[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

一種模擬深部巖體隨鉆鑿過程探測的試驗系統及方法，系統包括液壓泵站、操控臺、鑿巖機及雙軸加載裝置；液壓泵站通過管路與操控臺相連；鑿巖機旋轉油缸及推移油缸通過管路與操控臺相連，鑿巖機鉆桿依次通過水辮、管路及操控臺與高壓水源相連；雙軸加載裝置位于鑿巖機鉆桿正前方，巖石試樣安裝在雙軸加載裝置內，鑿巖機鉆桿與巖石試樣正對；鑿巖機上設有多種傳感器。方法為：將巖石試樣安裝到雙軸加載裝置內，雙向加載巖石試樣，模擬巖石試樣所處地應力條件；啟動液壓泵站，由操控臺控制鑿巖機鉆桿鉆入試樣內部，用以模擬深部巖體隨鉆鑿過程，同時由多種傳感器采集數據并傳輸至數據采集儀，再由數據采集儀將隨鉆參數傳輸至計算機中進行記錄和分析。

技術領域

本發明屬于巖石力學試驗技術領域，特別是涉及一種模擬深部巖體隨鉆鑿過程探測的試驗系統及方法。

背景技術

隨著國民經濟持續快速發展，國家對礦產資源需求日益增加，但地表資源已日趨短缺，淺部礦產資源逐漸枯竭，促使人們不斷地向地球深部尋求所必需的礦產資源，深部礦產資源的開發已經是未來采礦發展的趨勢。另外，礦山正處在自動化、智能化大發展階段，深部礦產資源的開發更需要自動化與智能化技術。鑿巖爆破是金屬礦山的核心工序，鑿巖工作幾乎每天都在金屬礦山進行。結合金屬礦山的特點，研究適應于金屬礦山深部巖體隨鉆鑿過程的智能探測技術，進而對爆區內的礦巖體進行智能識別表征，實施礦山精細爆破對礦山節能降耗具有重要意義。

鑿巖鉆機在鉆進不同力學性質的巖石時，鉆機本身工作參數的響應與巖石的力學性質、結構特征密切相關，利用相關理論分析參數響應與巖體變化之間的內在聯系，建立相應的關聯方法，智能解譯鑿巖鉆機工作參數響應，表征鉆進巖體的變化，對實現爆破設計優化、不良地質體探測等，對推動自動化、智能化開采有著重要的意義。

深部巖體不同于淺部，深部巖石長期賦存于高應力條件下，彈性巖石更趨近于潛塑性，硬巖在深部轉化為高應力條件下的軟巖，在這種條件下，深部鑿巖在力學機理和鉆機工況上與淺部存在一定差異，這使得現有的隨鉆獲取技術和對鑿巖機理的認識難以適用于深部巖體鑿巖工程。隨鉆獲取技術的關鍵在于數據的解譯和額外特征隨鉆參數的獲取，因而研發相應物理試驗系統、建立深部高應力復雜條件下隨鉆獲取參數的解譯理論和方法十分必要。

公告號為CN101761328A的中國專利公開了一種地層地質界面儀器鉆探感應識別系統，公告號為CN105422088A的中國專利公開了一種煤礦巷道地質參數在線監測系統，公告號為CN103291274A的中國專利公開了一種煤礦用深孔鉆車的智能顯示控制系統，公告號為CN1346929的中國專利公開了鉆孔過程監測系統。但是，上述專利申請中可測量的隨鉆參數較少，而且鉆桿轉一圈只能被接近開關檢測一次，并且僅限于工程現場，并不涉及室內試驗及巖樣搭載。公告號為CN11007064A的中國專利公開了一種雙向加載的巖石鉆孔取樣試驗系統及取樣方法，該專利只能針對300mm3的巖樣進行加載，且未能監測取芯鉆機的工作參數。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種模擬深部巖體隨鉆鑿過程探測的試驗系統及方法，能夠從室內試驗的角度模擬研究高應力條件下巖石的鉆孔工作，可實現雙軸高應力加載條件下巖樣的鑿巖試驗，用于對不同巖性、強度、預制結構面的巖樣進行系統研究；本發明可以獲得更豐富的隨鉆參數，用于模擬研究不同地應力場對巖石鉆鑿參數的影響，對指導深埋礦體的鑿巖工作并利用隨鉆獲取技術表征礦巖體力學參數和結構特征有著現實的工程意義；本發明通過接近開關與齒輪配合使用來測量鉆桿轉速，且齒數越多測量越精確，可顯著提高轉速的測量精度。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種模擬深部巖體隨鉆鑿過程探測的試驗系統，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。