地应力测试组件及使用方法技术

一种地应力测试组件及使用方法，涉及岩石力学测试领域，包括导向孔成孔钻具、测量孔成孔钻具、应力解除孔成孔钻具和尾部连接组件；所述导向孔成孔钻具包括第一转换头和夹持在第一转换头上的导向孔钻头；所述第一转换头可与所述尾部连接组件可拆卸的连接；所述测量孔成孔钻具包括第二转换头和夹持在第二转换头上的测量孔钻头，所述第二转换头可与所述尾部连接组件可拆卸连接；所述应力解除孔成孔钻具包括第三转换头和夹持在第三转换头上的应力解除孔钻头，所述第三转换头可与所述尾部连接组件可拆卸连接；本组件中的各个装置只需更换相应的转接头和钻头即可完成不同钻具的组装，方便快捷。

【技术实现步骤摘要】
地应力测试组件及使用方法
本专利技术涉及岩石力学测试领域，具体为根据应力解除法而设计的地应力测试组件和该组件的使用方法。
技术介绍
岩体地应力及地应力场的特征对工程项目建设、地球内部物理过程探索及地震地质灾害机理揭示都具有至关重要的意义。例如，锦屏电站的最大埋深达2600米；核废料深层地质处理深度已达到1000米；油气工程和矿山深度达4000米；核心军事防护工程也深达1000米。在这些深部工程中，高地应力广泛存在，准确地获取深部工程围岩应力状况，对工程的规划、设计和决策又起着重要的作用，因此深部地应力的测试需求越来越突出。在深埋隧道和矿井内地应力测试中，受工作场地限制往往采用普通钻进方式，需要多种设备装置一个一个的协同配合，因此对于工程技术人员来说，实现各个设备高效率的协同配合以提高地应力测试效率一直是项目的改进内容。
技术实现思路
本专利技术针对如何实现各个设备高效率的协同配合提出了一种新的技术方案，以达到在深埋隧道和矿井内地应力测试时提高工作效率的目的。本专利技术提出的技术方案如下：一种地应力测试组件，包括导向孔成孔钻具、测量孔成孔钻具、应力解除孔成孔钻具和尾部连接组件；所述导向孔成孔钻具包括第一转换头和夹持在第一转换头上的导向孔钻头；所述第一转换头可与所述尾部连接组件可拆卸的连接；所述测量孔成孔钻具包括第二转换头和夹持在第二转换头上的测量孔钻头，所述第二转换头可与所述尾部连接组件可拆卸连接；所述应力解除孔成孔钻具包括第三转换头和夹持在第三转换头上的应力解除孔钻头，所述第三转换头可与所述尾部连接组件可拆卸连接。进一步的，所述尾部连接组件包括推力球轴承、内管体和外管体，所述推力球轴承与所述内管体连接且所述推力球轴承与所述内管体均设置于所述外管体内；所述外管体分别可与所述第一转换头、第二转换头和第三转换头可拆卸的连接。进一步的，所述导向孔钻头包括竖直唇面和倾斜唇面，所述倾斜唇面相对于竖直唇面的倾斜角度为A°，其中30°≤A°≤60°。进一步的，所述第一转换头和第二转换头均设有向外突出呈锥体结构的夹爪部，所述夹爪部的母线与其轴线成角为B°，其中B°与所述A°互余。进一步的，所述测量孔成孔钻具还包括捞砂管体，所述捞砂管体为中空结构且一端为开口端；所述捞砂管体与所述外管体可拆卸连接且所述开口端设在捞砂管体上远离所述外管体的一端。进一步的，所述测量孔钻头的唇面上设有多组外凸的且呈环形结构的钻齿。进一步的，所述测量孔钻头的外圆壁面与唇面形成夹角C°，其中70°≤C°≤85°。进一步的，所述第三转换头与所述应力解除孔钻头为一体成型结构。进一步的，所述地应力测试组件还包括孔壁位移测量装置，所述孔壁位移测量装置的外圆直径小于所述内管体的直径，以使所述孔壁位移测量装置放置于所述内管体内。进一步的，所述孔壁位移测量装置尾部设置有矛头。还公开了针对地应力测试组件的使用方法，该使用方法包括如下步骤：S1:导向孔成孔钻具钻进待测试点，导向孔钻头打磨导向孔形成锥形的孔底。S2：回收导向孔成孔钻具换上测量孔成孔钻具，测量孔钻头沿着导向孔钻进，测量孔钻头切割孔底岩石形成的岩粉随着钻井液循环会流入捞砂管体内，工程技术人员根据岩粉判断地应力测点处的岩性。S3：回收测量孔成孔钻具并换上应力解除钻具进行钻进取心，钻进过程中环形岩心会通过卡簧进入到内管体内，并将其限制在内管体内；工程技术人员取出内管体内的环形岩心，测量环形岩心内直径，并判断岩心直径是否满足技术要求。如满足技术要求，则不改变测量孔钻头的规格，继续进行S4；如不满足技术要求，重新重复S1到S3，并在S2中更换测量孔钻头重新钻取测量孔，直至测量孔满足要求后再进行S4。S4：重复进行S1和S2，并在测量孔完成后将孔壁位移测量装置放置到测量孔内，使孔壁位移测量装置上的触针部件与测量孔的内壁相接触。S5：应力解除钻具再一次钻进取心，钻进过程中环形岩心包裹着孔壁位移测量装置通过卡簧进入到内管体内，并将其限制在内管体内，此时孔壁位移测量装置中触针部件和电子设备实时监测记录在此过程中岩心的变形情况。S6：钻进结束后将应力解除钻具连同内管体内的环形岩心和孔壁位移测量装置提出，工程技术人员取出内管体内的环形岩心并观察岩心是否完整，当岩心完整时整个现场测试工作结束；当岩心不完整时重复S4～S6直至取出完整岩心。采用本技术方案所达到的有益效果为：1.结构简单；本组件中的各个装置只需更换相应的转接头和钻头即可完成不同钻具的组装，方便快捷。2.测量流程方便；各个装置的安装、测量、回收，操作方便，测量方法简单清晰，对于提高测量效率，节省测量时间有较大的促进作用，适于广泛推广。附图说明图1为导向孔成孔钻具结构图。图2为导向孔钻头的平面示意图。图3为测量孔成孔钻具的结构图。图4为测量孔钻头的平面结构图。图5为测量孔钻头的侧面平面图。图6为应力解除孔成孔钻具的结构图。图7为应力解除孔钻头的平面结构图。图8为孔壁位移测量装置的结构图。图9为孔壁位移测量装置上的触针部件的分布结构图。图10为导向孔成孔的示意图。图11为测量孔成孔的示意图。图12为孔壁位移测量装置安装在测量孔内的示意图，图13为应力解除孔成孔钻具钻进取心并回收孔壁位移测量装置的示意图。图14为本专利技术地应力测试组件的使用流程图。其中：10导向孔成孔钻具、11第一转换头、12导向孔钻头、20测量孔成孔钻具、21第二转换头、22测量孔钻头、23捞砂管体、30应力解除孔成孔钻具、31第三转换头、32应力解除孔钻头、33卡簧、40尾部连接组件、41推力球轴承、42内管体、43外管体、50孔壁位移测量装置、51触针仓外管、52触针部件、53隔热瓦、54矛头、221钻齿。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。本实施例提供了一种地应力测试组件，参见图1-图9，该地应力测试组件为多个部分组成，通过各个部分的依次协同工作，来实现对地应力的测试工作；具体的，所述地应力测试组件包括导向孔成孔钻具10、测量孔成孔钻具20、应力解除孔成孔钻具30、尾部连接组件40和孔壁位移测量装置50。参见图1、图3、图6，所述导向孔成孔钻具10用于实现对导向孔的成型，具体包括第一转换头11和夹持在第一转换头11上的导向孔钻头12；所述测量孔成孔钻具20用于实现对测量孔的成型，具体包括第二转换头21和夹持在第二转换头21上的测量孔钻头22；所述应力解除孔成孔钻具30用于钻进取心，包括第三转换头31和夹持在第三转换头31上的应力解除孔钻头32；所述第一转换头11、第二转换头21和第三转换头31分别可与所述尾部连接组件40可拆卸连接。这里所述的第一转换头11、第二转换头21和第三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.地应力测试组件，其特征在于，包括导向孔成孔钻具(10)、测量孔成孔钻具(20)、应力解除孔成孔钻具(30)和尾部连接组件(40)；/n所述导向孔成孔钻具(10)包括第一转换头(11)和夹持在第一转换头(11)上的导向孔钻头(12)；所述测量孔成孔钻具(20)包括第二转换头(21)和夹持在第二转换头(21)上的测量孔钻头(22)，所述应力解除孔成孔钻具(30)包括第三转换头(31)和夹持在第三转换头(31)上的应力解除孔钻头(32)；/n所述第一转换头(11)、第二转换头(21)和第三转换头(31)分别可与所述尾部连接组件(40)可拆卸连接。/n

