[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

说明书

一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统及方法，系统包括液压泵站、操控台、凿岩机及双轴加载装置；液压泵站通过管路与操控台相连；凿岩机旋转油缸及推移油缸通过管路与操控台相连，凿岩机钻杆依次通过水辫、管路及操控台与高压水源相连；双轴加载装置位于凿岩机钻杆正前方，岩石试样安装在双轴加载装置内，凿岩机钻杆与岩石试样正对；凿岩机上设有多种传感器。方法为：将岩石试样安装到双轴加载装置内，双向加载岩石试样，模拟岩石试样所处地应力条件；启动液压泵站，由操控台控制凿岩机钻杆钻入试样内部，用以模拟深部岩体随钻凿过程，同时由多种传感器采集数据并传输至数据采集仪，再由数据采集仪将随钻参数传输至计算机中进行记录和分析。

技术领域

本发明属于岩石力学试验技术领域，特别是涉及一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统及方法。

背景技术

随着国民经济持续快速发展，国家对矿产资源需求日益增加，但地表资源已日趋短缺，浅部矿产资源逐渐枯竭，促使人们不断地向地球深部寻求所必需的矿产资源，深部矿产资源的开发已经是未来采矿发展的趋势。另外，矿山正处在自动化、智能化大发展阶段，深部矿产资源的开发更需要自动化与智能化技术。凿岩爆破是金属矿山的核心工序，凿岩工作几乎每天都在金属矿山进行。结合金属矿山的特点，研究适应于金属矿山深部岩体随钻凿过程的智能探测技术，进而对爆区内的矿岩体进行智能识别表征，实施矿山精细爆破对矿山节能降耗具有重要意义。

凿岩钻机在钻进不同力学性质的岩石时，钻机本身工作参数的响应与岩石的力学性质、结构特征密切相关，利用相关理论分析参数响应与岩体变化之间的内在联系，建立相应的关联方法，智能解译凿岩钻机工作参数响应，表征钻进岩体的变化，对实现爆破设计优化、不良地质体探测等，对推动自动化、智能化开采有着重要的意义。

深部岩体不同于浅部，深部岩石长期赋存于高应力条件下，弹性岩石更趋近于潜塑性，硬岩在深部转化为高应力条件下的软岩，在这种条件下，深部凿岩在力学机理和钻机工况上与浅部存在一定差异，这使得现有的随钻获取技术和对凿岩机理的认识难以适用于深部岩体凿岩工程。随钻获取技术的关键在于数据的解译和额外特征随钻参数的获取，因而研发相应物理试验系统、建立深部高应力复杂条件下随钻获取参数的解译理论和方法十分必要。

公告号为CN101761328A的中国专利公开了一种地层地质界面仪器钻探感应识别系统，公告号为CN105422088A的中国专利公开了一种煤矿巷道地质参数在线监测系统，公告号为CN103291274A的中国专利公开了一种煤矿用深孔钻车的智能显示控制系统，公告号为CN1346929的中国专利公开了钻孔过程监测系统。但是，上述专利申请中可测量的随钻参数较少，而且钻杆转一圈只能被接近开关检测一次，并且仅限于工程现场，并不涉及室内试验及岩样搭载。公告号为CN11007064A的中国专利公开了一种双向加载的岩石钻孔取样试验系统及取样方法，该专利只能针对300mm3的岩样进行加载，且未能监测取芯钻机的工作参数。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统及方法，能够从室内试验的角度模拟研究高应力条件下岩石的钻孔工作，可实现双轴高应力加载条件下岩样的凿岩试验，用于对不同岩性、强度、预制结构面的岩样进行系统研究；本发明可以获得更丰富的随钻参数，用于模拟研究不同地应力场对岩石钻凿参数的影响，对指导深埋矿体的凿岩工作并利用随钻获取技术表征矿岩体力学参数和结构特征有着现实的工程意义；本发明通过接近开关与齿轮配合使用来测量钻杆转速，且齿数越多测量越精确，可显著提高转速的测量精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种模拟深部岩体随钻凿过程探测的试验系统，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。