[发明专利]炭质泥岩取芯装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种炭质泥岩取芯装置及其使用方法，包括由可调节固定螺栓和侧板组成的岩石固定及角度调整箱以及取芯机；侧板固定在炭质泥岩两侧或四周；每个侧板上至少固定有3个可调节固定螺栓。可调节固定螺栓由螺帽、螺杆、圆球状端头、楔形端头以及螺母组成，圆球状端头固定在螺杆底端；楔形端头与带圆球状端头的螺杆形成球面副结构。可调节固定螺栓设有楔形端头的一端穿过侧板，楔形端头远离螺杆的一端指向炭质泥岩，螺母位于侧板靠近炭质泥岩的一侧，螺帽位于侧板的另一侧，螺母和螺帽共同作用夹紧侧板，在其螺母和螺帽未共同作用夹紧侧板时，可调节固定螺栓可沿第二空心槽在侧板的平面内移动。解决了现有取芯装置取芯角度难以调整的问题。

技术领域

本发明属于软岩力学试验仪器开发领域，涉及一种炭质泥岩取芯装置及其使用方法。

背景技术

我国西南地区炭质泥岩分布广泛，大量的路基填筑和边坡开挖涉及到该类岩石。因此，为探究清楚炭质泥岩各项工程特性，需对原岩进行室内试验。进行室内岩石力学试验的基础是标准岩样的制备，现有岩石制样多采用岩石取芯机，即对现场开挖的岩石进行钻孔取芯，最后打磨成标准试样。该技术针对坚硬岩石取芯已较为成熟，但对自身特性与坚硬岩石不同的炭质泥岩而言，现有岩石取芯技术依然存在以下问题：

(1)岩样易破碎。由于炭质泥岩属于沉积岩，原岩内部存在大量层理结构，在取芯过程中，受到钻头及取芯机工作时的震动影响，原始层理结构发生开裂，造成试样破碎。

(2)取样过程中岩石易崩解。现有取芯技术，多采用冷水作为冷却液，而炭质泥岩与其他岩石不同，在干燥情况下，炭质泥岩力学强度较好；在遇水条件下，炭质泥岩易发生软化崩解，自身结构自动解体，无法形成完整的岩石，难以进行取芯操作。

(3)取芯角度难以调整。现有取芯技术，通常采用手动旋转螺杆推进夹头来固定，或直接通过螺丝固定夹具等方式来固定待钻取的岩样，上述操作只能对较为规则的岩石起到很好的固定作用，且无法调整岩石摆放的角度以得到沿岩石节理不同角度的取芯试样。

(4)冷却液大量浪费。现有取芯过程中用于冷却的冷却液大多使用后都未进行处理，直接流失浪费，虽然大多冷却液采用冷水，但也有特殊要求的冷却液，大量流失无疑需要增大大量的成本投入。

发明内容

本发明的目的在于提供一种炭质泥岩取芯装置，以解决采用现有的岩石取芯装置对炭质泥岩进行取芯的过程中岩样易破碎的问题、取芯角度难以调整的问题以及冷却液未处理而大量浪费的问题。

本发明的另一目的在于提供一种炭质泥岩取芯装置的使用方法，以解决用冷水作为冷却液，取样过程中岩石易崩解的问题。

本发明所采用的技术方案是，炭质泥岩取芯装置，包括岩石固定及角度调整箱和取芯机；取芯机固定于岩石固定及角度调整箱一侧，其金刚钻头位于岩石固定及角度调整箱上方；岩石固定及角度调整箱由可调节固定螺栓和侧板组成；侧板固定在炭质泥岩两侧，或固定在炭质泥岩四周形成无盖箱体；每个侧板上至少固定有3个可调节固定螺栓。

进一步的，所述可调节固定螺栓由螺帽、螺杆、圆球状端头、楔形端头以及与螺杆匹配的螺母组成，圆球状端头固定在螺杆底端；楔形端头一端设有与圆球状端头匹配的圆球凹陷，楔形端头经其圆球凹陷与带圆球状端头的螺杆形成球面副结构；

所述可调节固定螺栓设有楔形端头的一端穿过侧板，楔形端头远离螺杆的一端指向炭质泥岩，螺母位于侧板靠近炭质泥岩的一侧，螺帽位于侧板的另一侧，螺母和螺帽共同作用夹紧侧板，将可调节固定螺栓与侧板固定连接。

进一步的，所述楔形端头指向炭质泥岩的一端固定有耐磨擦橡皮；

所述楔形端头的圆球凹陷的球半径比螺杆的圆球状端头的球半径大0.5～1mm；楔形端头的圆球凹陷的开口直径为螺杆直径的1.2～1.8倍，且不超过螺杆的圆球状端头球半径的1.5倍。