[發明專利]一種模擬深部巖體隨鉆鑿過程探測的試驗系統及方法

在審

• 申請號: 202110973918.4
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113686686A
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 于慶磊;王宇恒;朱萬成;楊天鴻;徐濤;李連崇;侯晨
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01N3/10
• 分類號: G01N3/10;G01N3/02;G01N3/06
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種模擬深部巖體隨鉆鑿過程探測的試驗系統，其特征在于：包括液壓泵站、操控臺、鑿巖機及雙軸加載裝置；所述液壓泵站通過管路與操控臺相連通，液壓泵站的泵站冷卻器通過循環泵提供冷卻水；所述鑿巖機內的旋轉油缸及推移油缸通過管路與操控臺相連通，鑿巖機的鉆桿依次通過水辮、管路及操控臺與高壓水源相連通；所述雙軸加載裝置位于鑿巖機的鉆桿正前方，巖石試樣安裝在雙軸加載裝置內，所述鑿巖機的鉆桿與巖石試樣正對。

2.根據權利要求1所述的一種模擬深部巖體隨鉆鑿過程探測的試驗系統，其特征在于：在所述鑿巖機內的旋轉油缸的第一進出油口處安裝有第一壓力變送器，在鑿巖機內的旋轉油缸的第二進出油口處安裝有第二壓力變送器；在所述鑿巖機內的旋轉油缸的第一進出油口或第二進出油口與操控臺之間的管路上設置有第一流量變送器。

3.根據權利要求1所述的一種模擬深部巖體隨鉆鑿過程探測的試驗系統，其特征在于：在所述鑿巖機內的推移油缸的第一進出油口處安裝有第三壓力變送器，在鑿巖機內的推移油缸的第二進出油口處安裝有第四壓力變送器；在所述鑿巖機內的推移油缸的第一進出油口或第二進出油口與操控臺之間的管路上設置有第二流量變送器。

4.根據權利要求1所述的一種模擬深部巖體隨鉆鑿過程探測的試驗系統，其特征在于：在所述鑿巖機的機架與動力頭之間連接有第一位移傳感器，第一位移傳感器與鑿巖機內的推移油缸相平行。

5.根據權利要求1所述的一種模擬深部巖體隨鉆鑿過程探測的試驗系統，其特征在于：在所述鑿巖機的動力頭上粘接有三軸向加速度傳感器；在所述鑿巖機的機架上固定安裝有噪聲傳感器。

6.根據權利要求1所述的一種模擬深部巖體隨鉆鑿過程探測的試驗系統，其特征在于：在所述鑿巖機的鉆桿上固定套裝有齒輪，在鑿巖機的動力頭上固定安裝有接近開關，接近開關的測量端與齒輪的輪齒正對，接近開關與齒輪配合使用構成鉆桿轉速測量機構。

7.根據權利要求1所述的一種模擬深部巖體隨鉆鑿過程探測的試驗系統，其特征在于：在所述鑿巖機的鉆桿上設置有無線扭矩傳感器，無線扭矩傳感器由無線傳輸節點與四個應變片組成，無線傳輸節點與四個應變片相連，四個應變片之間采用全橋貼法連接。

8.根據權利要求1所述的一種模擬深部巖體隨鉆鑿過程探測的試驗系統，其特征在于：所述雙軸加載裝置包括水平剛性底座、第一豎直剛性立柱、第二豎直剛性立柱、水平剛性橫梁、水平加載液壓作動器及豎直加載液壓作動器；所述水平剛性底座、第一豎直剛性立柱、第二豎直剛性立柱及水平剛性橫梁之間通過螺栓固定連接構成口字形反力框架；所述水平加載液壓作動器的缸筒端固連在第一豎直剛性立柱上，水平加載液壓作動器的活塞桿與第二豎直剛性立柱正對；所述豎直加載液壓作動器的缸筒端固連在水平剛性橫梁上，豎直加載液壓作動器的活塞桿與水平剛性底座正對；所述水平加載液壓作動器和豎直加載液壓作動器單獨配置有液壓站。

9.根據權利要求8所述的一種模擬深部巖體隨鉆鑿過程探測的試驗系統，其特征在于：在所述水平加載液壓作動器的缸筒與活塞桿之間連接有第三位移傳感器，第三位移傳感器與水平加載液壓作動器相平行；在所述豎直加載液壓作動器的缸筒與活塞桿之間連接有第四位移傳感器，第四位移傳感器與豎直加載液壓作動器相平行；在所述水平加載液壓作動器的活塞桿端部固定安裝有第一動態負荷傳感器，在所述豎直加載液壓作動器的活塞桿端部固定安裝有第二動態負荷傳感器。

10.一種模擬深部巖體隨鉆鑿過程探測的試驗方法，采用了權利要求1所述的模擬深部巖體隨鉆鑿過程探測的試驗系統，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一：將制備好的巖石試樣安裝到雙軸加載裝置的反力框架內，并在巖石試樣的下表面、左表面和后表面加裝剛性擋板，且剛性擋板需要與反力框架固定連接在一起；

步驟二：除了巖石試樣的前表面之外，需要在巖石試樣的其他五個表面加裝上鑄鐵減震墊片；

步驟三：啟動水平加載液壓作動器和豎直加載液壓作動器，通過兩臺液壓作動器對巖石試樣進行雙向加載，以模擬巖石試樣所處的地應力條件；

步驟四：啟動液壓泵站，先由操控臺控制鑿巖機內的旋轉油缸動作，以驅動鑿巖機的鉆桿旋轉，然后由操控臺控制鑿巖機內的推移油缸動作，以驅動鑿巖機的鉆桿從巖石試樣的前表面鉆入巖石試樣內部，用以模擬深部巖體隨鉆鑿過程；

步驟五：在模擬深部巖體隨鉆鑿過程中，通過第一壓力變送器和第二壓力變送器實時監測鑿巖機旋轉油缸的進出油壓，通過第一流量變送器實時監測鑿巖機旋轉油缸的進出油量，通過第三壓力變送器和第四壓力變送器實時監測鑿巖機推移油缸的進出油壓，通過第二流量變送器實時監測鑿巖機推移油缸進出油量，通過第一位移傳感器實時監測鑿巖機鉆桿的鉆進量，通過三軸向加速度傳感器實時監測鑿巖機動力頭的三向加速度，通過噪聲傳感器實時監測鑿巖機鉆桿在鉆孔過程中的噪聲頻率和振幅，通過接近開關與齒輪配合實時監測鑿巖機鉆桿的轉速，通過無線扭矩傳感器實時監測鑿巖機鉆桿在鉆孔過程中的扭矩；

步驟六：將模擬深部巖體隨鉆鑿過程中監測的全部數據統一傳輸至數據采集儀中，再由數據采集儀將采集到的隨鉆參數傳輸至計算機中，最后由計算機對隨鉆參數進行記錄和分析。