【技术特征摘要】
1.地应力测试组件，其特征在于，包括导向孔成孔钻具(10)、测量孔成孔钻具(20)、应力解除孔成孔钻具(30)和尾部连接组件(40)；
所述导向孔成孔钻具(10)包括第一转换头(11)和夹持在第一转换头(11)上的导向孔钻头(12)；所述测量孔成孔钻具(20)包括第二转换头(21)和夹持在第二转换头(21)上的测量孔钻头(22)，所述应力解除孔成孔钻具(30)包括第三转换头(31)和夹持在第三转换头(31)上的应力解除孔钻头(32)；
所述第一转换头(11)、第二转换头(21)和第三转换头(31)分别可与所述尾部连接组件(40)可拆卸连接。


2.根据权利要求1所述的地应力测试组件，其特征在于，所述尾部连接组件(40)包括推力球轴承(41)、内管体(42)和外管体(43)，所述推力球轴承(41)与所述内管体(42)连接且所述推力球轴承(41)与所述内管体(42)均设置于所述外管体(43)内；所述外管体(43)分别可与所述第一转换头(11)、第二转换头(21)和第三转换头(31)可拆卸的连接。


3.根据权利要求1或2所述的地应力测试组件，其特征在于，所述导向孔钻头(12)包括竖直唇面和倾斜唇面，所述倾斜唇面相对于竖直唇面的倾斜角度为A°，其中30°≤A°≤60°。


4.根据权利要求1或2所述的地应力测试组件，其特征在于，所述测量孔成孔钻具(20)还包括捞砂管体(23)，所述捞砂管体(23)为中空结构且一端为开口端；所述捞砂管体(23)与所述外管体(43)可拆卸连接且所述开口端设在捞砂管体(23)上远离所述外管体(43)的一端。


5.根据权利要求3所述的地应力测试组件，其特征在于，所述第一转换头(11)与所述所述第二转换头(21)均设有向外突出呈锥体结构的夹爪部，所述夹爪部的母线与其轴线成角为B°，其中B°与所述A°互余。


6.根据权利要求1所述的地应力测试组件，其特征在于，所述测量孔钻头(22)的唇面上设有多组外凸的且呈环形结构的钻齿(221)。


7.根据权利要求1所述的地应力测试组件，其特征在于，所述测量孔钻头(22)的外圆壁面与唇面形成夹角C°，其中70°≤C°...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超，王益腾，王川婴，韩增强，董志红，魏幸雅，胡胜，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42