本發(fā)明屬于弱膠結(jié)巖石研究實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種巖石弱膠結(jié)巖石試件鉆削系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

弱膠結(jié)是西部地區(qū)巖層典型膠結(jié)狀態(tài)，巖層內(nèi)部裂隙、孔隙十分發(fā)育，膠結(jié)程度比較差，粘聚力比較低，導(dǎo)致巖石力學(xué)性質(zhì)比較差，強(qiáng)度比較低，承受載荷的能力比較低，甚至遇到水后巖石表面開(kāi)始破裂，巖石有逐漸崩解的趨勢(shì)。但是隨著國(guó)家能源戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)移，加大了對(duì)西部地區(qū)能源開(kāi)發(fā)力度，在實(shí)際中要更加廣泛接觸到弱膠結(jié)巖石，然而針對(duì)于弱膠結(jié)巖石的物理力學(xué)性質(zhì)研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了實(shí)際生產(chǎn)的需要，因此，要分析西部地區(qū)弱膠結(jié)巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，建立一套起針對(duì)于弱膠結(jié)巖石的相對(duì)完整的力學(xué)體系，從而更好的指導(dǎo)實(shí)際的生產(chǎn)。而對(duì)工程巖體的研究往往是先從實(shí)驗(yàn)室一系列相關(guān)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始的，但是由于弱膠結(jié)巖石顆粒之間粘結(jié)程度比較低，巖石易破碎，通過(guò)常規(guī)的巖石試件的加工辦法很難加工成型。

目前，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)巖石材料的試件加工工藝多為在鉆取的工程中加水，但是弱膠結(jié)巖石在受到水的作用下，巖石顆粒容易遇水軟化崩解，加工不成型。如果采用現(xiàn)有的加工工藝不能制成完整的巖樣，不能滿足實(shí)驗(yàn)的需要，因此迫切需要對(duì)現(xiàn)有的加工工藝進(jìn)行改進(jìn)，使得加工成的試件滿足在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)做實(shí)驗(yàn)的尺寸要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種操作簡(jiǎn)便、易于加工、能確保試件完整性滿足實(shí)驗(yàn)要求的巖石弱膠結(jié)巖石試件鉆削系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：巖石弱膠結(jié)巖石試件鉆削系統(tǒng)，包括搖臂鉆、夾具、密封連接裝置、導(dǎo)風(fēng)管、聚風(fēng)罩、風(fēng)量調(diào)節(jié)閥和鼓風(fēng)機(jī)；夾具設(shè)置在搖臂鉆的臺(tái)板上，鼓風(fēng)機(jī)設(shè)在搖臂鉆一側(cè)，搖臂鉆的鉆桿為空心結(jié)構(gòu)，鉆桿下端同軸向連接有鉆筒，鉆桿外部設(shè)有位于鉆筒上方的密封連接裝置，鉆桿內(nèi)設(shè)有位于鉆筒上方的擋板，鼓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口通過(guò)聚風(fēng)罩與導(dǎo)風(fēng)管的一端連接，導(dǎo)風(fēng)管的另一端與密封連接裝置連接，密封連接裝置的出風(fēng)口與鉆桿內(nèi)壁連通；鉆筒的內(nèi)徑為51mm，風(fēng)量調(diào)節(jié)閥設(shè)在導(dǎo)風(fēng)管上。

密封連接裝置包括同軸向套設(shè)在鉆桿上的套管，套管內(nèi)壁與鉆桿外壁之間通過(guò)至少兩個(gè)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)連接，套管下端設(shè)有下環(huán)板，下環(huán)板內(nèi)圈與鉆桿外壁之間設(shè)有下耐磨密封圈，套管內(nèi)設(shè)有位于最下部的一個(gè)軸承下方的上環(huán)板，上環(huán)板內(nèi)圈與鉆桿外壁之間設(shè)有上耐磨密封圈，鉆桿上設(shè)有位于上耐磨密封圈和下耐磨密封圈之間的透風(fēng)孔，套管上設(shè)有位于上耐磨密封圈和下耐磨密封圈之間的連接孔，套管外壁設(shè)有管接頭，管接頭一端與導(dǎo)風(fēng)管連接，管接頭另一端與連接孔連通。

鉆筒上部?jī)?nèi)壁和鉆桿下部外壁均為結(jié)構(gòu)相同的正六棱柱結(jié)構(gòu)，鉆桿下部插設(shè)在鉆筒上部?jī)?nèi)，鉆桿外部設(shè)有與鉆筒上端頂壓接觸的限位環(huán)板，鉆筒與鉆桿之間沿徑向方向插設(shè)有定位銷(xiāo)軸。

