岩工程。随钻获取技术的关键在于数据的解译和额外特征随钻参数的获取，因而研发相应物理试验系统、建立深部高应力复杂条件下随钻获取参数的解译理论和方法十分必要。
公告号为CN101761328A的中国专利公开了一种地层地质界面仪器钻探感应识别系统，公告号为CN105422088A的中国专利公开了一种煤矿巷道地质参数在线监测系统，公告号为CN103291274A的中国专利公开了一种煤矿用深孔钻车的智能显示控制系统，公告号为CN1346929的中国专利公开了钻孔过程监测系统。但是，上述专利申请中可测量的随钻参数较少，而且钻杆转一圈只能被接近开关检测一次，并且仅限于工程现场，并不涉及室内试验及岩样搭载。公告号为CN11007064A的中国专利公开了一种双向加载的岩石钻孔取样试验系统及取样方法，该专利只能针对300mm3的岩样进行加载，且未能监测取芯钻机的工作参数。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统及方法，能够从室内试验的角度模拟研究高应力条件下岩石的钻孔工作，可实现双轴高应力加载条件下岩样的凿岩试验，用于对不同岩性、强度、预制结构面的岩样进行系统研究；本发明可以获得更丰富的随钻参数，用于模拟研究不同地应力场对岩石钻凿参数的影响，对指导深埋矿体的凿岩工作并利用随钻获取技术表征矿岩体力学参数和结构特征有着现实的工程意义；本发明通过接近开关与齿轮配合使用来测量钻杆转速，且齿数越多测量越精确，可显著提高转速的测量精度。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，包括液压泵站、操控台、凿岩机及双轴加载装置；所述液压泵站通过管路与操控台相连通，液压泵站的泵站冷却器通过循环泵提供冷却水；所述凿岩机内的旋转油缸及推移油缸通过管路与操控台相连通，凿岩机的钻杆依次通过水辫、管路及操控台与高压水源相连通；所述双轴加载装置位于凿岩机的钻杆正前方，岩石试样安装在双轴加载装置内，所述凿岩机的钻杆与岩石试样正对。
在所述凿岩机内的旋转油缸的第一进出油口处安装有第一压力变送器，在凿岩机内的旋转油缸的第二进出油口处安装有第二压力变送器；在所述凿岩机内的旋转油缸的第一进出油口或第二进出油口与操控台之间的管路上设置有第一流量变送器。
在所述凿岩机内的推移油缸的第一进出油口处安装有第三压力变送器，在凿岩机内的推移油缸的第二进出油口处安装有第四压力变送器；在所述凿岩机内的推移油缸的第一进出油口或第二进出油口与操控台之间的管路上设置有第二流量变送器。
在所述凿岩机的机架与动力头之间连接有第一位移传感器，第一位移传感器与凿岩机内的推移油缸相平行。
在所述凿岩机的动力头上粘接有三轴向加速度传感器；在所述凿岩机的机架上固定安装有噪声传感器。
在所述凿岩机的钻杆上固定套装有齿轮，在凿岩机的动力头上固定安装有接近开关，接近开关的测量端与齿轮的轮齿正对，接近开关与齿轮配合使用构成钻杆转速测量机构。
在所述凿岩机的钻杆上设置有无线扭矩传感器，无线扭矩传感器由无线传输节点与四个应变片组成，无线传输节点与四个应变片相连，四个应变片之间采用全桥贴法连接。
所述双轴加载装置包括水平刚性底座、第一竖直刚性立柱、第二竖直刚性立柱、水平刚性横梁、水平加载液压作动器及竖直加载液压作动器；所述水平刚性底座、第一竖直刚性立柱、第二竖直刚性立柱及水平刚性横梁之间通过螺栓固定连接构成口字形反力框架；所述水平加载液压作动器的缸筒端固连在第一竖直刚性立柱上，水平加载液压作动器的活塞杆与第二竖直刚性立柱正对；所述竖直加载液压作动器的缸筒端固连在水平刚性横梁上，竖直加载液压作动器的活塞杆与水平刚性底座正对；所述水平加载液压作动器和竖直加载液压作动器单独配置有液压站。
在所述水平加载液压作动器的缸筒与活塞杆之间连接有第三位移传感器，第三位移传感器与水平加载液压作动器相平行；在所述竖直加载液压作动器的缸筒与活塞杆之间连接有第四位移传感器，第四位移传感器与竖直加载液压作动器相平行；在所述水平加载液压作动器的活塞杆端部固定安装有第一动态负荷传感器，在所述竖直加载液压作动器的活塞杆端部固定安装有第二动态负荷传感器。
一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验方法，采用了所述的模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，包括如下步骤：
步骤一：将制备好的岩石试样安装到双轴加载装置的反力框架内，并在岩石试样的下表面、左表面和后表面加装刚性挡板，且刚性挡板需要与反力框架固定连接在一起；
步骤二：除了岩石试样的前表面之外，需要在岩石试样的其他五个表面加装上铸铁减震垫片；
步骤三：启动水平加载液压作动器和竖直加载液压作动器，通过两台液压作动器对岩石试样进行双向加载，以模拟岩石试样所处的地应力条件；
步骤四：启动液压泵站，先由操控台控制凿岩机内的旋转油缸动作，以驱动凿岩机的钻杆旋转，然后由操控台控制凿岩机内的推移油缸动作，以驱动凿岩机的钻杆从岩石试样的前表面钻入岩石试样内部，用以模拟深部岩体随钻凿过程；
