[發明專利]一種用于高應力鉆巖環境的鉆鑿測試裝置

在審

• 申請號: 201810181661.7
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN108489538A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 冉小豐
• 申請（專利權）人: 長江大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 黃君軍

一種用于高應力鉆巖環境的鉆鑿測試裝置，由沖擊鉆鑿機構和高應力巖石鉆鑿臺組成，沖擊鉆鑿機構的結構是在支架設有自動提升機構，支架上設處同一垂直軸線上的釬桿導向滑軌和定位孔釬桿滑動設在釬桿導向滑軌內且穿插定位孔；自動提升機構連接有設自動解鎖機構的抓手，釬桿下端連接有鉆頭，抓手能抓緊釬桿的上端，支架上設用于示讀釬桿與鉆頭高度位置的標尺，高應力巖石鉆鑿臺設在支架的下端，且包括兩對成“十”字設置且每對相對設置的高壓油缸、與高壓油缸連接的油壓控制元件和壓力表，每個高壓油缸設有加壓活塞，鉆頭沖擊鉆鑿放置在高應力巖石鉆鑿臺上的巖石試樣；為深部巖石力學研究提供了一種獨特的高應力巖石環境的鉆鑿測試結構。

技術領域

本發明涉及一種研究高應力巖石在各類鉆鑿機具沖鑿下的破壞特性及鉆具的力學性能的實驗裝置，特別是涉及一種用于高應力鉆巖環境的鉆鑿測試裝置。

背景技術

在地下資源開采、深埋隧道施工、高壩引水隧洞等深部地下工程施工中，巖石承受著巨大的初始應力，當它遭受到來自鑿巖機、掘進機等的作用時，巖石和機具都表現出與淺部施工完全不同的特點。對于巖石，由于有高應力的存在，相當于具備了圍壓效應，整體強度增大，但在與機具接觸的局部表面，在動力擾動下又易于發生“巖爆”式破壞；對于鉆鑿機具，除鉆頭磨蝕程度增加外，鉆鑿效率大大降低，而且當鉆頭進入巖石一定深度后，卡鉆現象嚴重，極大地影響了施工進度和作業安全。

由于目前巖石力學成果多服務于淺部工程，對深部巖石的高應力狀態缺乏考慮，各類基于現有巖石力學理論的設計和施工方法無法保障深部工程的作業安全。隨著當前各類深部工程的不斷增多，亟需在認清高應力巖石沖擊力學特性的基礎上設計出合理的鉆鑿機具，本發明即為實現這一目而提出。

目前國內外關于巖石鉆鑿的各類裝置研究主要側重于鉆鑿機具的機械設計和動作實現，缺少對鉆鑿對象特殊狀態的研究，特別是缺乏考慮受鑿巖石高應力狀態對鉆鑿效果和鉆頭工況的影響。如“PDC鉆鑿特性測定試驗裝置”(中國發明專利，專利號：200910118933.X)和“PDC鉆鑿特性測定試驗裝置”(中國實用新型專利，專利號：200920007005.1)提供了一種在室內條件下獲得PDC鉆頭鉆鑿、磨損及抗沖擊特性的實驗裝置；又如“用于巖石鉆鑿作業的方法和裝置”(中國發明專利，專利號：200680042510.9)提出了一種對鉆鑿裝置中的鉆鋼接頭進行松弛的方法，使系統穩定性更好。這些裝置和研究均沒有涉及被鉆鑿巖石的應力狀態，而近年的深部巖石力學研究和工程實踐發現處于地下深部的巖石，由于具有極高的初始應力，其力學響應和破壞特性與無應力巖石截然不同。

本發明旨在研究其鉆鑿特性，從裝置上實現這種高應力狀態，進而對沖擊特性、鉆鑿效率、磨蝕機理、卡鉆原因等進行研究。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種能實現巖石圍壓加載、沖擊式鑿入，獲取沖擊鉆鑿下高應力巖石的破壞特性和鉆具工作性能的高應力巖石鉆鑿試驗裝置。

為了解決上述技術問題，本發明提供的高應力巖石鉆鑿試驗裝置，由沖擊鉆鑿機構和高應力巖石鉆鑿臺組成，所述的沖擊鉆鑿機構的結構是在支架設有自動提升機構，所述的支架上設有處于同一垂直軸線上的釬桿導向滑軌和定位孔，豎向設置的釬桿滑動設在所述的釬桿導向滑軌內且穿插在所述的定位孔內，所述的自動提升機構連接有設有自動解鎖機構的抓手，所述的釬桿的下端連接有鉆頭，所述的抓手能抓住所述的釬桿的上端，所述的支架上設有用于示讀所述的釬桿與所述的鉆頭的高度位置的標尺，所述的高應力巖石鉆鑿臺設在所述的支架的下端，所述的高應力巖石鉆鑿臺包括兩對成“十”字設置且每對相對設置的高壓油缸、與所述的高壓油缸連接的油壓控制元件和壓力表，每個所述的高壓油缸設有加壓活塞，所述的鉆頭沖擊鉆鑿放置在所述的高應力巖石鉆鑿臺上的巖石試樣。

進一步地，所述的支架上設有釬桿下限擋板，所述的釬桿下限擋板與所述的釬桿對應下行限位。

進一步地，所述的標尺采用標尺固定架固定安裝在所述的支架上。