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原文传递 岩体钻进破岩试验装置、力学及可切割性参数获取方法
专利名称: 岩体钻进破岩试验装置、力学及可切割性参数获取方法
摘要: 本申请涉及一种岩体钻进破岩试验装置、力学及可切割性参数获取方法,属于岩体力学试验的领域,其包括:底盒,用于承载岩样;侧向加压部件,用于对岩样的各竖直侧加压;Z向加载板,设置于底盒上方,用于对岩样的上侧加压,Z向加载板的中部形成让位孔;钻杆本体,设置于Z向加载板的上侧,钻杆本体用于安装钻头,钻杆本体能带动钻头穿过让位孔对岩样钻孔;辅助源发射部件,设置于底盒上侧,用于对岩样上侧对应让位孔区域发射破岩辅助源,破岩辅助源至少包括电磁扰动、水射流、超高温火焰、液氮、激光、以及微波任意之一。本申请具有能够模拟深部岩体所处环境并实现不同动力源耦合钻进破岩的试验,以实现对岩体力学及可切割性参数的获取的效果。
专利类型: 发明专利
国家地区组织代码: 湖南;43
申请人: 中南大学
发明人: 王少锋;吴毓萌;石鑫垒;郭思达;魏长远;樊凯鑫
专利状态: 有效
申请日期: 2023-08-03T00:00:00+0800
发布日期: 2023-11-03T00:00:00+0800
申请号: CN202310973179.8
公开号: CN116990179A
代理机构: 北京维正专利代理有限公司
代理人: 黄勇
分类号: G01N3/58;G01N3/08;G01N19/00;G;G01;G01N;G01N3;G01N19;G01N3/58;G01N3/08;G01N19/00
申请人地址: 410000 湖南省长沙市岳麓山左家垅
主权项: 1.一种岩体钻进破岩试验装置,其特征在于: 包括底盒(25),用于承载岩样(0); 侧向加压部件(4),设置于底盒(25)内,用于对岩样(0)的各竖直侧加压; Z向加载板(5),竖直活动的设置于底盒(25)上方,用于对岩样(0)的上侧加压,所述Z向加载板(5)的中部形成让位孔(52); 钻杆本体(351),竖直活动的设置于Z向加载板(5)的上侧,所述钻杆本体(351)用于安装钻头,钻杆本体(351)能带动钻头穿过让位孔(52)对岩样(0)钻孔; 辅助源发射部件(6),设置于底盒(25)上侧,用于对岩样(0)上侧对应让位孔(52)区域发射破岩辅助源,所述破岩辅助源至少包括电磁扰动、水射流、超高温火焰、液氮、激光以及微波任意之一。 2.根据权利要求1所述的一种岩体钻进破岩试验装置,其特征在于: 所述侧向加压部件(4)包括: X向加载板(42)和Y向加载板(43),相互垂直的活动设置于底盒(25)内,用于对岩样(0)的相邻两竖直侧施压; 加载块(41),固定于底盒(25)内,用于抵推岩样(0)的另外两竖直侧。 3.根据权利要求1所述的一种岩体钻进破岩试验装置,其特征在于:还包括: 架体(1),所述底盒(25)固定于架体(1)下侧; 承载板(31),位于底盒(25)上方,竖直滑移于架体(1)内; 升降缸(32),固定于架体(1),用于带动承载板(31)竖直运动; 回转台(34),固定于承载板(31)上侧; 钻杆套(35),上端连接于回转台(34),下端用于卡紧钻杆本体(351),带动钻杆本体(351)随回转台(34)同步转动。 4.根据权利要求3所述的一种岩体钻进破岩试验装置,其特征在于:还包括: 位移传感器(36),固定于升降缸(32)下端,用于检测承载板(31)的位移数据; 压力传感器(37),固定于位移传感器(36)与承载板(31)之间,用于检测承载板(31)受到的压力; 转速传感器(38),固定于回转台(34),用于检测回转台(34)的转速; 扭矩传感器(39),固定于钻杆套(35)上,用于检测钻头受到的扭矩力; 显示控制系统,接收位移传感器(36)、压力传感器(37)、转速传感器(38)以及扭矩传感器(39)的检测数据并分别显示。 