巖石弱膠結巖石試件鉆削系統的制作方法

本發明屬于弱膠結巖石研究實驗技術領域，尤其涉及一種巖石弱膠結巖石試件鉆削系統。

背景技術：

弱膠結是西部地區巖層典型膠結狀態，巖層內部裂隙、孔隙十分發育，膠結程度比較差，粘聚力比較低，導致巖石力學性質比較差，強度比較低，承受載荷的能力比較低，甚至遇到水后巖石表面開始破裂，巖石有逐漸崩解的趨勢。但是隨著國家能源戰略的轉移，加大了對西部地區能源開發力度，在實際中要更加廣泛接觸到弱膠結巖石，然而針對于弱膠結巖石的物理力學性質研究遠遠滿足不了實際生產的需要，因此，要分析西部地區弱膠結巖石的物理力學性質，建立一套起針對于弱膠結巖石的相對完整的力學體系，從而更好的指導實際的生產。而對工程巖體的研究往往是先從實驗室一系列相關實驗開始的，但是由于弱膠結巖石顆粒之間粘結程度比較低，巖石易破碎，通過常規的巖石試件的加工辦法很難加工成型。

目前，實驗室內對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。如果采用現有的加工工藝不能制成完整的巖樣，不能滿足實驗的需要，因此迫切需要對現有的加工工藝進行改進，使得加工成的試件滿足在實驗室內做實驗的尺寸要求。

技術實現要素：

本發明為了解決現有技術中的不足之處，提供一種操作簡便、易于加工、能確保試件完整性滿足實驗要求的巖石弱膠結巖石試件鉆削系統。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：巖石弱膠結巖石試件鉆削系統，包括搖臂鉆、夾具、密封連接裝置、導風管、聚風罩、風量調節閥和鼓風機；夾具設置在搖臂鉆的臺板上，鼓風機設在搖臂鉆一側，搖臂鉆的鉆桿為空心結構，鉆桿下端同軸向連接有鉆筒，鉆桿外部設有位于鉆筒上方的密封連接裝置，鉆桿內設有位于鉆筒上方的擋板，鼓風機的出風口通過聚風罩與導風管的一端連接，導風管的另一端與密封連接裝置連接，密封連接裝置的出風口與鉆桿內壁連通；鉆筒的內徑為51mm，風量調節閥設在導風管上。

密封連接裝置包括同軸向套設在鉆桿上的套管，套管內壁與鉆桿外壁之間通過至少兩個軸承轉動連接，套管下端設有下環板，下環板內圈與鉆桿外壁之間設有下耐磨密封圈，套管內設有位于最下部的一個軸承下方的上環板，上環板內圈與鉆桿外壁之間設有上耐磨密封圈，鉆桿上設有位于上耐磨密封圈和下耐磨密封圈之間的透風孔，套管上設有位于上耐磨密封圈和下耐磨密封圈之間的連接孔，套管外壁設有管接頭，管接頭一端與導風管連接，管接頭另一端與連接孔連通。

鉆筒上部內壁和鉆桿下部外壁均為結構相同的正六棱柱結構，鉆桿下部插設在鉆筒上部內，鉆桿外部設有與鉆筒上端頂壓接觸的限位環板，鉆筒與鉆桿之間沿徑向方向插設有定位銷軸。

在搖臂鉆上設置有吸塵系統，吸塵系統包括抽風機、吸塵主管、布袋收塵器和安裝套，安裝套套設在鉆筒下部，安裝套內圈與鉆筒外壁之間設有定位軸承，安裝套頂部和底部分別設有一個軸承壓蓋，搖臂鉆側部沿垂直方向設有導軌，導軌上滑動設有滑塊，安裝套上部與滑塊之間通過一根水平設置的橫桿連接，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，聚塵罩上部設有至少兩個抽氣孔，聚塵罩頂部設有與抽氣孔對應連通的吸塵罩，吸塵罩呈上小下大的圓錐形結構，每個吸塵罩頂部均連接有一個吸塵支管，布袋收塵器的進風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口連接，抽風機的吸風口與布袋收塵器的出風口連接。