在搖臂鉆上設(shè)置有吸塵系統(tǒng)，吸塵系統(tǒng)包括抽風(fēng)機(jī)、吸塵主管、布袋收塵器和安裝套，安裝套套設(shè)在鉆筒下部，安裝套內(nèi)圈與鉆筒外壁之間設(shè)有定位軸承，安裝套頂部和底部分別設(shè)有一個(gè)軸承壓蓋，搖臂鉆側(cè)部沿垂直方向設(shè)有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上滑動(dòng)設(shè)有滑塊，安裝套上部與滑塊之間通過(guò)一根水平設(shè)置的橫桿連接，安裝套下部連接有底部敞口的聚塵罩，聚塵罩的下端邊沿低于鉆筒下端，聚塵罩上部設(shè)有至少兩個(gè)抽氣孔，聚塵罩頂部設(shè)有與抽氣孔對(duì)應(yīng)連通的吸塵罩，吸塵罩呈上小下大的圓錐形結(jié)構(gòu)，每個(gè)吸塵罩頂部均連接有一個(gè)吸塵支管，布袋收塵器的進(jìn)風(fēng)口與吸塵主管的出口連接，所有的吸塵支管的出口與吸塵主管的進(jìn)口連接，抽風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)口與布袋收塵器的出風(fēng)口連接。

采用本發(fā)明進(jìn)行鉆削巖芯的具體操作過(guò)稱(chēng)為：在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鉆孔取圓柱形的巖芯，所取的巖芯直徑為62.5mm；在巖芯圓周表面沿母線方向先開(kāi)設(shè)有一道或兩道排屑槽，排屑槽的橫斷面呈正方形，該正方形的邊長(zhǎng)為3mm；將巖芯放置到夾具內(nèi)，巖芯下端伸入到夾具內(nèi)4-6cm后操控夾具夾緊巖芯，同時(shí)確保巖芯的中心線與鉆筒的中心線重合；開(kāi)啟搖臂鉆和鼓風(fēng)機(jī)，調(diào)整搖臂鉆的轉(zhuǎn)速到160轉(zhuǎn)/分鐘，控制鉆筒向下勻速移動(dòng)，隨著鉆筒的向下移動(dòng)，鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的高壓風(fēng)依次通過(guò)聚風(fēng)罩、導(dǎo)風(fēng)管、管接頭、連接孔、透風(fēng)孔進(jìn)入到鉆桿內(nèi)部，由于鉆桿內(nèi)部設(shè)有擋板，鉆桿內(nèi)的風(fēng)向下進(jìn)入到鉆筒內(nèi)，高壓風(fēng)為鉆筒下端的鉆頭降溫，巖屑由排屑槽排出，落到臺(tái)板上，當(dāng)鉆筒下端鄰近夾具0.5-1cm時(shí)，停止向下移動(dòng)，向上退出鉆筒，關(guān)閉搖臂鉆和鼓風(fēng)機(jī)，這樣就將巖芯加工成為外徑為51mm的長(zhǎng)柱型試樣。在進(jìn)行鉆削作業(yè)時(shí)，開(kāi)啟抽風(fēng)機(jī)，聚塵罩內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，鉆削過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵依次通過(guò)抽氣孔、吸塵罩、吸塵支管和吸塵主管被抽到布袋收塵器內(nèi)；鉆筒在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，隨著鉆筒的向下移動(dòng)，橫桿帶動(dòng)滑塊沿導(dǎo)軌向下移動(dòng)，由于定位軸承的設(shè)置以及橫桿的設(shè)置，聚塵罩只隨著鉆筒的向下移動(dòng)。

鉆削作業(yè)之后，需要再對(duì)長(zhǎng)柱型試樣進(jìn)行切割，然后將100mm和/或50mm長(zhǎng)的試樣的圓周表面進(jìn)行磨削，最后加工成直徑50mm、高為100mm的標(biāo)準(zhǔn)試件或者是直徑為50mm、高度為30mm的試件。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明中的巖石弱膠結(jié)巖石試件鉆削系統(tǒng)以在現(xiàn)有搖臂鉆的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，在鉆削過(guò)程中采用風(fēng)冷的方式，并在鉆桿上增設(shè)一種密封連接裝置，在鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，密封連接裝置不轉(zhuǎn)且可向鉆筒下端送風(fēng)，通過(guò)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)的大小，上耐磨密封圈和下耐磨密封圈起到防止高壓風(fēng)外溢情況的發(fā)生。鉆筒與鉆桿之間采用正六棱柱的套接結(jié)構(gòu)來(lái)傳遞扭力，并通過(guò)限位環(huán)板向下施加壓力，避免了使定位銷(xiāo)軸受到較強(qiáng)的剪切力而損壞，定位銷(xiāo)軸起到軸向連接鉆筒和鉆桿的作用。所采用的夾具采用申請(qǐng)?zhí)枮?01510968069.8所公開(kāi)的名稱(chēng)為一種標(biāo)準(zhǔn)試樣加工過(guò)程中的抱緊裝置。

