[發明專利]一種巖體力學特性室內鉆進感知試驗系統

在審

• 申請號: 201910896233.7
• 申請日: 2019-09-22
• 公開（公告）號: CN110672411A
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 田湖南;王浩;焦玉勇;張國華;覃衛民;張秀麗
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所;中國地質大學(武漢)
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/06
• 代理公司: 42242 武漢藍寶石專利代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 王振宇

1.一種巖體力學特性室內鉆進感知試驗系統，其特征在于，包括巖體試樣、加載子系統、鉆進子系統、控制子系統和監測子系統，所述控制子系統分別與加載子系統、鉆進子系統和監測子系統連接；

所述加載子系統用于對巖體試樣施加圍壓和軸壓；其中，所述巖體試樣內模擬設置溶洞、斷層和破碎帶；

所述鉆進子系統包括鉆機，用于對所述巖體試樣進行鉆進；

所述監測子系統用于對所述鉆機的鉆進參數進行監測；其中，所述鉆進參數包括鉆進壓力、鉆機扭矩、鉆桿振動加速度、鉆進速度和鉆桿轉速；

所述控制子系統用于控制所述加載子系統施加圍壓和軸壓，還用于控制所述鉆機的工作。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述加載子系統包括底座、壓力室，反力架、伺服油泵和千斤頂；

所述壓力室設置于底座上，所述壓力室內放置有巖體試樣；所述反力架固定支撐所述伺服油泵的一端，所述伺服油泵的另一端連接千斤頂，用于為所述千斤頂提供加載力；所述千斤頂設置于壓力室的周圍，所述千斤頂包括圍壓千斤頂和軸壓千斤頂，所述圍壓千斤頂和軸壓千斤頂分別用于對所述巖體試樣施加圍壓和軸壓。

3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述鉆進子系統還包括鉆機伺服電機和鉆進支架；所述鉆機伺服電機連接鉆機，用于為鉆機的鉆進提供動力，所述鉆進支架固定于所述底座上，且位于所述壓力室的一側，所述鉆進支架用于支撐所述鉆機和鉆機伺服電機。

4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述壓力室靠近鉆機的一側設置有預留孔，所述鉆機的鉆頭通過所述壓力室的預留孔與所述巖體試樣接觸，在所述鉆機伺服電機的驅動下進行鉆進。

5.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述鉆進支架上固定安裝有鉆機夾持機構，所述鉆機夾持機構用于固定所述鉆機的鉆桿。

6.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述監測子系統包括鉆進監測模塊、試樣監測模塊和設備安全監測模塊；

所述鉆進監測模塊用于監測鉆機的鉆進參數；所述試樣監測模塊用于監測鉆進過程中巖體試樣的應變和振動；所述設備安全監測模塊用于監測系統的運行狀況。

7.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述鉆進監測模塊包括鉆進壓力傳感器、鉆進位移傳感器、鉆桿轉速傳感器、振動加速度傳感器和鉆機扭矩傳感器；

所述鉆進壓力傳感器用于監測鉆機的鉆進壓力，所述鉆進位移傳感器用于監測鉆機的鉆進速度，所述鉆桿轉速傳感器用于監測鉆桿轉速，所述振動加速度傳感器用于監測鉆桿振動加速度，所述鉆機扭矩傳感器用于監測鉆進過程中的鉆機扭矩。

8.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述試樣監測模塊包括加速度傳感器和應變計，所述加速度傳感器和應變計分別連接巖體試樣，所述所述加速度傳感器用于獲取鉆進過程中巖體試樣的振動信號，所述應變計用于監測鉆進過程中巖體試樣的應力應變。

9.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述設備安全監測模塊包括溫度傳感器和攝像機；所述溫度傳感器用于監測鉆機溫度，所述攝像機用于記錄鉆機鉆進過程的高速視頻影像。

10.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述控制子系統包括邏輯控制器，所述邏輯控制器分別連接監測子系統、伺服油泵和鉆機伺服電機，所述邏輯控制器用于接收監測子系統各傳感器的監測信號，與設定值進行對比，并向伺服油泵和鉆機伺服電機發送控制信號，以控制伺服油泵為所述千斤頂提供加載力，并通過所述鉆機伺服電機控制鉆機的工作。