采用本發明進行鉆削巖芯的具體操作過稱為：在現場進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設有一道或兩道排屑槽，排屑槽的橫斷面呈正方形，該正方形的邊長為3mm；將巖芯放置到夾具內，巖芯下端伸入到夾具內4-6cm后操控夾具夾緊巖芯，同時確保巖芯的中心線與鉆筒的中心線重合；開啟搖臂鉆和鼓風機，調整搖臂鉆的轉速到160轉/分鐘，控制鉆筒向下勻速移動，隨著鉆筒的向下移動，鼓風機產生的高壓風依次通過聚風罩、導風管、管接頭、連接孔、透風孔進入到鉆桿內部，由于鉆桿內部設有擋板，鉆桿內的風向下進入到鉆筒內，高壓風為鉆筒下端的鉆頭降溫，巖屑由排屑槽排出，落到臺板上，當鉆筒下端鄰近夾具0.5-1cm時，停止向下移動，向上退出鉆筒，關閉搖臂鉆和鼓風機，這樣就將巖芯加工成為外徑為51mm的長柱型試樣。在進行鉆削作業時，開啟抽風機，聚塵罩內產生負壓，鉆削過程中產生的粉塵依次通過抽氣孔、吸塵罩、吸塵支管和吸塵主管被抽到布袋收塵器內；鉆筒在旋轉過程中，隨著鉆筒的向下移動，橫桿帶動滑塊沿導軌向下移動，由于定位軸承的設置以及橫桿的設置，聚塵罩只隨著鉆筒的向下移動。

鉆削作業之后，需要再對長柱型試樣進行切割，然后將100mm和/或50mm長的試樣的圓周表面進行磨削，最后加工成直徑50mm、高為100mm的標準試件或者是直徑為50mm、高度為30mm的試件。

采用上述技術方案，本發明中的巖石弱膠結巖石試件鉆削系統以在現有搖臂鉆的基礎上進行改進，在鉆削過程中采用風冷的方式，并在鉆桿上增設一種密封連接裝置，在鉆桿轉動時，密封連接裝置不轉且可向鉆筒下端送風，通過風量調節閥來調節冷卻風的大小，上耐磨密封圈和下耐磨密封圈起到防止高壓風外溢情況的發生。鉆筒與鉆桿之間采用正六棱柱的套接結構來傳遞扭力，并通過限位環板向下施加壓力，避免了使定位銷軸受到較強的剪切力而損壞，定位銷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號為201510968069.8所公開的名稱為一種標準試樣加工過程中的抱緊裝置。

由于吸塵系統的設置，確保鉆削過程中操作者不受粉塵污染，有效保護操作者的身體健康。

綜上所述，本發明采用鉆削系統對現場實地鉆孔巖芯試樣進行鉆取加工，并預先在巖芯圓周表面沿母線方向開設一道或兩道排屑槽，有效避免弱膠結巖石標準試樣加工過程中碎屑集聚造成試件過程中的卡鉆，避免了鉆進不順利的現象，采用風冷的方式可確保試件的完整性，操作簡便，科學環保，便于加工。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是本發明中密封連接裝置、鉆桿、鉆筒和吸塵系統之間的軸向剖視圖；

圖3是巖芯圓周表面開設兩道排屑槽的結構示意圖。

具體實施方式

如圖1、圖2和圖3所示，本發明的巖石弱膠結巖石試件鉆削系統，包括搖臂鉆1、夾具2、密封連接裝置3、導風管4、聚風罩5、風量調節閥6和鼓風機7；夾具2設置在搖臂鉆1的臺板8上，鼓風機7設在搖臂鉆1一側，搖臂鉆1的鉆桿9為空心結構，鉆桿9下端同軸向連接有鉆筒10，鉆桿9外部設有位于鉆筒10上方的密封連接裝置3，鉆桿9內設有位于鉆筒10上方的擋板11，鼓風機7的出風口通過聚風罩5與導風管4的一端連接，導風管4的另一端與密封連接裝置3連接，密封連接裝置3的出風口與鉆桿9內壁連通；鉆筒10的內徑為51mm，風量調節閥6設在導風管4上。

