[发明专利]水平条件下冲击载荷破岩特征模拟实验装置及方法

权利要求书

1.一种水平条件下冲击载荷破岩特征模拟实验装置，其特征在于：包括底座，在底座上固定有动力钻具，在动力钻具的一端设置有钻头，在动力钻具的另一端设置有高压泵，在动力钻具的内部设置有连通钻头和高压泵的流体通道，在动力钻具上连接有用于提供水平方向静载荷的钻压加载装置和用于提供周期性变化载荷的冲击振动发生器；所述动力钻具在设置有钻头的一端插入水箱中，在水箱的内部设置有用于固定岩样且能够对岩样施加三维轴向载荷的岩样加载装置。

2.根据权利要求1所述的一种水平条件下冲击载荷破岩特征模拟实验装置，其特征在于：在岩样加载装置所固定的岩样上安装有声发射探头。

3.根据权利要求1所述的一种水平条件下冲击载荷破岩特征模拟实验装置，其特征在于：在底座上间隔布设有钻具夹持装置，所述动力钻具由钻具夹持装置夹持固定。

4.根据权利要求3所述的一种水平条件下冲击载荷破岩特征模拟实验装置，其特征在于：所述钻具夹持装置能够沿底座的伸展方向水平移动。

5.根据权利要求1所述的一种水平条件下冲击载荷破岩特征模拟实验装置，其特征在于：在水箱的侧部与动力钻具连接处设置有密封装置。

6.一种水平条件下冲击载荷破岩特征模拟实验方法，采用如权利要求1-5所述的实验装置，其特征在于步骤如下：

a将实验装置组装好，在水箱内部由岩样加载装置固定夹持岩样；

b由高压泵输送的流体经动力钻具流经钻头，同时水箱内注入流体，从而能够模拟出钻头在有流体存在时，同时岩样在流体淹没状态时的条件；

c由钻压加载装置产生一个水平方向的，不随时间发生变化的恒定水平钻压，通过动力钻具传递给钻头；与此同时，由冲击振动发生器，产生一个水平方向的，具有一定周期和一定幅值的冲击载荷，也通过动力钻具传递到钻头；钻头受到静载荷和冲击载荷的同时作用，在动静载荷耦合作用下钻头侵入并破碎岩样；

d通过调节钻压加载装置和冲击振动发生器，能够模拟出不同的钻压，不同冲击载荷周期和幅值参数情况下的钻头破岩过程，研究各个参数与破岩效率之间的规律关系；

e岩样加载装置对岩石加载x-y-z三个方向的载荷，模拟不同应力状态下冲击破岩过程，对比测试破岩效率。

7.根据权利要求6所述的一种水平条件下冲击载荷破岩特征模拟实验方法，其特征在于，还包括以下步骤：

f通过安装在岩样上面的声发射探头收集岩样在破碎过程中产生的声信号，将不同的声信号和不同的岩石破碎特征联系起来，建立通过声信号特征分析岩石的破碎状态的方法。