步骤五：在模拟深部岩体随钻凿过程中，通过第一压力变送器和第二压力变送器实时监测凿岩机旋转油缸的进出油压，通过第一流量变送器实时监测凿岩机旋转油缸的进出油量，通过第三压力变送器和第四压力变送器实时监测凿岩机推移油缸的进出油压，通过第二流量变送器实时监测凿岩机推移油缸进出油量，通过第一位移传感器实时监测凿岩机钻杆的钻进量，通过三轴向加速度传感器实时监测凿岩机动力头的三向加速度，通过噪声传感器实时监测凿岩机钻杆在钻孔过程中的噪声频率和振幅，通过接近开关与齿轮配合实时监测凿岩机钻杆的转速，通过无线扭矩传感器实时监测凿岩机钻杆在钻孔过程中的扭矩；
步骤六：将模拟深部岩体随钻凿过程中监测的全部数据统一传输至数据采集仪中，再由数据采集仪将采集到的随钻参数传输至计算机中，最后由计算机对随钻参数进行记录和分析。
本发明的有益效果：
本发明的模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统及方法，能够从室内试验的角度模拟研究高应力条件下岩石的钻孔工作，可实现双轴高应力加载条件下岩样的凿岩试验，用于对不同岩性、强度、预制结构面的岩样进行系统研究；本发明可以获得更丰富的随钻参数，用于模拟研究不同地应力场对岩石钻凿参数的影响，对指导深埋矿体的凿岩工作并利用随钻获取技术表征矿岩体力学参数和结构特征有着现实的工程意义；本发明通过接近开关与齿轮配合使用来测量钻杆转速，且齿数越多测量越精确，可显著提高转速的测量精度。
附图说明
图1为本发明的一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统的结构示意图；
图2为本发明的双轴加载装置的结构示意图；
图3为本发明的接近开关与齿轮配合使用对钻杆转速进行测量时的效果图；
图中，1—液压泵站，2—操控台，3—凿岩机，4—双轴加载装置，5—水辫，6—岩石试样，7—第一压力变送器，8—第二压力变送器，9—第一流量变送器，10—第三压力变送器，11—第四压力变送器，12—第二流量变送器，13—第一位移传感器，14—三轴向加速度传感器，15—噪声传感器，16—齿轮，17—接近开关，18—无线扭矩传感器，19—水平刚性底座，20—第一竖直刚性立柱，21—第二竖直刚性立柱，22—水平刚性横梁，23—水平加载液压作动器，24—竖直加载液压作动器，25—第三位移传感器，26—第四位移传感器，27—刚性挡板，28—铸铁减震垫片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1～3所示，一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，包括液压泵站1、操控台2、凿岩机3及双轴加载装置4；所述液压泵站1通过管路与操控台2相连通，液压泵站1的泵站冷却器通过循环泵提供冷却水；所述凿岩机3内的旋转油缸及推移油缸通过管路与操控台2相连通，凿岩机3的钻杆依次通过水辫5、管路及操控台2与高压水源相连通；所述双轴加载装置4位于凿岩机3的钻杆正前方，岩石试样6安装在双轴加载装置4内，所述凿岩机3的钻杆与岩石试样6正对。
在所述凿岩机3内的旋转油缸的第一进出油口处安装有第一压力变送器7，在凿岩机3内的旋转油缸的第二进出油口处安装有第二压力变送器8；在所述凿岩机3内的旋转油缸的第一进出油口或第二进出油口与操控台2之间的管路上设置有第一流量变送器9。
在所述凿岩机3内的推移油缸的第一进出油口处安装有第三压力变送器10，在凿岩机3内的推移油缸的第二进出油口处安装有第四压力变送器11；在所述凿岩机3内的推移油缸的第一进出油口或第二进出油口与操控台2之间的管路上设置有第二流量变送器12。
在所述凿岩机3的机架与动力头之间连接有第一位移传感器13，第一位移传感器13与凿岩机3内的推移油缸相平行。
在所述凿岩机3的动力头上粘接有三轴向加速度传感器14；在所述凿岩机3的机架上固定安装有噪声传感器15。
在所述凿岩机3的钻杆上固定套装有齿轮16，在凿岩机3的动力头上固定安装有接近开关17，接近开关17的测量端与齿轮16的轮齿正对，接近开关17与齿轮16配合使用构成钻杆转速测量机构。
在所述凿岩机3的钻杆上设置有无线扭矩传感器18，无线扭矩传感器18由无线传输节点与四个应变片组成，无线传输节点与四个应变片相连，四个应变片之间采用全桥贴法连接。
所述双轴加载装置4包括水平刚性底座19、第一竖直刚性立柱20、第二竖直刚性立柱21、水平刚性横梁22、水平加载液压作动器23及竖直加载液压作动器24；所述水平刚性底座19、第一竖直刚性立柱20、第二竖直刚性立柱21及水平刚性横梁22之间通过螺栓固定连接构成口字形反力框架；所述水平加载液压作动器23的缸筒端固连在第一竖直刚性立柱20上，水平加载液压作动器23的活塞杆与第二竖直刚性立柱21正对；所述竖直加载液压作动器24的缸筒端固连在水平刚性横梁22上，竖直加载液压作动器24的活塞杆与水平刚性底座19正对；所述水平加载液压作动器23和竖直加载液压作动器24单独配置有液压站。
在所述水平加载液压作动器23的缸筒与活塞杆之间连接有第三位移传感器25，第三位移传感器25与水平加载液压作动器23相平行；在所述竖直加载液压作动器24的缸筒与活塞杆之间连接有第四位移传感器26，第四位移传感器26与竖直加载液压作动器24相平行；在所述水平加载液压作动器23的活塞杆端部固定安装有第一动态负荷传感器，在所述竖直加载液压作动器24的活塞杆端部固定安装有第二动态负荷传感器。