密封連接裝置3包括同軸向套設在鉆桿9上的套管12，套管12內壁與鉆桿9外壁之間通過至少兩個軸承13轉動連接，套管12下端設有下環板14，下環板14內圈與鉆桿9外壁之間設有下耐磨密封圈15，套管12內設有位于最下部的一個軸承13下方的上環板16，上環板16內圈與鉆桿9外壁之間設有上耐磨密封圈17，鉆桿9上設有位于上耐磨密封圈17和下耐磨密封圈15之間的透風孔18，套管12上設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外壁設有管接頭20，管接頭20一端與導風管4連接，管接頭20另一端與連接孔19連通。

鉆筒10上部內壁和鉆桿9下部外壁均為結構相同的正六棱柱結構，鉆桿9下部插設在鉆筒10上部內，鉆桿9外部設有與鉆筒10上端頂壓接觸的限位環板21，鉆筒10與鉆桿9之間沿徑向方向插設有定位銷軸22。

在搖臂鉆1上設置有吸塵系統，吸塵系統包括抽風機31、吸塵主管32、布袋收塵器33和安裝套34，安裝套34套設在鉆筒10下部，安裝套34內圈與鉆筒10外壁之間設有定位軸承35，安裝套34頂部和底部分別設有一個軸承壓蓋36，搖臂鉆1側部沿垂直方向設有導軌37，導軌37上滑動設有滑塊38，安裝套34上部與滑塊38之間通過一根水平設置的橫桿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上部設有至少兩個抽氣孔41，聚塵罩40頂部設有與抽氣孔41對應連通的吸塵罩42，吸塵罩42呈上小下大的圓錐形結構，每個吸塵罩42頂部均連接有一個吸塵支管43，布袋收塵器33的進風口與吸塵主管32的出口連接，所有的吸塵支管43的出口與吸塵主管32的進口連接，抽風機31的吸風口與布袋收塵器33的出風口連接。

采用巖石弱膠結巖石試件鉆削系統的加工工藝，包括以下步驟：

（1）在現場進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設有一道或兩道排屑槽24，排屑槽24的橫斷面呈正方形，該正方形的邊長為3mm；

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

（4）開啟搖臂鉆1和鼓風機7，調整搖臂鉆1的轉速到160轉/分鐘，控制鉆筒10向下勻速移動，隨著鉆筒10的向下移動，鼓風機7產生的高壓風依次通過聚風罩5、導風管4、管接頭20、連接孔19、透風孔18進入到鉆桿9內部，由于鉆桿9內部設有擋板11，鉆桿9內的風向下進入到鉆筒10內，高壓風為鉆筒10下端的鉆頭降溫，巖屑由排屑槽24排出，落到臺板8上，當鉆筒10下端鄰近夾具20.5-1cm時，停止向下移動，向上退出鉆筒10，關閉搖臂鉆1和鼓風機7，這樣就將巖芯23加工成為外徑為51mm的長柱型試樣；在進行鉆削作業時，開啟抽風機31，聚塵罩40內產生負壓，鉆削過程中產生的粉塵依次通過抽氣孔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；鉆筒10在旋轉過程中，隨著鉆筒10的向下移動，橫桿39帶動滑塊38沿導軌37向下移動，由于定位軸承35的設置以及橫桿39的設置，聚塵罩40只隨著鉆筒10的向下移動。

鉆削作業之后，需要再對長柱型試樣進行切割，然后將100mm和/或50mm長的試樣的圓周表面進行磨削，最后加工成直徑50mm、高為100mm的標準試件或者是直徑為50mm、高度為30mm的試件。

本發明中的巖石弱膠結巖石試件鉆削系統以在現有搖臂鉆1的基礎上進行改進，在鉆削過程中采用風冷的方式，并在鉆桿9上增設一種密封連接裝置3，在鉆桿9轉動時，密封連接裝置3不轉且可向鉆筒10下端送風，通過風量調節閥6來調節冷卻風的大小，上耐磨密封圈17和下耐磨密封圈15起到防止高壓風外溢情況的發生。鉆筒10與鉆桿9之間采用正六棱柱的套接結構來傳遞扭力，并通過限位環板21向下施加壓力，避免了使定位銷軸22受到較強的剪切力而損壞，定位銷軸22起到軸向連接鉆筒10和鉆桿9的作用。所采用的夾具2采用申請號為201510968069.8所公開的名稱為一種標準試樣加工過程中的抱緊裝置。

本實施例并非對本發明的形狀、材料、結構等作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本發明技術方案的保護范圍。