由于吸塵系統(tǒng)的設(shè)置，確保鉆削過(guò)程中操作者不受粉塵污染，有效保護(hù)操作者的身體健康。

綜上所述，本發(fā)明采用鉆削系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地鉆孔巖芯試樣進(jìn)行鉆取加工，并預(yù)先在巖芯圓周表面沿母線方向開(kāi)設(shè)一道或兩道排屑槽，有效避免弱膠結(jié)巖石標(biāo)準(zhǔn)試樣加工過(guò)程中碎屑集聚造成試件過(guò)程中的卡鉆，避免了鉆進(jìn)不順利的現(xiàn)象，采用風(fēng)冷的方式可確保試件的完整性，操作簡(jiǎn)便，科學(xué)環(huán)保，便于加工。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中密封連接裝置、鉆桿、鉆筒和吸塵系統(tǒng)之間的軸向剖視圖；

圖3是巖芯圓周表面開(kāi)設(shè)兩道排屑槽的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明的巖石弱膠結(jié)巖石試件鉆削系統(tǒng)，包括搖臂鉆1、夾具2、密封連接裝置3、導(dǎo)風(fēng)管4、聚風(fēng)罩5、風(fēng)量調(diào)節(jié)閥6和鼓風(fēng)機(jī)7；夾具2設(shè)置在搖臂鉆1的臺(tái)板8上，鼓風(fēng)機(jī)7設(shè)在搖臂鉆1一側(cè)，搖臂鉆1的鉆桿9為空心結(jié)構(gòu)，鉆桿9下端同軸向連接有鉆筒10，鉆桿9外部設(shè)有位于鉆筒10上方的密封連接裝置3，鉆桿9內(nèi)設(shè)有位于鉆筒10上方的擋板11，鼓風(fēng)機(jī)7的出風(fēng)口通過(guò)聚風(fēng)罩5與導(dǎo)風(fēng)管4的一端連接，導(dǎo)風(fēng)管4的另一端與密封連接裝置3連接，密封連接裝置3的出風(fēng)口與鉆桿9內(nèi)壁連通；鉆筒10的內(nèi)徑為51mm，風(fēng)量調(diào)節(jié)閥6設(shè)在導(dǎo)風(fēng)管4上。

密封連接裝置3包括同軸向套設(shè)在鉆桿9上的套管12，套管12內(nèi)壁與鉆桿9外壁之間通過(guò)至少兩個(gè)軸承13轉(zhuǎn)動(dòng)連接，套管12下端設(shè)有下環(huán)板14，下環(huán)板14內(nèi)圈與鉆桿9外壁之間設(shè)有下耐磨密封圈15，套管12內(nèi)設(shè)有位于最下部的一個(gè)軸承13下方的上環(huán)板16，上環(huán)板16內(nèi)圈與鉆桿9外壁之間設(shè)有上耐磨密封圈17，鉆桿9上設(shè)有位于上耐磨密封圈17和下耐磨密封圈15之間的透風(fēng)孔18，套管12上設(shè)有位于上耐磨密封圈17和下耐磨密封圈15之間的連接孔19，套管12外壁設(shè)有管接頭20，管接頭20一端與導(dǎo)風(fēng)管4連接，管接頭20另一端與連接孔19連通。

鉆筒10上部?jī)?nèi)壁和鉆桿9下部外壁均為結(jié)構(gòu)相同的正六棱柱結(jié)構(gòu)，鉆桿9下部插設(shè)在鉆筒10上部?jī)?nèi)，鉆桿9外部設(shè)有與鉆筒10上端頂壓接觸的限位環(huán)板21，鉆筒10與鉆桿9之間沿徑向方向插設(shè)有定位銷(xiāo)軸22。

在搖臂鉆1上設(shè)置有吸塵系統(tǒng)，吸塵系統(tǒng)包括抽風(fēng)機(jī)31、吸塵主管32、布袋收塵器33和安裝套34，安裝套34套設(shè)在鉆筒10下部，安裝套34內(nèi)圈與鉆筒10外壁之間設(shè)有定位軸承35，安裝套34頂部和底部分別設(shè)有一個(gè)軸承壓蓋36，搖臂鉆1側(cè)部沿垂直方向設(shè)有導(dǎo)軌37，導(dǎo)軌37上滑動(dòng)設(shè)有滑塊38，安裝套34上部與滑塊38之間通過(guò)一根水平設(shè)置的橫桿39連接，安裝套34下部連接有底部敞口的聚塵罩40，聚塵罩40的下端邊沿低于鉆筒10下端，聚塵罩40上部設(shè)有至少兩個(gè)抽氣孔41，聚塵罩40頂部設(shè)有與抽氣孔41對(duì)應(yīng)連通的吸塵罩42，吸塵罩42呈上小下大的圓錐形結(jié)構(gòu)，每個(gè)吸塵罩42頂部均連接有一個(gè)吸塵支管43，布袋收塵器33的進(jìn)風(fēng)口與吸塵主管32的出口連接，所有的吸塵支管43的出口與吸塵主管32的進(jìn)口連接，抽風(fēng)機(jī)31的吸風(fēng)口與布袋收塵器33的出風(fēng)口連接。

