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鉆孔巖石抗壓強(qiáng)度原位測試儀

型　號：
原產(chǎn)地：國產(chǎn)
用　途：巖體強(qiáng)度是巖體力學(xué)中最基本參數(shù)，是礦井開拓部署、巷道布置與支護(hù)、煤炭開采及沖擊地壓、煤與瓦斯突出等災(zāi)害防治必不可少的基礎(chǔ)參數(shù)。巖體強(qiáng)度包括單軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、三軸抗壓強(qiáng)度等。其中單軸抗壓強(qiáng)度是常用的巖石強(qiáng)度指標(biāo)。

鉆孔巖石強(qiáng)度原位測試儀

一、儀器介紹

巖體強(qiáng)度是巖體力學(xué)中最基本參數(shù)，是礦井開拓部署、巷道布置與支護(hù)、煤炭開采及沖擊地壓、煤與瓦斯突出等災(zāi)害防治必不可少的基礎(chǔ)參數(shù)。巖體強(qiáng)度包括單軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、三軸抗壓強(qiáng)度等。其中單軸抗壓強(qiáng)度是常用的巖石強(qiáng)度指標(biāo)。

巖體強(qiáng)度可以通過實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場原位測試得到。但實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的巖塊已經(jīng)脫離巖體，在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)很難準(zhǔn)確模擬和反映巖體在井下的實(shí)際狀態(tài)，如應(yīng)力環(huán)境、結(jié)構(gòu)面分布，以及其他井下環(huán)境因素。因此實(shí)驗(yàn)室?guī)r塊強(qiáng)度數(shù)據(jù)往往與井下巖體的實(shí)際情況出入較大，對于工程來講一般偏大。實(shí)際上，大多數(shù)巖體都含有軟弱結(jié)構(gòu)面或夾層，而且煤體的強(qiáng)度一般較低，煤系地層中也經(jīng)常遇到強(qiáng)度很低的巖石，都不易制備成試件。因此最好的方法是在現(xiàn)場測量巖體的各種力學(xué)指標(biāo)，用以比較準(zhǔn)確地描述巖體的力學(xué)性質(zhì)。

現(xiàn)場測試強(qiáng)度的方法主要有大尺寸直剪試驗(yàn)，壓縮試驗(yàn)，聲波探測法，鉆孔鉆進(jìn)法等，但要耗費(fèi)大量人力物力，費(fèi)用很高，而且測試點(diǎn)很少。

針對以上情況，我公司和中國礦業(yè)大學(xué)共同開發(fā)研制了鉆孔巖石抗壓強(qiáng)度原位測試儀，可以在鉆孔孔徑33毫米、42毫米、60毫米的鉆孔中使用。測量過程簡單方便，可實(shí)現(xiàn)快速測量。能夠測量井下不能取樣的軟弱破碎巖體。能夠測量鉆孔不同深度、不同層位的巖體。測量成本較低。

1 、測試原理：

測試儀探頭內(nèi)的活塞在高壓油的驅(qū)動下發(fā)生位移，使端部探針壓向鉆孔孔壁，隨著手動泵油壓的增加，探針作用在鉆孔孔壁上的壓力不斷增加，一旦達(dá)到其臨界壓力，孔壁巖體便被壓壞，壓力會突然降低。此時(shí)，手動泵的壓力表所記錄的最高壓力讀數(shù)即為該點(diǎn)的巖體臨界壓力。經(jīng)過換算，便可得到該點(diǎn)的巖體單軸抗壓強(qiáng)度。

設(shè)手動泵的油壓為δp，則探針端部的壓力δi為：

δi=d12/d22 δp

式中：d1-----探頭活塞直徑

d2-----探針的直徑

鉆孔探頭探針直徑為2毫米，活塞直徑為24毫米，所以

δi=144δp

關(guān)于臨界壓力與煤巖體單軸抗壓強(qiáng)度的關(guān)系，有多種表達(dá)式。美國的研究與試驗(yàn)表明，煤巖體的單軸抗壓強(qiáng)度可用以下關(guān)系式表示：

