本發明專利技術提供了一種利用隨鉆監測技術測試巖體強度的方法與裝置，該方法包括：1.在牙輪鉆機上安裝各種測量設備；2.調平牙輪鉆機；3.在實驗場開展鉆進實驗，獲得不同巖性下鉆桿各參數之間的對應關系；4.開展室內巖石力學實驗獲得不同深度處巖體的強度參數；5.建立巖體強度參數與鉆桿之間的函數關系；6.根根強度參數，得到可根據鉆機工作參數計算施鉆位置巖體強度的計算公式；7.在測試區開展隨鉆測試，利用上述計算公式快速獲取不同鉆進深度下的巖體強度參數。本發明專利技術通過研究鉆桿軸壓、鉆桿扭矩、轉速、鉆進速度和巖體強度的定量關系，可以實現在鉆進過程中快速準確的獲取巖體強度的目的。與傳統方法相比，此方法簡單易行。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于礦山開采和巖土力學
，具體地涉及一種測試巖體強度參數的方法，以及使用該方法的裝置。
技術介紹
巖體的力學性質與巖體的可鉆性及可爆性密切相關，其既是進行爆破參數合理設計的依據，也是評價該類巖體后續機械破磨難易程度的主要指標。現有的測試巖體力學性質的方法一般包括鉆孔取芯法、應力波法和電磁法等。鉆孔取芯法是通過鉆孔獲取巖樣，再把巖樣制作成試件，通過試驗設備測試試件的力學性質。由于地層分布的復雜性，通過有限鉆孔獲取的巖芯，很難確切判斷一定區域的巖體性質；此外，鉆孔取芯法無法給出破碎帶及厘米級軟弱結構層的力學性質。更為主要的，此類方法需要經過取樣、加工、測試等環節，無法做到測試分析的實時性，因此無法對爆破參數的優化設計提供快速指導。應力波法是一種無損或微損的巖體力學參數測試方法，該方法主要利用炸藥爆炸、高壓氣體突然釋放等產生激振信號。上述振動信號以應力波的形式向巖體內部傳播，被巖體內部及表面的振動傳感器感知，通過分析各傳感器所記錄的應力波的到時、幅值、頻率等要素，即可獲得巖體的力學性質。此類方法雖能直接獲得巖體的等效彈性模量等彈性參數，但無法給出巖體的強度參數。電磁法是根據巖體電磁學性質和電化學特性的差異，通過對人工或天然電場、電磁場或電化學場的監測和分析，間接反映巖體的性質。此類方法雖能通過電磁場的差異分辨出不同巖性的地層，但卻無法給出不同地層的彈性模量、強度等力學參數。
技術實現思路
本專利技術的目的是要提供一種測試巖體強度參數的方法，以及使用該方法的裝置。在本專利技術一個實施方式中，提供一種利用隨鉆監測技術測試巖體強度的方法，包括如下步驟：步驟100，在牙輪鉆機上安裝鉆桿進尺實時測量裝置，鉆桿軸壓實時測量裝置，鉆桿扭矩實時測量裝置及鉆桿轉速實時測量裝置；步驟200，選定鉆孔位置，調平牙輪鉆機，同時開啟無線接收裝置記錄鉆進過程中的各個參量；步驟300，在實驗場開展鉆進實驗，獲得不同巖性下鉆桿軸壓、鉆桿轉速與進尺速度及鉆桿扭矩的對應關系；步驟400，對鉆孔附近一定范圍內不同深度處的巖石進行取樣，開展室內巖石力學實驗，以獲得不同深度處巖體的強度參數；步驟500，借助理論分析，建立巖體強度參數與鉆桿軸壓、鉆桿轉速、進尺速度、鉆桿扭矩之間的函數關系，該函數關系中包含鉆頭形狀這一待定系數；步驟600，根據步驟300獲得的對應關系及步驟400獲得的強度參數，求解步驟500中所述的待定系數，得到可根據鉆機工作參數計算施鉆位置巖體強度的計算公式；步驟700，在測試區開展隨鉆測試，根據步驟600所獲得的計算公式，即可快速獲取不同鉆進深度下的巖體強度參數。在本專利技術的一個實施方式中，所述鉆桿進尺實時測量裝置包括激光測距儀和數據無線發射裝置。在本專利技術的一個實施方式中，所述鉆桿軸壓實時測量裝置和所述鉆桿扭矩實時測量裝置分別包括應變片和網絡式同步采集儀；所述鉆桿轉速實時測量裝置為轉速測量儀或轉速探頭。在本專利技術的一個實施方式中，所述步驟200中，鉆孔位置通過GPS或卷尺進行定位。