[發明專利]一種鉆孔內靜態破碎劑徑向膨脹壓測試裝置及方法

有效

• 申請號: 202010914166.X
• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN112031750B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 徐帥;黃夢龍;馬駿;楊正明;李潤然;李飛
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: E21B47/06
• 分類號: E21B47/06;E21B47/00;E21B7/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱;范象瑞

一種鉆孔內靜態破碎劑徑向膨脹壓測試裝置及方法，裝置由置于剛性基座上的壓力傳感器、置于壓力傳感器頂面的徑向膨脹壓測試模擬管、模擬管軸向和徑向約束機構和壓力傳感器數據采集儀組成；測試方法是：利用數值模擬技術以徑向膨脹壓測試模擬管為計算模型建立徑向膨脹壓測試模擬管內破碎劑膨脹壓P_i與模擬管外壁所受壓力F_o的關系曲線；通過壓力傳感器及壓力傳感器數據采集儀對裝有破碎劑、置于壓力傳感器頂面的模擬管在軸向和徑向約束狀態下測試和采集壓力F_o，利用F_o與P_i關系曲線得模擬管內破碎劑徑向膨脹壓P_i隨破碎劑水化反應時間的變化曲線，通過該曲線得到鉆孔內破碎劑在不同水化時間的徑向膨脹壓。

技術領域

本發明涉及巖土工程領域，特別是一種鉆孔內靜態破碎劑徑向膨脹壓測試裝置及方法。

背景技術

隨著人們環保意識的加強和節能降耗的要求，人們對炸藥化學爆破產生的振動、廢石、有毒有害氣體等耐受程度越來越低。靜態破碎劑因具有可緩慢膨脹致裂、無聲、無振動和無有害氣體產生的特點，而廣泛應用于石材開采、建筑體拆除、混凝土破碎、巖體開挖、深部應力調控與高邊坡修整等工程領域。

衡量靜態破碎劑性能的技術指標很多，其中膨脹壓最為重要，其測量的精準程度對于靜態破碎劑的性能評測、工業應用中參數選擇及成本控制具有重要意義。

目前，有關靜態破碎劑膨脹壓的測試方法主要有外管法、內管法和壓力傳感器法。這三種方法均是利用電阻應變片測量被測物體表面的應變值，利用一定的對應關系計算得到膨脹劑產生的膨脹壓。因膨脹劑水化反應過程為放熱反應，其產生的溫度對電阻應變片測量影響較大，導致應用電阻應變片測量膨脹壓往往會出現誤差。為此，有學者采用溫度補償片或者用密封膠代替塑料袋封閉應變片的方法來消除熱效應的影響，但這些方法沒有從根本上消除應變片所受影響。

基于上述問題，CN108151937A專利文獻公開了一種用于靜態破碎劑膨脹壓的測試裝置及方法，通過測量兩個限位板之間的測量桿上的變形來反算膨脹劑產生的徑向膨脹壓；CN109900409A專利文獻公開了一種靜態破碎劑徑向膨脹壓測試方法，通過在金屬筒臺面上粘貼應變片測量徑向應變及切向應變并將其帶入公式計算靜態破碎劑的徑向膨脹壓。這兩種方法雖然可以測量徑向膨脹壓，但存在應變片粘貼工藝復雜及應變片不能重復使用帶來的成本較高等問題。

CN109883591A專利文獻公開的一種靜態破碎劑膨脹壓測量設備及測量方法，利用周邊塊及頂底部擋片構成封閉腔室，在封閉腔室里充填破碎劑，并通過周邊塊與固定塊之間的測力計示數除以封閉腔室的剖面積計算靜態破碎劑的徑向膨脹壓。此方法可以測量徑向膨脹壓，也不用粘貼應變片，但只能用于漿狀靜態破碎劑膨脹壓的測量，不適用于卷狀靜態破碎劑，且膨脹壓隨深度變化存在差別，用某一高度的膨脹壓代替整個裝置中靜態破碎劑產生的膨脹壓會存在誤差。

基于上述問題，CN1441233A專利文獻公開了一種靜態破裂劑膨脹壓力的測試方法及測試裝置，通過鋼模對靜態破碎裂劑進行側向約束，使靜態破裂劑僅能產生軸向膨脹和位移，然后基于測力環的讀數經過線性關系轉化為壓力除以作用面積計算膨脹壓；CN103323164A專利文獻公開了一種測量靜態破碎劑膨脹壓的測試系統，利用壓力試驗機剛性框架上加載壓力傳感器和移動活塞來測量膨脹壓，當靜態破碎劑水化反應后，推動活塞，聯動壓力盒，此時壓力傳感器會記下壓力數值，進而反算出靜態破碎劑的膨脹壓；CN108444550A專利文獻公開了一種靜態破碎劑膨脹壓力和溫度測試一體化裝置，通過在約束框架中，利用上密封活塞的運動，基于壓力盒來讀取靜態破碎劑水化反應過程中的軸向膨脹壓力。這些專利文獻披露的靜態破碎劑膨脹壓測試裝置和方法雖然可避免電阻應變片粘貼復雜工藝及熱效應對測試結果的影響，但所測膨脹壓均為軸向膨脹壓。而實際上，因鉆孔的軸徑比不同，靜態破碎劑在軸向和徑向的膨脹壓并不相同，生產現場起主要作用的是靜態破碎劑的徑向膨脹壓，用軸向膨脹壓作為靜態破碎劑的徑向膨脹壓有較大偏差；且存在測試過程繁瑣、測試成本高昂、測試結果精度不高等問題。