采用巖石弱膠結(jié)巖石試件鉆削系統(tǒng)的加工工藝，包括以下步驟：

（1）在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鉆孔取圓柱形的巖芯23，所取的巖芯23直徑為62.5mm；

（2）在巖芯23圓周表面沿母線方向先開(kāi)設(shè)有一道或兩道排屑槽24，排屑槽24的橫斷面呈正方形，該正方形的邊長(zhǎng)為3mm；

（3）將巖芯23放置到夾具2內(nèi)，巖芯23下端伸入到夾具2內(nèi)4-6cm后操控夾具2夾緊巖芯23，同時(shí)確保巖芯23的中心線與鉆筒10的中心線重合；

（4）開(kāi)啟搖臂鉆1和鼓風(fēng)機(jī)7，調(diào)整搖臂鉆1的轉(zhuǎn)速到160轉(zhuǎn)/分鐘，控制鉆筒10向下勻速移動(dòng)，隨著鉆筒10的向下移動(dòng)，鼓風(fēng)機(jī)7產(chǎn)生的高壓風(fēng)依次通過(guò)聚風(fēng)罩5、導(dǎo)風(fēng)管4、管接頭20、連接孔19、透風(fēng)孔18進(jìn)入到鉆桿9內(nèi)部，由于鉆桿9內(nèi)部設(shè)有擋板11，鉆桿9內(nèi)的風(fēng)向下進(jìn)入到鉆筒10內(nèi)，高壓風(fēng)為鉆筒10下端的鉆頭降溫，巖屑由排屑槽24排出，落到臺(tái)板8上，當(dāng)鉆筒10下端鄰近夾具20.5-1cm時(shí)，停止向下移動(dòng)，向上退出鉆筒10，關(guān)閉搖臂鉆1和鼓風(fēng)機(jī)7，這樣就將巖芯23加工成為外徑為51mm的長(zhǎng)柱型試樣；在進(jìn)行鉆削作業(yè)時(shí)，開(kāi)啟抽風(fēng)機(jī)31，聚塵罩40內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，鉆削過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵依次通過(guò)抽氣孔41、吸塵罩42、吸塵支管43和吸塵主管被抽到布袋收塵器33內(nèi)；鉆筒10在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，隨著鉆筒10的向下移動(dòng)，橫桿39帶動(dòng)滑塊38沿導(dǎo)軌37向下移動(dòng)，由于定位軸承35的設(shè)置以及橫桿39的設(shè)置，聚塵罩40只隨著鉆筒10的向下移動(dòng)。

鉆削作業(yè)之后，需要再對(duì)長(zhǎng)柱型試樣進(jìn)行切割，然后將100mm和/或50mm長(zhǎng)的試樣的圓周表面進(jìn)行磨削，最后加工成直徑50mm、高為100mm的標(biāo)準(zhǔn)試件或者是直徑為50mm、高度為30mm的試件。

本發(fā)明中的巖石弱膠結(jié)巖石試件鉆削系統(tǒng)以在現(xiàn)有搖臂鉆1的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，在鉆削過(guò)程中采用風(fēng)冷的方式，并在鉆桿9上增設(shè)一種密封連接裝置3，在鉆桿9轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，密封連接裝置3不轉(zhuǎn)且可向鉆筒10下端送風(fēng)，通過(guò)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥6來(lái)調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)的大小，上耐磨密封圈17和下耐磨密封圈15起到防止高壓風(fēng)外溢情況的發(fā)生。鉆筒10與鉆桿9之間采用正六棱柱的套接結(jié)構(gòu)來(lái)傳遞扭力，并通過(guò)限位環(huán)板21向下施加壓力，避免了使定位銷(xiāo)軸22受到較強(qiáng)的剪切力而損壞，定位銷(xiāo)軸22起到軸向連接鉆筒10和鉆桿9的作用。所采用的夾具2采用申請(qǐng)?zhí)枮?01510968069.8所公開(kāi)的名稱(chēng)為一種標(biāo)準(zhǔn)試樣加工過(guò)程中的抱緊裝置。

本實(shí)施例并非對(duì)本發(fā)明的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。