[發(fā)明專利]一種保持鉆孔壁原態(tài)的自動縮徑鉆孔裝置

有效

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• 申請日: 2016-10-14
• 公開（公告）號: CN106640049B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪進超;王川嬰;王益騰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: E21B47/08
• 分類號: E21B47/08;E21B10/43
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務(wù)所42001
• 代理人: 李鵬,王敏鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鉆測領(lǐng)域，具體涉及一種保持鉆孔壁原態(tài)的自動縮徑鉆孔裝置，適用于地應(yīng)力測量孔的成孔。

背景技術(shù)

地應(yīng)力廣泛存在，但難以獲取和揭示，同時它對深部工程的規(guī)劃、設(shè)計和決策又起著重要的作用。隨著人類向深部地殼的不斷探索，地應(yīng)力的重要性日益顯現(xiàn)。目前，針對地應(yīng)力測量原理、技術(shù)和方法的研究正不斷地深入，相應(yīng)的測量儀器和設(shè)備也不斷地涌現(xiàn)，為實現(xiàn)地應(yīng)力測試技術(shù)的突破創(chuàng)造了條件。

人類對地應(yīng)力的認識最早出現(xiàn)于20世紀初，而地應(yīng)力的實測工作則開始于20世紀30年代。隨著實測工作的開展，各種測量原理和測試裝置不斷涌現(xiàn)。其中，最具代表性的測試裝置是于20世紀50年代由美國礦務(wù)局研制出來的USBM鉆孔變形計，實現(xiàn)了對巖體進行應(yīng)力解除的地應(yīng)力測試方法。至今，應(yīng)力解除法依然是主要的地應(yīng)力測量方法。

應(yīng)力解除法是建立在彈性理論基礎(chǔ)之上，即假設(shè)巖塊是均勻連續(xù)的，并認為加載和卸載時應(yīng)力與應(yīng)變之間具有相同的函數(shù)關(guān)系。同時，切割出來的巖石單元體，其自重與所受載荷相比，小到可略去不計。應(yīng)力解除法的測試裝置多采用壓磁和應(yīng)變式傳感器，通過測量應(yīng)力解除前后鉆孔孔徑的變化來計算地應(yīng)力的大小和方向。常規(guī)的操作步驟為：首先在需要測量地應(yīng)力的地方，打一個較大的鉆孔，鉆孔至一定深度后，更換鉆頭將孔底磨平，再換一個楔形鉆頭，打出一個喇叭孔(起導正作用)，再更換小鉆頭和鉆桿，在大孔中心鉆一個小的測量孔，然后提起鉆桿，在測量孔中安裝測量傳感器，傳感器引線穿過所有鉆桿，然后大鉆頭繼續(xù)鉆孔，完成應(yīng)力解除的鉆進；從操作步驟中可以看出，需要進行應(yīng)力測量的測量孔在成孔結(jié)束后，會進行提鉆桿過程，然而由于在地層深部或者高地應(yīng)力區(qū)，成孔后的瞬間，鉆孔壁會因地應(yīng)力的作用而產(chǎn)生縮徑現(xiàn)象，此刻即為需要測量的鉆孔壁原態(tài)，而在提鉆桿的過程中，由于常規(guī)鉆桿鉆頭的尺寸未發(fā)生變化，在提升過程中，鉆頭部分會破壞鉆孔壁因地應(yīng)力而形成的孔壁原態(tài)，導致最終測量的鉆孔壁為鉆頭破壞后的鉆孔形態(tài)，產(chǎn)生較大地應(yīng)力測量誤差，此外，在高地應(yīng)力區(qū)，受地應(yīng)力擠壓，鉆桿提升過程中可能會抱死，如果采用強硬措施提升鉆桿，可能會導致測量孔被破壞，從而無法進行地應(yīng)力測量，將帶來一定的經(jīng)濟損失。

此外，孔形法直接測量地應(yīng)力的方法也逐漸普遍，孔形法即通過鉆孔的孔壁形態(tài)(橢圓)來計算出地應(yīng)力方向和地應(yīng)力大小，孔形法對成孔的質(zhì)量要求較高，如果采用常規(guī)的鉆孔設(shè)備進行成孔，在提鉆過程中，鉆頭對鉆孔壁產(chǎn)生的破壞，將對孔形法的精度產(chǎn)生較大影響，甚至導致誤判地應(yīng)力方向，測量孔的鉆孔壁原態(tài)成孔質(zhì)量決定了孔形法測量地應(yīng)力的成敗。

因此，如何突破長期以來困擾著地應(yīng)力測量中測量孔孔壁原態(tài)被破壞的問題，實現(xiàn)深部和高地應(yīng)力區(qū)的地應(yīng)力測試，是地應(yīng)力測試技術(shù)發(fā)展的重要方向。