在本專利技術的一個實施方式中，所述步驟400中的室內實驗為單軸壓縮實驗及三軸實驗。在本專利技術的一個實施方式中，所述步驟400中的巖體強度參數包括粘聚力、內摩擦角。在本專利技術的一個實施方式中，所述步驟500中的理論分析步驟為：步驟501，牙輪鉆頭單齒壓入巖體中的應力狀態采用半無限空間受法向集中力作用問題的布西內斯科解，引入Drucker-Prager塑性準則，建立壓力、粘聚力、內摩擦角和單齒破巖體積之間的函數關系；步驟502，根據鉆桿轉動一周單齒破巖體積的累積值，和通過進尺計算的破巖總體積相等的原則，先建立單齒破巖體積和牙輪鉆宏觀工作參數之間的關系，再進一步建立巖體強度和牙輪鉆宏觀工作參數之間的函數關系。在本專利技術的一個實施方式中，在步驟600中，確定待定系數的方法為曲線擬合法和線性回歸法。在本專利技術的一個實施方式中，在步驟600中，所述的計算公式為將巖體強度表述為牙輪鉆工作參數的函數，然后通過牙輪鉆當前工作參數計算巖體強度。在本專利技術的一個實施方式中，提供一種利用隨鉆監測技術測試巖體強度的裝置，包括提供驅動動力的回轉小車，和與所述回轉小車連接以在巖土上鉆孔的鉆桿；在所述回轉小車上安裝有鉆桿進尺實時測量裝置，在所述鉆桿上安裝有鉆桿軸壓實時測量裝置、鉆桿扭矩實時測量裝置和鉆桿轉速實時測量裝置，以及接收各測量裝置監測數據的無線接收裝置。本專利技術利用不同性質的巖石在確定的鉆桿軸壓和轉速下鉆進過程中反饋的進尺速度及扭矩不同的特點，利用隨鉆監測技術對巖體的強度參數進行測試。通過研究鉆桿軸壓、鉆桿扭矩、轉速、鉆進速度和巖體強度的定量關系，可以實現在鉆進過程中快速準確的獲取巖體強度的目的。與傳統方法相比，此方法簡單易行，且能實時給出當前鉆進深度下巖體的粘聚力、內摩擦角等強度參數。附圖說明圖1是根據本專利技術一個實施例的利用隨鉆監測技術測試巖體強度的方法的流程示意圖；圖2是根據本專利技術一個實施例的利用隨鉆監測技術測試巖體強度的裝置的結構示意圖。具體實施方式如圖1所示，本專利技術一個實施方式的利用隨鉆監測技術測試巖體強度的方法，包括如下步驟：步驟100，在牙輪鉆機100上安裝鉆桿進尺實時測量裝置30，鉆桿軸壓實時測量裝置40，鉆桿扭矩實時測量裝置50，鉆桿轉速實時測量裝置60；其中，鉆桿進尺實時測量裝置30包括激光測距儀31和數據無線發射設備32，該激光測距儀31和數據無線發射設備32，安裝在牙輪鉆機100的回轉小車10上，安裝時保證激光測距儀31和地面垂直。鉆桿軸壓實時測量裝置40包括應變片42和同步采集儀41，該應變片42貼在鉆桿20上，并將同步采集儀41固定在鉆桿20上，采用全橋接法將應變片42和同步采集儀41相連；具體的同步采集儀41采用北京東方振動和噪聲技術研究所生產的INV3062T0型24位網絡式同步采集儀。鉆桿扭矩實時測量裝置50包括應變片52和同步采集儀51，該應變片52貼在鉆桿20上，并將同步采集儀51固定在鉆桿20上，采用全橋接法將應變片52和同步采集儀51相連；具體的同步采集儀51采用北京東方振動和噪聲技術研究所生產的INV3062T0型24位網絡式同步采集儀。鉆桿轉速實時測量裝置60可以是安裝在鉆桿上的轉速測量儀或轉速探頭，并將其和同步采集儀41、51相連。步驟200，選定鉆孔位置，調平牙輪鉆機，同時開啟記錄儀器記錄鉆進過程中的各個參量。鉆孔位置的選擇可以通過GPS或卷尺進行定位。在牙輪鉆機100工作的同時，開啟前述各測量裝置，以獲取牙輪鉆機100工作過程中的各工作參數，通過開啟無線接收裝置70實時顯示各工作參數。調平牙輪鉆機100可以保證鉆孔的垂直度。步驟300，在實驗場開展鉆進實驗，獲得不同巖性下，鉆桿軸壓、鉆桿轉速與進尺速度及鉆桿扭矩的對應關系；在本步驟中，首先通過改變鉆桿軸壓及鉆桿轉速這兩個輸入量，獲得相同地層中進尺速度及鉆桿扭矩的不同響應；而后固定鉆桿軸壓及鉆桿轉速，獲得不同地層中進尺速度及鉆桿扭矩的不同響應。