[发明专利]岩石抗压强度识别方法、设备以及旋转钻进岩石的方法

说明书

本发明涉及岩石挖掘领域，公开了一种岩石抗压强度识别方法、设备以及旋转钻进岩石的方法，其中，所述方法包括：S1、使用旋转钻进装置(100)钻进岩石；S2、通过所述旋转钻进装置(100)的工作参数计算所述旋转钻进装置(100)所做的功和岩石表面的摩擦能，根据所述旋转钻进装置(100)所做的功与岩石破碎功和岩石表面的摩擦能之和的能量守恒以及所述岩石破碎功与所述岩石的抗压强度σ_压的关系式获得所述岩石的抗压强度σ_压。本发明可以在旋挖过程中通过旋转钻进装置的工作参数计算获得岩石的抗压强度，继而可以根据该抗压强度进行相应的参数调整，以避免卡钻等问题。

技术领域

本发明涉及岩石挖掘领域，具体地涉及岩石抗压强度识别方法、设备以及旋转钻进岩石的方法。

背景技术

因为岩石抗压强度较大岩石的钻进速度远低于一般砂土层的钻进速度，通常在1m/h以下。在钻进岩石的过程中，需要通过旋转钻进设备(例如旋挖钻机)提供足够的扭矩以及油缸加压力才能进行破岩钻进。针对不同的岩石种类，所需的油缸加压力以及动力头扭矩输出是不同的。实际操作时，操作人员为了增加破岩能力会加大油缸加压力以及动力头扭矩输出。但是这种重载钻进工作模式增加了钻头或筒钻的磨损，同时也提升了卡钻(指因岩石抗压强度过大，油缸加压力与动力头扭矩匹配不当造成钻头卡死不能破岩钻进)发生的几率。为了减少卡钻发生几率，应对待破碎岩石的抗压强度进行识别。

目前识别岩石的抗压强度的方式主要事先通过相关专业设备探测岩石来进行。这些专用设备采用的方法有：激光扫描方法、图像特征匹配方法等。这些方法都需要事先建立标准岩石种类数据库，通过扫描岩石并与数据库中的岩石种类进行匹配从而确定岩石类型。实际上，即使确定了岩石的类型，岩石的实际抗压强度还是有很大区别。因此，这些专业设备都不能反馈具体的岩石抗压强度值。此外，现有技术需要先对岩石进行采样(例如扫描)才能识别岩石的类型，效率低下。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的无法有效识别待破碎岩石的抗压强度的问题，提供一种岩石抗压强度识别方法，该岩石抗压强度识别方法能够方便、有效地识别岩石的抗压强度。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种岩石抗压强度识别方法，其中，所述方法包括：

S1、使用旋转钻进装置钻进岩石；

S2、通过所述旋转钻进装置的工作参数计算所述旋转钻进装置所做的功和岩石表面的摩擦能，根据所述旋转钻进装置所做的功与岩石破碎功和岩石表面的摩擦能之和的能量守恒以及所述岩石破碎功与所述岩石的抗压强度σ_压的关系式获得所述岩石的抗压强度σ_压。

可选的，步骤S1包括使用所述旋转钻进装置钻进岩石预定时间t，所述旋转钻进装置包括岩石破碎面呈圆形的钻头，其中，P为所述旋转钻进装置输出的加压力，M为所述旋转钻进装置的输出扭矩，h为所述钻头在所述预定时间t内钻进岩石的深度，n为所述钻头在所述预定时间t内旋转的圈数，μ为所述钻头与岩石的摩擦系数，A为所述钻头的横截面积。

可选的，步骤S1包括使用所述旋转钻进装置钻进岩石预定时间t，所述旋转钻进装置包括筒钻，其中，P为所述旋转钻进装置输出的加压力，M为所述旋转钻进装置的输出扭矩，h为所述筒钻在所述预定时间t内钻进岩石的深度，n为所述筒钻在所述预定时间t内旋转的圈数，r为所述筒钻的半径，t为所述筒钻的壁厚，μ为所述筒钻与岩石的摩擦系数。

本发明还提供一种旋转钻进岩石的方法，其中，所述方法使用旋转钻进装置并包括：

S1’、通过本发明的方法获得待挖岩石的抗压强度σ_压；

S2’、根据所述抗压强度σ_压调整或保持所述旋转钻进装置(100)的工作参数。