[發明專利]一種含傾斜粗糙單節理的圓柱形巖樣制取裝置及制取方法

在審

• 申請號: 202210109932.4
• 申請日: 2022-01-29
• 公開（公告）號: CN114518244A
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 唐勁舟;楊科;劉欽節;胡學龍;張亮;邵逸文
• 申請（專利權）人: 合肥綜合性國家科學中心能源研究院（安徽省能源實驗室）;安徽理工大學
• 主分類號: G01N1/08
• 分類號: G01N1/08;G01N1/28
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 江亞平

1.一種含傾斜粗糙單節理的圓柱形巖樣制取裝置，其特征在于：所述制取裝置包括試件緊固系統、鉆芯系統和冷卻系統；

所述試件緊固系統由兩套規格相同的加壓裝置及緊固模具組成，兩套所述加壓裝置包括左側加壓裝置和右側加壓裝置，兩套所述緊固模具包括左側緊固模具和右側緊固模具，使用時，將巖樣置于所述左側緊固模具和右側緊固模具中，所述左側加壓裝置和右側加壓裝置分別從兩側對所述左側緊固模具和右側緊固模具施加壓力，以將所述巖樣固定；

所述鉆芯系統包括電機(15)、接頭(16)、薄壁套筒(17)、金剛石鉆頭(18)；所述電機下端依次連接所述接頭、薄壁套筒和金剛石鉆頭，所述電機旋轉通過接頭(16)帶動所述薄壁套筒(17)及金剛石鉆頭(18)在巖樣上部旋轉鉆進；

所述冷卻系統包括水箱和水管，所述水箱中的水通過水管流至所述金剛石鉆頭處。

2.根據權利要求1所述的一種含傾斜粗糙單節理的圓柱形巖樣制取裝置，其特征在于：

所述制取裝置還包括加載系統，所述加載系統包括伺服電機Ⅲ(19)、減速機Ⅲ(20)、液壓杠Ⅲ(21)、液壓缸Ⅲ(22)、加載板Ⅲ(23)、移動橫梁(24)、剛性框架(25)、左滾珠絲杠Ⅰ(26)和右滾珠絲杠Ⅱ(27)；

所述巖樣置于所述剛性框架(25)底部中間，所述剛性框架(25)內兩側分別設置有左滾珠絲杠Ⅰ(26)和右滾珠絲杠Ⅱ(27)，所述左滾珠絲杠Ⅰ(26)和右滾珠絲杠Ⅱ(27)上分別套接有左滾珠螺母Ⅰ(28)和右滾珠螺母Ⅱ(29)；

所述電機(15)兩側固定連接所述移動橫梁(24)，所述移動橫梁(24)的兩端分別連接所述左滾珠螺母Ⅰ(28)和右滾珠螺母Ⅱ(29)；所述電機Ⅲ(19)運轉帶動減速機Ⅲ(20)從而使液壓杠Ⅲ(21)在液壓缸Ⅲ(22)中前進壓縮液壓油以提供法向力，所述法向力通過加載板Ⅲ(23)作用在所述電機(15)頂部，進而作用在移動橫梁(24)上，移動橫梁(24)沿著剛性框架(25)上的左滾珠絲杠Ⅰ(26)和右滾珠絲杠Ⅱ(27)向下位移，給鉆芯系統提供一個向下的作用力。

3.根據權利要求2所述的一種含傾斜粗糙單節理的圓柱形巖樣制取裝置，其特征在于：

所述左側加壓裝置包括伺服電機Ⅰ(1)、減速機Ⅰ(2)、液壓裝置Ⅰ、加載板Ⅰ(5)，所述左側緊固模具包括凹形鋼制模具Ⅰ(6)，所述右側加壓裝置包括伺服電機Ⅱ(14)、減速機Ⅱ(13)、液壓裝置Ⅱ、加載板Ⅱ(10)，所述右側緊固模具包括凹形鋼制模具Ⅱ(9)；

所述伺服電機Ⅰ(1)和伺服電機Ⅱ(14)運轉時分別帶動所述減速機Ⅰ(2)、減速機Ⅱ(13)運動，從而帶動液壓裝置Ⅰ和液壓裝置Ⅱ分別施加一個相對的作用力作用于加載板Ⅰ(5)、加載板Ⅱ(10)上，進而將所述巖樣壓緊固定在所述剛性框架(25)底部中間。

4.根據權利要求3所述的一種含傾斜粗糙單節理的圓柱形巖樣制取裝置，其特征在于：

所述冷卻系統包括兩組水箱和水管，分別為左側水箱Ⅰ(32)和左側導水水管Ⅰ(30)，以及右側水箱Ⅱ(33)和右側導水水管Ⅱ(31)，所述左側水箱Ⅰ(32)和右側水箱Ⅱ(33)分別設置于所述剛性框架(25)外壁兩側，所述左側水箱Ⅰ(32)和右側水箱Ⅱ(33)中的水分別通過左側導水水管Ⅰ(30)和右側導水水管Ⅱ(31)從兩側流至所述金剛石鉆頭處。

5.根據權利要求4所述的一種含傾斜粗糙單節理的圓柱形巖樣制取裝置，其特征在于：

所述液壓裝置Ⅰ包括液壓杠Ⅰ(3)、液壓缸Ⅰ(4)，所述液壓裝置Ⅱ包括液壓杠Ⅱ(12)、液壓缸Ⅱ(11)。

6.一種用于權利要求5所述的一種含傾斜粗糙單節理的圓柱形巖樣制取裝置的制取方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

(1)試件固定：將含傾斜單節理面的立方體巖樣放置于剛性框架(25)底部中間，所述伺服電機Ⅰ(1)運轉帶動減速機Ⅰ(2)運動，進而驅動液壓杠Ⅰ(3)前進壓縮液壓缸Ⅰ(4)中的液壓油，從而給加載板Ⅰ(5)提供一個向右的壓力，該壓力作用在所述凹形鋼制模具Ⅰ(6)上，同樣的，右側加壓裝置中伺服電機Ⅱ(14)運轉帶動減速機Ⅱ(13)運動，進而驅動液壓杠Ⅱ(12)前進壓縮液壓缸Ⅱ(11)中的液壓油，從而給加載板Ⅱ(10)提供一個向左的壓力，該壓力作用在凹形鋼制模具Ⅱ(9)上，上述兩個大小相等，方向相對的壓力將含傾斜結構面的立方體巖樣固定在剛性框架(25)底部中間；

(2)旋轉鉆具：待步驟(1)完成后，電機(15)旋轉通過接頭(16)帶動薄壁套筒(17)及金剛石鉆頭(18)在巖樣上部旋轉鉆進；

(3)施加法向壓力：在步驟(2)進行的同時，電機Ⅲ(19)運轉帶動減速機Ⅲ(20)從而使液壓杠Ⅲ(21)在液壓缸Ⅲ(22)中前進壓縮液壓油進而提供法向力，所述法向力通過加載板Ⅲ(23)作用在所述電機(15)頂部，進而作用在移動橫梁(24)上，移動橫梁(24)沿著剛性框架(25)上的左滾珠絲杠Ⅰ(26)和右滾珠絲杠Ⅱ(27)向下位移，給鉆芯系統提供一個向下的作用力；

(4)冷卻鉆頭及沖刷巖屑：在步驟(2)和步驟(3)進行的同時，左側水箱Ⅰ(32)和右側水箱Ⅱ(33)中的水分別通過左側導水水管Ⅰ(30)和右側導水水管Ⅱ(31)從兩側流至金剛石鉆頭處，給鉆頭降溫并將鉆進過程產生的巖屑沖出。