本發(fā)明屬于巖土工程勘察領(lǐng)域，特別涉及到用應(yīng)力解除法來進(jìn)行巖體應(yīng)力測試中一種錐磨一體式鉆頭。

背景技術(shù)：

隨著我國建設(shè)工程規(guī)模的日益擴(kuò)大，在水利水電、采礦、軍事、鐵道等工程中地下硐室的應(yīng)用越來越多，埋藏深度也越來越大，然而這些深部地下工程中面臨著高地應(yīng)力誘發(fā)的結(jié)構(gòu)安全、巖爆、大變形等問題。地應(yīng)力是引起地下工程變形和破壞的主要因素，是進(jìn)行圍巖穩(wěn)定分析、地下工程軸線方向選擇、斷面形狀、支撐設(shè)計或工程開挖設(shè)計的前提。因此進(jìn)行地應(yīng)力大小和方向的測量、研究應(yīng)力場的分布規(guī)律，是地下洞室圍巖穩(wěn)定分析和廠房軸線的必要工作。

應(yīng)力解除法是最常見的地應(yīng)力測量方法，在《工程巖體試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50266-2013)中介紹了應(yīng)力解除法測試的基本步驟：1.根據(jù)測試要求，選擇適當(dāng)場地，安裝并固定好鉆機(jī)，并按預(yù)定的方位角和傾角進(jìn)行鉆進(jìn)；2.應(yīng)用解除鉆頭鉆至預(yù)定的測試深度，并應(yīng)取出巖芯，進(jìn)行描述；3.用磨平鉆頭磨平孔底；4.用錐形鉆頭打喇叭口，為送進(jìn)和安裝應(yīng)變計起導(dǎo)向作用；5.打測試小孔，然后用水沖洗中心測試孔直至回水不含炭粉為止；6.安裝變形計，進(jìn)行解除并測試。

該方法中在打測試小孔之前需要先用磨平鉆頭對孔底進(jìn)行磨平，在磨平的面再用錐形鉆頭打喇叭口用來導(dǎo)向。傳統(tǒng)的這種方法存在以下兩個問題：(1)操作比較繁瑣，尤其是對于在狹窄的平硐內(nèi)進(jìn)行較深的鉆孔施工，安裝磨平鉆頭→安裝和送進(jìn)鉆桿→磨平→拆卸鉆桿→更換錐形鉆頭→安裝和送進(jìn)鉆桿→錐喇叭口→拆卸鉆桿，僅僅打?qū)蚶瓤诰托枰陨?個流程，單次打測試小孔就需要2～3小時，非常費時費力；(2)在磨平和錐喇叭口的時候，鉆機(jī)進(jìn)尺很難判斷，往往會“過鉆”或“欠鉆”，“過鉆”時會造成鉆頭、時間的浪費，“欠鉆”時孔底未磨平或喇叭口未錐成，需要返工，會更加費時費力。

鉆導(dǎo)向喇叭口操作難度大，耗費時間較其他步驟較長，屬于打測試小孔的控制步驟，如果能夠提高導(dǎo)向喇叭口的鉆成效率，可以大大加快鉆探速度，從而提高地應(yīng)力測試的效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對上述現(xiàn)有技術(shù)手段中存在的問題，提出一種更加簡單的鉆頭，即把磨平和錐喇叭口步驟合并，從而更加快速的實現(xiàn)測試小孔的鉆成，大大提高工作效率和工作質(zhì)量，省時省力。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種用于地應(yīng)力測試的錐磨一體式鉆頭，包括回水口，回水口外側(cè)為錐平面錐平面外緣與錐形面連接，錐形面另一端與磨平面相連，磨平面與錐平面平行，排水通道經(jīng)磨平面、錐形面和錐平面與回水口連通。錐平面和錐形面構(gòu)成了一個圓錐臺，圓錐臺的上表面(錐平面)上開有回水口與鉆桿排水通道連通。圓錐臺的底面與磨平面重合，確保磨平面和錐平面平行。排水通實質(zhì)上為多條獨立的水槽，從回水口經(jīng)錐平面、錐形面和磨平面到鉆頭外壁。