一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验方法，采用了所述的模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，包括如下步骤：
步骤一：将制备好的岩石试样6安装到双轴加载装置4的反力框架内，并在岩石试样6的下表面、左表面和后表面加装刚性挡板27，且刚性挡板27需要与反力框架固定连接在一起；
步骤二：除了岩石试样6的前表面之外，需要在岩石试样6的其他五个表面加装上铸铁减震垫片28；
步骤三：启动水平加载液压作动器23和竖直加载液压作动器24，通过两台液压作动器对岩石试样6进行双向加载，以模拟岩石试样6所处的地应力条件；
步骤四：启动液压泵站1，先由操控台2控制凿岩机3内的旋转油缸动作，以驱动凿岩机3的钻杆旋转，然后由操控台2控制凿岩机3内的推移油缸动作，以驱动凿岩机3的钻杆从岩石试样6的前表面钻入岩石试样6内部，用以模拟深部岩体随钻凿过程；
步骤五：在模拟深部岩体随钻凿过程中，通过第一压力变送器7和第二压力变送器8实时监测凿岩机3旋转油缸的进出油压，通过第一流量变送器9实时监测凿岩机3旋转油缸的进出油量，通过第三压力变送器10和第四压力变送器11实时监测凿岩机3推移油缸的进出油压，通过第二流量变送器12实时监测凿岩机3推移油缸进出油量，通过第一位移传感器13实时监测凿岩机3钻杆的钻进量，通过三轴向加速度传感器14实时监测凿岩机3动力头的三向加速度，通过噪声传感器15实时监测凿岩机3钻杆在钻孔过程中的噪声频率和振幅，通过接近开关17与齿轮16配合实时监测凿岩机3钻杆的转速，通过无线扭矩传感器18实时监测凿岩机3钻杆在钻孔过程中的扭矩；
步骤六：将模拟深部岩体随钻凿过程中监测的全部数据统一传输至数据采集仪中，再由数据采集仪将采集到的随钻参数传输至计算机中，最后由计算机对随钻参数进行记录和分析。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
Claims (10)
1.一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，其特征在于：包括液压泵站、操控台、凿岩机及双轴加载装置；所述液压泵站通过管路与操控台相连通，液压泵站的泵站冷却器通过循环泵提供冷却水；所述凿岩机内的旋转油缸及推移油缸通过管路与操控台相连通，凿岩机的钻杆依次通过水辫、管路及操控台与高压水源相连通；所述双轴加载装置位于凿岩机的钻杆正前方，岩石试样安装在双轴加载装置内，所述凿岩机的钻杆与岩石试样正对。
2.根据权利要求1所述的一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，其特征在于：在所述凿岩机内的旋转油缸的第一进出油口处安装有第一压力变送器，在凿岩机内的旋转油缸的第二进出油口处安装有第二压力变送器；在所述凿岩机内的旋转油缸的第一进出油口或第二进出油口与操控台之间的管路上设置有第一流量变送器。
3.根据权利要求1所述的一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，其特征在于：在所述凿岩机内的推移油缸的第一进出油口处安装有第三压力变送器，在凿岩机内的推移油缸的第二进出油口处安装有第四压力变送器；在所述凿岩机内的推移油缸的第一进出油口或第二进出油口与操控台之间的管路上设置有第二流量变送器。
4.根据权利要求1所述的一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，其特征在于：在所述凿岩机的机架与动力头之间连接有第一位移传感器，第一位移传感器与凿岩机内的推移油缸相平行。
5.根据权利要求1所述的一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，其特征在于：在所述凿岩机的动力头上粘接有三轴向加速度传感器；在所述凿岩机的机架上固定安装有噪声传感器。
6.根据权利要求1所述的一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，其特征在于：在所述凿岩机的钻杆上固定套装有齿轮，在凿岩机的动力头上固定安装有接近开关，接近开关的测量端与齿轮的轮齿正对，接近开关与齿轮配合使用构成钻杆转速测量机构。
7.根据权利要求1所述的一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，其特征在于：在所述凿岩机的钻杆上设置有无线扭矩传感器，无线扭矩传感器由无线传输节点与四个应变片组成，无线传输节点与四个应变片相连，四个应变片之间采用全桥贴法连接。