δ c=ksfδf

式中：δ c------煤巖體單軸抗壓強(qiáng)度

δf-------臨界壓力

ksf-------強(qiáng)度換算系數(shù)

強(qiáng)度換算系數(shù)可以用以下方法得到：在現(xiàn)場進(jìn)行測試的鉆孔中取芯，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行傳統(tǒng)的巖試樣單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，通過回歸分析現(xiàn)場測點(diǎn)臨界壓力與同一地點(diǎn)巖芯單軸抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系求得強(qiáng)度換算系數(shù)。美國對于直徑76毫米的鉆孔，得到的強(qiáng)度換算系數(shù)平均為1.25，而對于直徑更小的鉆孔，強(qiáng)度換算系數(shù)為2.69。

經(jīng)過我公司和中國礦業(yè)大學(xué)共同測試，我公司探頭直徑2毫米探頭的換算系數(shù)為：

δ c =9.6 δp

δ c------巖體單軸抗壓強(qiáng)度

δp------手動泵讀取臨界壓力

這個(gè)系數(shù)是我公司和中國礦業(yè)大學(xué)在混凝土模型和砂巖試驗(yàn)中得出的數(shù)據(jù)，客戶也可以根據(jù)自己的不同試驗(yàn)巖體得出更加精確的換算系數(shù)。

2、功能：

測試井下鉆孔中巖石的臨界破環(huán)壓力，通過簡單換算，可得到巖石的單軸抗壓強(qiáng)度。

1）測試過程簡單方便，可實(shí)現(xiàn)快速測試

2）可以測試無法取樣的軟弱巖體

3）可以測試鉆孔內(nèi)不同深度的巖體強(qiáng)度

3、主要技術(shù)指標(biāo)：

1）可在孔徑33毫米、42毫米、60毫米的鉆孔中進(jìn)行測試。也可以根據(jù)用戶需求，開發(fā)適用于各種鉆孔尺寸的探頭。

2）手動泵最高壓力70MPa

3）探頭探針加壓壓力比為144:1

4）探頭探針直徑2毫米

5）探針量程：10毫米

6）正常破環(huán)壓力可達(dá)3000MPa

7）探頭增加探針回油復(fù)位功能，使測試數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確

4、設(shè)備配置：

手動液壓泵 1臺
33mm鉆孔用探頭 2個(gè)
42mm鉆孔用探頭 2個(gè)
60mm鉆孔用探頭 2個(gè)
壓力傳感器 1個(gè)
數(shù)據(jù)采集儀 1套
高壓管及電纜 30米
電纜絞車 1個(gè)
安裝桿 20米

數(shù)據(jù)采集儀

探頭

二、操作說明

1 儀器連接
把探頭和高壓管連接，高壓管連接手動泵，手動泵接壓力傳感器，傳感器和采集儀連接，再把探頭連接到安裝桿。
2 密封測試
儀器連接好后，把探頭放置于鋼管中，開啟手動泵，加壓，壓力達(dá)到2MPa后，停止加壓，等待1分鐘左右，如果壓力穩(wěn)定或緩慢下降，說明密封正常，然后卸壓。如果壓力無法穩(wěn)定，檢查各接頭處是否有滲漏，如有滲漏，用扳手?jǐn)Q緊，再加壓測試，直到壓力穩(wěn)定，然后卸壓。
3 測試

用安裝桿將探頭放至鉆孔測試位置，打開數(shù)據(jù)采集儀，加壓，注意位移變化，隨著壓力不斷升高，位移會緩慢增加，當(dāng)壓力達(dá)到測試點(diǎn)巖體臨界強(qiáng)度時(shí)，位移會突然變大，壓力會突然變小，記錄臨界壓力值，該點(diǎn)測試完畢。

混凝土模型鉆孔中測試數(shù)據(jù)

砂巖中測試數(shù)據(jù)

混凝土模型上鉆孔的破碎坑

測試現(xiàn)場

2023-09-27鉆孔巖石抗壓強(qiáng)度原位測試儀

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