步驟400，對鉆孔附近一定范圍內不同深度處的巖石進行取樣，開展室內巖石力學實驗獲得不同深度處巖體的強度參數。本步驟中的室內實驗包括單軸壓縮實驗及三軸實驗，本步驟中的強度參數包括粘聚力及內摩擦角。步驟500，借助理論分析，建立巖體強度參數與鉆桿軸壓本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種利用隨鉆監測技術測試巖體強度的方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟100，在牙輪鉆機上安裝鉆桿進尺實時測量裝置，鉆桿軸壓實時測量裝置，鉆桿扭矩實時測量裝置及鉆桿轉速實時測量裝置；步驟200，選定鉆孔位置，調平牙輪鉆機，同時開啟無線接收裝置記錄鉆進過程中的各個參量；步驟300，在實驗場開展鉆進實驗，獲得不同巖性下鉆桿軸壓、鉆桿轉速與進尺速度及鉆桿扭矩的對應關系；步驟400，對鉆孔附近一定范圍內不同深度處的巖石進行取樣，開展室內巖石力學實驗，以獲得不同深度處巖體的強度參數；步驟500，借助理論分析，建立巖體強度參數與鉆桿軸壓、鉆桿轉速、進尺速度、鉆桿扭矩之間的函數關系，該函數關系中包含鉆頭形狀這一待定系數；步驟600，根據步驟300獲得的對應關系及步驟400獲得的強度參數，求解步驟500中所述的待定系數，得到可根據鉆機工作參數計算施鉆位置巖體強度的計算公式；步驟700，在測試區開展隨鉆測試，根據步驟600所獲得的計算公式，即可快速獲取不同鉆進深度下的巖體強度參數。
【技術特征摘要】
1.一種利用隨鉆監測技術測試巖體強度的方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟100，在牙輪鉆機上安裝鉆桿進尺實時測量裝置，鉆桿軸壓實時測量裝置，鉆桿扭矩實時測量裝置及鉆桿轉速實時測量裝置；步驟200，選定鉆孔位置，調平牙輪鉆機，同時開啟無線接收裝置記錄鉆進過程中的各個參量；步驟300，在實驗場開展鉆進實驗，獲得不同巖性下鉆桿軸壓、鉆桿轉速與進尺速度及鉆桿扭矩的對應關系；步驟400，對鉆孔附近一定范圍內不同深度處的巖石進行取樣，開展室內巖石力學實驗，以獲得不同深度處巖體的強度參數；步驟500，借助理論分析，建立巖體強度參數與鉆桿軸壓、鉆桿轉速、進尺速度、鉆桿扭矩之間的函數關系，該函數關系中包含鉆頭形狀這一待定系數；步驟600，根據步驟300獲得的對應關系及步驟400獲得的強度參數，求解步驟500中所述的待定系數，得到可根據鉆機工作參數計算施鉆位置巖體強度的計算公式；步驟700，在測試區開展隨鉆測試，根據步驟600所獲得的計算公式，即可快速獲取不同鉆進深度下的巖體強度參數。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述鉆桿進尺實時測量裝置包括激光測距儀和數據無線發射裝置。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述鉆桿軸壓實時測量裝置和所述鉆桿扭矩實時測量裝置分別包括應變片和網絡式同步采集儀；所述鉆桿轉速實時測量裝置為轉速測量儀或轉速探頭。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟200中，鉆孔位置通...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李世海，馮春，郭汝坤，喬繼延，鄭炳旭，李戰軍，崔曉榮，
申請(專利權)人：中國科學院力學研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。