8.根据权利要求1所述的一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，其特征在于：所述双轴加载装置包括水平刚性底座、第一竖直刚性立柱、第二竖直刚性立柱、水平刚性横梁、水平加载液压作动器及竖直加载液压作动器；所述水平刚性底座、第一竖直刚性立柱、第二竖直刚性立柱及水平刚性横梁之间通过螺栓固定连接构成口字形反力框架；所述水平加载液压作动器的缸筒端固连在第一竖直刚性立柱上，水平加载液压作动器的活塞杆与第二竖直刚性立柱正对；所述竖直加载液压作动器的缸筒端固连在水平刚性横梁上，竖直加载液压作动器的活塞杆与水平刚性底座正对；所述水平加载液压作动器和竖直加载液压作动器单独配置有液压站。
9.根据权利要求8所述的一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，其特征在于：在所述水平加载液压作动器的缸筒与活塞杆之间连接有第三位移传感器，第三位移传感器与水平加载液压作动器相平行；在所述竖直加载液压作动器的缸筒与活塞杆之间连接有第四位移传感器，第四位移传感器与竖直加载液压作动器相平行；在所述水平加载液压作动器的活塞杆端部固定安装有第一动态负荷传感器，在所述竖直加载液压作动器的活塞杆端部固定安装有第二动态负荷传感器。
10.一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验方法，采用了权利要求1所述的模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：将制备好的岩石试样安装到双轴加载装置的反力框架内，并在岩石试样的下表面、左表面和后表面加装刚性挡板，且刚性挡板需要与反力框架固定连接在一起；
步骤二：除了岩石试样的前表面之外，需要在岩石试样的其他五个表面加装上铸铁减震垫片；
步骤三：启动水平加载液压作动器和竖直加载液压作动器，通过两台液压作动器对岩石试样进行双向加载，以模拟岩石试样所处的地应力条件；
步骤四：启动液压泵站，先由操控台控制凿岩机内的旋转油缸动作，以驱动凿岩机的钻杆旋转，然后由操控台控制凿岩机内的推移油缸动作，以驱动凿岩机的钻杆从岩石试样的前表面钻入岩石试样内部，用以模拟深部岩体随钻凿过程；
步骤五：在模拟深部岩体随钻凿过程中，通过第一压力变送器和第二压力变送器实时监测凿岩机旋转油缸的进出油压，通过第一流量变送器实时监测凿岩机旋转油缸的进出油量，通过第三压力变送器和第四压力变送器实时监测凿岩机推移油缸的进出油压，通过第二流量变送器实时监测凿岩机推移油缸进出油量，通过第一位移传感器实时监测凿岩机钻杆的钻进量，通过三轴向加速度传感器实时监测凿岩机动力头的三向加速度，通过噪声传感器实时监测凿岩机钻杆在钻孔过程中的噪声频率和振幅，通过接近开关与齿轮配合实时监测凿岩机钻杆的转速，通过无线扭矩传感器实时监测凿岩机钻杆在钻孔过程中的扭矩；
步骤六：将模拟深部岩体随钻凿过程中监测的全部数据统一传输至数据采集仪中，再由数据采集仪将采集到的随钻参数传输至计算机中，最后由计算机对随钻参数进行记录和分析。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110973918.4A CN113686686A (zh) | 2021-08-24 | 2021-08-24 | 一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110973918.4A CN113686686A (zh) | 2021-08-24 | 2021-08-24 | 一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113686686A true CN113686686A (zh) | 2021-11-23 |
Family
ID=78581796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110973918.4A Pending CN113686686A (zh) | 2021-08-24 | 2021-08-24 | 一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113686686A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114000866A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-02-01 | 中国矿业大学(北京) | 岩体结构特征随钻测试装置及方法 |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101539507A (zh) * | 2009-03-09 | 2009-09-23 | 中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院 | Pdc钻凿特性测定试验装置 |
| CN102108698A (zh) * | 2010-12-20 | 2011-06-29 | 上海三一科技有限公司 | 强夯机自动检测控制装置 |
| CN102937554A (zh) * | 2012-11-13 | 2013-02-20 | 中南大学 | 一种高应力岩石钻凿试验装置 |
