[发明专利]一种用于高应力钻岩环境的钻凿测试装置

说明书

一种用于高应力钻岩环境的钻凿测试装置，由冲击钻凿机构和高应力岩石钻凿台组成，冲击钻凿机构的结构是在支架设有自动提升机构，支架上设处同一垂直轴线上的钎杆导向滑轨和定位孔钎杆滑动设在钎杆导向滑轨内且穿插定位孔；自动提升机构连接有设自动解锁机构的抓手，钎杆下端连接有钻头，抓手能抓紧钎杆的上端，支架上设用于示读钎杆与钻头高度位置的标尺，高应力岩石钻凿台设在支架的下端，且包括两对成“十”字设置且每对相对设置的高压油缸、与高压油缸连接的油压控制元件和压力表，每个高压油缸设有加压活塞，钻头冲击钻凿放置在高应力岩石钻凿台上的岩石试样；为深部岩石力学研究提供了一种独特的高应力岩石环境的钻凿测试结构。

技术领域

本发明涉及一种研究高应力岩石在各类钻凿机具冲凿下的破坏特性及钻具的力学性能的实验装置，特别是涉及一种用于高应力钻岩环境的钻凿测试装置。

背景技术

在地下资源开采、深埋隧道施工、高坝引水隧洞等深部地下工程施工中，岩石承受着巨大的初始应力，当它遭受到来自凿岩机、掘进机等的作用时，岩石和机具都表现出与浅部施工完全不同的特点。对于岩石，由于有高应力的存在，相当于具备了围压效应，整体强度增大，但在与机具接触的局部表面，在动力扰动下又易于发生“岩爆”式破坏；对于钻凿机具，除钻头磨蚀程度增加外，钻凿效率大大降低，而且当钻头进入岩石一定深度后，卡钻现象严重，极大地影响了施工进度和作业安全。

由于目前岩石力学成果多服务于浅部工程，对深部岩石的高应力状态缺乏考虑，各类基于现有岩石力学理论的设计和施工方法无法保障深部工程的作业安全。随着当前各类深部工程的不断增多，亟需在认清高应力岩石冲击力学特性的基础上设计出合理的钻凿机具，本发明即为实现这一目而提出。

目前国内外关于岩石钻凿的各类装置研究主要侧重于钻凿机具的机械设计和动作实现，缺少对钻凿对象特殊状态的研究，特别是缺乏考虑受凿岩石高应力状态对钻凿效果和钻头工况的影响。如“PDC钻凿特性测定试验装置”(中国发明专利，专利号：200910118933.X)和“PDC钻凿特性测定试验装置”(中国实用新型专利，专利号：200920007005.1)提供了一种在室内条件下获得PDC钻头钻凿、磨损及抗冲击特性的实验装置；又如“用于岩石钻凿作业的方法和装置”(中国发明专利，专利号：200680042510.9)提出了一种对钻凿装置中的钻钢接头进行松弛的方法，使系统稳定性更好。这些装置和研究均没有涉及被钻凿岩石的应力状态，而近年的深部岩石力学研究和工程实践发现处于地下深部的岩石，由于具有极高的初始应力，其力学响应和破坏特性与无应力岩石截然不同。

本发明旨在研究其钻凿特性，从装置上实现这种高应力状态，进而对冲击特性、钻凿效率、磨蚀机理、卡钻原因等进行研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能实现岩石围压加载、冲击式凿入，获取冲击钻凿下高应力岩石的破坏特性和钻具工作性能的高应力岩石钻凿试验装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供的高应力岩石钻凿试验装置，由冲击钻凿机构和高应力岩石钻凿台组成，所述的冲击钻凿机构的结构是在支架设有自动提升机构，所述的支架上设有处于同一垂直轴线上的钎杆导向滑轨和定位孔，竖向设置的钎杆滑动设在所述的钎杆导向滑轨内且穿插在所述的定位孔内，所述的自动提升机构连接有设有自动解锁机构的抓手，所述的钎杆的下端连接有钻头，所述的抓手能抓住所述的钎杆的上端，所述的支架上设有用于示读所述的钎杆与所述的钻头的高度位置的标尺，所述的高应力岩石钻凿台设在所述的支架的下端，所述的高应力岩石钻凿台包括两对成“十”字设置且每对相对设置的高压油缸、与所述的高压油缸连接的油压控制元件和压力表，每个所述的高压油缸设有加压活塞，所述的钻头冲击钻凿放置在所述的高应力岩石钻凿台上的岩石试样。

进一步地，所述的支架上设有钎杆下限挡板，所述的钎杆下限挡板与所述的钎杆对应下行限位。

进一步地，所述的标尺采用标尺固定架固定安装在所述的支架上。