排水通道呈“人”字形，分叉點位于錐平面與錐形面的連接處。

鉆頭末端的外壁上加工有絲扣。

錐形面、磨平面和錐平面的材質(zhì)均為電鍍金剛石，錐形面與水平面的夾角為60度。

本發(fā)明用于應(yīng)力解除法地應(yīng)力測試法，可以更加快速的鉆成導(dǎo)向喇叭口。本發(fā)明各結(jié)構(gòu)的主要功能如下：

回水口：鉆桿內(nèi)的水通過回水口排出，防止鉆頭溫度過高導(dǎo)致鉆頭的損壞；

錐形面：主要作用是控制喇叭口的形狀，并將喇叭口打磨光滑；

磨平面：作用是將喇叭口外部磨平；

錐平面：作用是將控制鉆頭的鉆進(jìn)；

排水通道：作用是將回水口流出的水排除；

絲扣：作用是通過套管與鉆桿相連接。

當(dāng)鉆機(jī)鉆進(jìn)時，錐平面最先接觸巖石，此時由于錐平面接觸面積較小，可以鉆入巖體，同時錐形面磨平錐形面，隨著鉆入深度增加，喇叭口逐步形成，磨平面接觸巖石開始磨平至鉆機(jī)無法進(jìn)尺，導(dǎo)向喇叭口完成錐磨。在鉆進(jìn)的過程中回水口和排水通道一直排水，防止鉆頭溫度過高。

鉆頭金剛石濃度、粒度和胎體硬度應(yīng)根據(jù)實際作業(yè)地區(qū)巖體特性確定。

本發(fā)明操作較以前有很大的便捷性，安裝錐磨鉆頭→安裝和送進(jìn)鉆桿→錐磨喇叭口→拆卸鉆桿，導(dǎo)向喇叭口鉆成流程較以前減少一半，單次打測試小孔時間可以節(jié)省1～2小時，對于1組空間地應(yīng)力需要三向交匯孔的測試，往往需要進(jìn)行數(shù)十點測試，累計節(jié)省的時間和人力非常可觀；

本發(fā)明在錐磨喇叭口時，無需人為判斷鉆機(jī)進(jìn)尺，只需鉆進(jìn)至不能鉆進(jìn)為止，此時磨平面已經(jīng)與鉆頭充分接觸，達(dá)到錐磨的效果，所以不必?fù)?dān)心“欠鉆”和“過鉆”問題；

本發(fā)明較以前的方法操作更加簡單，施工質(zhì)量更高，鉆頭更加節(jié)省，具有廣泛推廣的條件。

附圖說明

圖1是本發(fā)明立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的俯視圖；

圖3是本發(fā)明的側(cè)視圖，其中1—回水口，2—錐形面，3—磨平面。4—錐平面，5—排水通道，6—絲扣。

具體實施方式

如圖1～3所示，一種用于地應(yīng)力測試的錐磨一體式鉆頭，包括回水口1，回水口1外側(cè)為錐平面4，錐平面4外緣與錐形面2連接，錐形面2另一端與磨平面3相連，磨平面3與錐平面4平行，排水通道5經(jīng)磨平面3、錐形面2和錐平面4與回水口1連通。排水通道5呈“人”字形，共有四條，其分叉點位于錐平面4與錐形面2的連接處。錐形面2、磨平面3和錐平面4的材質(zhì)均為電鍍金剛石，錐形面2與水平面的夾角為60度。鉆頭末端的外壁上加工有絲扣6。

采用錐磨一體式鉆頭后，地應(yīng)力測試的步驟如下：

步驟一：根據(jù)測試要求，選擇適當(dāng)場地，安裝并固定好鉆機(jī)，用羅盤定向，進(jìn)行預(yù)定的方位角和傾角進(jìn)行鉆進(jìn)，所用鉆頭為解除鉆頭；

步驟二：鉆至預(yù)定的測試深度，取出巖芯，進(jìn)行描述，判斷能否進(jìn)行測試；

步驟三：若巖芯完整，將解除鉆頭換為錐磨一體式鉆頭，鉆導(dǎo)向喇叭口；

步驟四：在導(dǎo)向喇叭口內(nèi)鉆小孔，然后用水沖洗中心測試孔直至回水不含炭粉為止；

步驟五：安裝應(yīng)變計，進(jìn)行測試。