| CN107702937A (zh) * | 2017-11-23 | 2018-02-16 | 中南大学 | 模拟深部圆形隧洞机械开挖卸荷的试验装置及试验方法 |
| CN110672411A (zh) * | 2019-09-22 | 2020-01-10 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种岩体力学特性室内钻进感知试验系统 |
| CN210289619U (zh) * | 2019-06-14 | 2020-04-10 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种小型室内钻孔参数快速采集装置 |
| CN111206914A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-05-29 | 王�琦 | 地下工程智能数字钻探测试系统与实时分析方法 |
| US20200386659A1 (en) * | 2016-07-06 | 2020-12-10 | Shandong University | Multifunctional true triaxial rock drilling test system and method |
| CN212275792U (zh) * | 2020-07-30 | 2021-01-01 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种利用接近开关测动力头转速的结构 |
| CN112177590A (zh) * | 2020-08-24 | 2021-01-05 | 山东大学 | 工程地质参数预测室内大型综合模拟钻进试验平台及方法 |
| CN112796659A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-05-14 | 重庆平山机电设备有限公司 | 一种静态梳状钻孔装置及方法 |
| CN113175302A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-07-27 | 中国矿业大学 | 一种岩体质量智能感知小型钻机系统及评估方法 |
| CN113216927A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-08-06 | 中南大学 | 一种模拟深部高地应力地层钻进试验装置 |
| CN213890641U (zh) * | 2020-11-30 | 2021-08-06 | 湖北江山专用汽车有限公司 | 一种搅拌车罐体转速测量装置 |
-
2021
- 2021-08-24 CN CN202110973918.4A patent/CN113686686A/zh active Pending
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101539507A (zh) * | 2009-03-09 | 2009-09-23 | 中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院 | Pdc钻凿特性测定试验装置 |
| CN102108698A (zh) * | 2010-12-20 | 2011-06-29 | 上海三一科技有限公司 | 强夯机自动检测控制装置 |
| CN102937554A (zh) * | 2012-11-13 | 2013-02-20 | 中南大学 | 一种高应力岩石钻凿试验装置 |
| US20200386659A1 (en) * | 2016-07-06 | 2020-12-10 | Shandong University | Multifunctional true triaxial rock drilling test system and method |
| CN107702937A (zh) * | 2017-11-23 | 2018-02-16 | 中南大学 | 模拟深部圆形隧洞机械开挖卸荷的试验装置及试验方法 |
| CN210289619U (zh) * | 2019-06-14 | 2020-04-10 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种小型室内钻孔参数快速采集装置 |
| CN110672411A (zh) * | 2019-09-22 | 2020-01-10 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种岩体力学特性室内钻进感知试验系统 |
| CN111206914A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-05-29 | 王�琦 | 地下工程智能数字钻探测试系统与实时分析方法 |
