[发明专利]一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统及方法

权利要求书

1.一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，其特征在于：包括液压泵站、操控台、凿岩机及双轴加载装置；所述液压泵站通过管路与操控台相连通，液压泵站的泵站冷却器通过循环泵提供冷却水；所述凿岩机内的旋转油缸及推移油缸通过管路与操控台相连通，凿岩机的钻杆依次通过水辫、管路及操控台与高压水源相连通；所述双轴加载装置位于凿岩机的钻杆正前方，岩石试样安装在双轴加载装置内，所述凿岩机的钻杆与岩石试样正对。

2.根据权利要求1所述的一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，其特征在于：在所述凿岩机内的旋转油缸的第一进出油口处安装有第一压力变送器，在凿岩机内的旋转油缸的第二进出油口处安装有第二压力变送器；在所述凿岩机内的旋转油缸的第一进出油口或第二进出油口与操控台之间的管路上设置有第一流量变送器。

3.根据权利要求1所述的一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，其特征在于：在所述凿岩机内的推移油缸的第一进出油口处安装有第三压力变送器，在凿岩机内的推移油缸的第二进出油口处安装有第四压力变送器；在所述凿岩机内的推移油缸的第一进出油口或第二进出油口与操控台之间的管路上设置有第二流量变送器。

4.根据权利要求1所述的一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，其特征在于：在所述凿岩机的机架与动力头之间连接有第一位移传感器，第一位移传感器与凿岩机内的推移油缸相平行。

5.根据权利要求1所述的一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，其特征在于：在所述凿岩机的动力头上粘接有三轴向加速度传感器；在所述凿岩机的机架上固定安装有噪声传感器。

6.根据权利要求1所述的一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，其特征在于：在所述凿岩机的钻杆上固定套装有齿轮，在凿岩机的动力头上固定安装有接近开关，接近开关的测量端与齿轮的轮齿正对，接近开关与齿轮配合使用构成钻杆转速测量机构。

7.根据权利要求1所述的一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，其特征在于：在所述凿岩机的钻杆上设置有无线扭矩传感器，无线扭矩传感器由无线传输节点与四个应变片组成，无线传输节点与四个应变片相连，四个应变片之间采用全桥贴法连接。

8.根据权利要求1所述的一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，其特征在于：所述双轴加载装置包括水平刚性底座、第一竖直刚性立柱、第二竖直刚性立柱、水平刚性横梁、水平加载液压作动器及竖直加载液压作动器；所述水平刚性底座、第一竖直刚性立柱、第二竖直刚性立柱及水平刚性横梁之间通过螺栓固定连接构成口字形反力框架；所述水平加载液压作动器的缸筒端固连在第一竖直刚性立柱上，水平加载液压作动器的活塞杆与第二竖直刚性立柱正对；所述竖直加载液压作动器的缸筒端固连在水平刚性横梁上，竖直加载液压作动器的活塞杆与水平刚性底座正对；所述水平加载液压作动器和竖直加载液压作动器单独配置有液压站。

9.根据权利要求8所述的一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，其特征在于：在所述水平加载液压作动器的缸筒与活塞杆之间连接有第三位移传感器，第三位移传感器与水平加载液压作动器相平行；在所述竖直加载液压作动器的缸筒与活塞杆之间连接有第四位移传感器，第四位移传感器与竖直加载液压作动器相平行；在所述水平加载液压作动器的活塞杆端部固定安装有第一动态负荷传感器，在所述竖直加载液压作动器的活塞杆端部固定安装有第二动态负荷传感器。

10.一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验方法，采用了权利要求1所述的模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：将制备好的岩石试样安装到双轴加载装置的反力框架内，并在岩石试样的下表面、左表面和后表面加装刚性挡板，且刚性挡板需要与反力框架固定连接在一起；

步骤二：除了岩石试样的前表面之外，需要在岩石试样的其他五个表面加装上铸铁减震垫片；

步骤三：启动水平加载液压作动器和竖直加载液压作动器，通过两台液压作动器对岩石试样进行双向加载，以模拟岩石试样所处的地应力条件；

步骤四：启动液压泵站，先由操控台控制凿岩机内的旋转油缸动作，以驱动凿岩机的钻杆旋转，然后由操控台控制凿岩机内的推移油缸动作，以驱动凿岩机的钻杆从岩石试样的前表面钻入岩石试样内部，用以模拟深部岩体随钻凿过程；

步骤五：在模拟深部岩体随钻凿过程中，通过第一压力变送器和第二压力变送器实时监测凿岩机旋转油缸的进出油压，通过第一流量变送器实时监测凿岩机旋转油缸的进出油量，通过第三压力变送器和第四压力变送器实时监测凿岩机推移油缸的进出油压，通过第二流量变送器实时监测凿岩机推移油缸进出油量，通过第一位移传感器实时监测凿岩机钻杆的钻进量，通过三轴向加速度传感器实时监测凿岩机动力头的三向加速度，通过噪声传感器实时监测凿岩机钻杆在钻孔过程中的噪声频率和振幅，通过接近开关与齿轮配合实时监测凿岩机钻杆的转速，通过无线扭矩传感器实时监测凿岩机钻杆在钻孔过程中的扭矩；

步骤六：将模拟深部岩体随钻凿过程中监测的全部数据统一传输至数据采集仪中，再由数据采集仪将采集到的随钻参数传输至计算机中，最后由计算机对随钻参数进行记录和分析。