5.根据权利要求3所述的一种岩体钻进破岩试验装置,其特征在于: 所述辅助源发射部件(6)包括: 电磁脉冲振荡器,固定于钻杆套(35)上; 所述钻杆本体(351)为弹性伸缩钻杆。 6.根据权利要求3所述的一种岩体钻进破岩试验装置,其特征在于: 所述辅助源发射部件(6)包括: 液氮喷管(61),设置于钻杆套(35),用于朝向钻头的钻孔位置处喷射液氮; 液体喷管(62),设置于钻杆套(35),用于朝向钻头的钻孔位置处喷射水流; 微波发射通道(63),设置于钻杆套(35)下端,用于朝向钻头钻孔位置处发射微波; 激光发射通道(64),设置于钻杆套(35)下端,用于朝向钻头钻孔位置处发射激光; 耐高温火焰喷管(65),设置于钻杆套(35)下端,用于朝向钻头钻孔位置处喷射超高温火源。 7.根据权利要求1所述的一种岩体钻进破岩试验装置,其特征在于: 还包括: 支撑板(23),水平固定于底盒(25)的上方,所述Z向加载板(5)水平设置于支撑板(23)的下方,所述支撑板(23)对应让位孔(52)的位置开设连通孔(24); Z向液压加载杆(51),固定于支撑板(23),用于带动Z向加载板(5)竖直运动。 8.根据权利要求1所述的一种岩体钻进破岩试验装置,其特征在于: 还包括: 多源辅助盘(7),水平设置于Z向加载板(5)的上侧,所述多源辅助盘(7)与所述让位孔(52)同轴设置; 多个辅助源发射部件(6),均匀的设置于多源辅助盘(7)上,用于朝向岩样(0)对应让位孔(52)的位置发射破岩辅助源。 9.一种岩体力学参数获取方法,其特征在于: 包括以下步骤: 固定岩样(0)并对岩样(0)的表面施加压力至预设值; 设置钻杆初始的旋转速度、推进力、进尺速度等初始钻进参数,对岩样(0)进行钻进试验; 以预定间隔时间实时记录钻进过程中随钻参数; 采用随钻参数计算破岩比能; 通过力学实验获取岩样(0)的力学参数; 以随钻参数、破岩比能作为输入参数,以岩样(0)的力学参数作为输出参数,利用机器学习建立随钻参数与岩石力学参数之间的岩体力学参数预测模型; 重复上述步骤,改变岩样(0)以及岩样(0)表面受到的压力,获取不同力学特性岩样(0)在不同应力场下的随钻参数,优化岩体力学参数预测模型; 利用岩体力学特性预测模型输入岩体随钻参数,获取岩体力学参数。 10.一种岩体可切割性参数获取方法,其特征在于: 包括以下步骤: 固定岩样(0)并对岩样(0)的表面施加压力至预设值; 选择任一破岩辅助源配合钻头,对岩样(0)上侧钻进,破岩辅助源包括电磁扰动、水射流、超高温火焰、液氮、激光以及微波; 以预定间隔时间实时记录钻进过程中随钻参数; 通过力学实验获取岩样(0)的力学参数; 分别以单一破岩以及多种辅助源破岩时获取的随钻参数、破岩比能作为输入参数,以岩体的力学参数作为输出参数,利用机器学习建立随钻参数与岩石力学参数之间的岩体力学参数预测模型; 将单一破岩以及多种辅助源破岩时得到的随钻参数以及破岩比能作为输入,通过岩体力学参数预测模型分别获得单一破岩以及多种辅助源破岩时的岩体力学参数; 设立单一钻进破岩以及各种辅助源破岩的力学参数在可切割性计算中的权重系数,并计算岩体的可切割性参数; 通过改变权重,获得不同的可切割性参数,并且在对比后得到最优破岩方案。
所属类别: 发明专利
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