[發明專利]一種利用隨鉆監測技術測試巖體強度的方法與裝置

有效

• 申請號: 201610858285.1
• 申請日: 2016-09-28
• 公開（公告）號: CN106321093B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 李世海;馮春;郭汝坤;喬繼延;鄭炳旭;李戰軍;崔曉榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;G01N3/08
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

本發明提供了一種利用隨鉆監測技術測試巖體強度的方法與裝置，該方法包括：1.在牙輪鉆機上安裝各種測量設備；2.調平牙輪鉆機；3.在實驗場開展鉆進實驗，獲得不同巖性下鉆桿各參數之間的對應關系；4.開展室內巖石力學實驗獲得不同深度處巖體的強度參數；5.建立巖體強度參數與鉆桿之間的函數關系；6.根根強度參數，得到可根據鉆機工作參數計算施鉆位置巖體強度的計算公式；7.在測試區開展隨鉆測試，利用上述計算公式快速獲取不同鉆進深度下的巖體強度參數。本發明通過研究鉆桿軸壓、鉆桿扭矩、轉速、鉆進速度和巖體強度的定量關系，可以實現在鉆進過程中快速準確的獲取巖體強度的目的。與傳統方法相比，此方法簡單易行。

技術領域

本發明屬于礦山開采和巖土力學技術領域，具體地涉及一種測試巖體強度參數的方法，以及使用該方法的裝置。

背景技術

巖體的力學性質與巖體的可鉆性及可爆性密切相關，其既是進行爆破參數合理設計的依據，也是評價該類巖體后續機械破磨難易程度的主要指標。現有的測試巖體力學性質的方法一般包括鉆孔取芯法、應力波法和電磁法等。

鉆孔取芯法是通過鉆孔獲取巖樣，再把巖樣制作成試件，通過試驗設備測試試件的力學性質。由于地層分布的復雜性，通過有限鉆孔獲取的巖芯，很難確切判斷一定區域的巖體性質；此外，鉆孔取芯法無法給出破碎帶及厘米級軟弱結構層的力學性質。更為主要的，此類方法需要經過取樣、加工、測試等環節，無法做到測試分析的實時性，因此無法對爆破參數的優化設計提供快速指導。

應力波法是一種無損或微損的巖體力學參數測試方法，該方法主要利用炸藥爆炸、高壓氣體突然釋放等產生激振信號。上述振動信號以應力波的形式向巖體內部傳播，被巖體內部及表面的振動傳感器感知，通過分析各傳感器所記錄的應力波的到時、幅值、頻率等要素，即可獲得巖體的力學性質。此類方法雖能直接獲得巖體的等效彈性模量等彈性參數，但無法給出巖體的強度參數。

電磁法是根據巖體電磁學性質和電化學特性的差異，通過對人工或天然電場、電磁場或電化學場的監測和分析，間接反映巖體的性質。此類方法雖能通過電磁場的差異分辨出不同巖性的地層，但卻無法給出不同地層的彈性模量、強度等力學參數。

發明內容

本發明的目的是要提供一種測試巖體強度參數的方法，以及使用該方法的裝置。

在本發明一個實施方式中，提供一種利用隨鉆監測技術測試巖體強度的方法，包括如下步驟：

步驟100，在牙輪鉆機上安裝鉆桿進尺實時測量裝置，鉆桿軸壓實時測量裝置，鉆桿扭矩實時測量裝置及鉆桿轉速實時測量裝置；

步驟200，選定鉆孔位置，調平牙輪鉆機，同時開啟無線接收裝置記錄鉆進過程中的各個參量；

步驟300，在實驗場開展鉆進實驗，獲得不同巖性下鉆桿軸壓、鉆桿轉速與進尺速度及鉆桿扭矩的對應關系；

步驟400，對鉆孔附近一定范圍內不同深度處的巖石進行取樣，開展室內巖石力學實驗，以獲得不同深度處巖體的強度參數；

步驟500，借助理論分析，建立巖體強度參數與鉆桿軸壓、鉆桿轉速、進尺速度、鉆桿扭矩之間的函數關系，該函數關系中包含鉆頭形狀這一待定系數；

步驟600，根據步驟300獲得的對應關系及步驟400獲得的強度參數，求解步驟500中所述的待定系數，得到可根據鉆機工作參數計算施鉆位置巖體強度的計算公式；

步驟700，在測試區開展隨鉆測試，根據步驟600所獲得的計算公式，即可快速獲取不同鉆進深度下的巖體強度參數。

在本發明的一個實施方式中，所述鉆桿進尺實時測量裝置包括激光測距儀和數據無線發射裝置。

在本發明的一個實施方式中，所述鉆桿軸壓實時測量裝置和所述鉆桿扭矩實時測量裝置分別包括應變片和網絡式同步采集儀；所述鉆桿轉速實時測量裝置為轉速測量儀或轉速探頭。