| CN212275792U (zh) * | 2020-07-30 | 2021-01-01 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种利用接近开关测动力头转速的结构 |
| CN112177590A (zh) * | 2020-08-24 | 2021-01-05 | 山东大学 | 工程地质参数预测室内大型综合模拟钻进试验平台及方法 |
| CN213890641U (zh) * | 2020-11-30 | 2021-08-06 | 湖北江山专用汽车有限公司 | 一种搅拌车罐体转速测量装置 |
| CN112796659A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-05-14 | 重庆平山机电设备有限公司 | 一种静态梳状钻孔装置及方法 |
| CN113216927A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-08-06 | 中南大学 | 一种模拟深部高地应力地层钻进试验装置 |
| CN113175302A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-07-27 | 中国矿业大学 | 一种岩体质量智能感知小型钻机系统及评估方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114000866A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-02-01 | 中国矿业大学(北京) | 岩体结构特征随钻测试装置及方法 |
| CN114000866B (zh) * | 2022-01-04 | 2022-07-15 | 中国矿业大学(北京) | 岩体结构特征随钻测试装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101761328B (zh) | 一种地层地质界面仪器钻探感应识别系统 | |
| CN110486007B (zh) | 煤矿随钻围岩力学参数原位测试装置及方法 | |
| CN105927211B (zh) | 一种深部地下工程的岩体力学特性原位钻进测试方法及装置 | |
| CN113418795B (zh) | 一种预测煤岩体单轴抗压强度的钻测试验系统及方法 | |
| CN105973551B (zh) | 钻孔动力学模拟测试系统 | |
| CN204064783U (zh) | 巷道支护实验室模拟装置 | |
| CN101519959B (zh) | 钻触震综合勘探仪及其使用方法 | |
| CN206540719U (zh) | 一种模拟月球钻探用的超声波微钻试验台 | |
| CN201381802Y (zh) | 钻触震综合勘探仪 | |
| CN111206914A (zh) | 地下工程智能数字钻探测试系统与实时分析方法 | |
| CN207989022U (zh) | 一种基于深钻孔孔径变形测定的地应力测试装置 | |
| CN112881188A (zh) | 一种实验室三维动态岩石破碎试验系统及方法 | |
| CN114441073B (zh) | 一种水利勘察钻孔用小孔径深孔地应力测试系统及方法 | |
| CN113686686A (zh) | 一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统及方法 | |
| CN2740766Y (zh) | 岩芯定向取芯器 | |
| CN114412437A (zh) | 受载含瓦斯煤体模拟钻进与多参量随钻监测试验系统 | |
| CN106869904B (zh) | 一种利用钻机运行参数原位实时确定岩体损伤状态的方法 | |
| CN204101308U (zh) | 大吨位水平定向钻机整机试验与数据测试装置 | |
| Fu et al. | An experimental study of the vibration of a drill rod during roof bolt installation | |
| Wang et al. | Development and application of a multifunction true triaxial rock drilling test system | |
| CN115807665A (zh) | 测算水力裂缝中缝内静压力与地层最小水平主应力的方法 | |
| CN104236945A (zh) | 一种大吨位水平定向钻机整机试验与数据测试装置 | |
| CN110441497B (zh) | 一种深部岩土体原位测试机器人及其测试方法 | |
| CN103091006A (zh) | 用于钻头齿圈破岩性能的测试方法 | |
| CN202391405U (zh) | 石油钻井钻压扭矩随钻测量仪器的刻度装置 |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211123 |