一种利用随钻监测技术测试岩体强度的方法与装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106321093A(43)申请公布日2017.01.11(21)申请号201610858285.1(22)申请日2016.09.28(71)申请人中国科学院力学研究所地址100190北京市海淀区北四环西路15号(72)发明人李世海冯春郭汝坤乔继延郑炳旭李战军崔晓荣(74)专利代理机构北京和信华成知识产权代理事务所(普通合伙)11390代理人胡剑辉(51)Int.Cl.E21B49/00(2006.01)G01N3/08(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种利用随钻监测技术测试岩体强度的方法与装置(57)摘要本发明提供了一种利用随钻监测技术测试岩体强度的方法与装置，该方法包括：1.在牙轮钻机上安装各种测量设备；2.调平牙轮钻机；3.在实验场开展钻进实验，获得不同岩性下钻杆各参数之间的对应关系；4.开展室内岩石力学实验获得不同深度处岩体的强度参数；5.建立岩体强度参数与钻杆之间的函数关系；6.根根强度参数，得到可根据钻机工作参数计算施钻位置岩体强度的计算公式；7.在测试区开展随钻测试，利用上述计算公式快速获取不同钻进深度下的岩体强度参数。本发明通过研究钻杆轴压、钻杆扭矩、转速、钻进速度和岩体强度的定量关系，可以实现在钻进过程中快速准确的获取岩体强度的目的。与传统方法相比，此方法简单易行。CN106321093ACN106321093A权利要求书1/2页1.一种利用随钻监测技术测试岩体强度的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤100，在牙轮钻机上安装钻杆进尺实时测量装置，钻杆轴压实时测量装置，钻杆扭矩实时测量装置及钻杆转速实时测量装置；步骤200，选定钻孔位置，调平牙轮钻机，同时开启无线接收装置记录钻进过程中的各个参量；步骤300，在实验场开展钻进实验，获得不同岩性下钻杆轴压、钻杆转速与进尺速度及钻杆扭矩的对应关系；步骤400，对钻孔附近一定范围内不同深度处的岩石进行取样，开展室内岩石力学实验，以获得不同深度处岩体的强度参数；步骤500，借助理论分析，建立岩体强度参数与钻杆轴压、钻杆转速、进尺速度、钻杆扭矩之间的函数关系，该函数关系中包含钻头形状这一待定系数；步骤600，根据步骤300获得的对应关系及步骤400获得的强度参数，求解步骤500中所述的待定系数，得到可根据钻机工作参数计算施钻位置岩体强度的计算公式；步骤700，在测试区开展随钻测试，根据步骤600所获得的计算公式，即可快速获取不同钻进深度下的岩体强度参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述钻杆进尺实时测量装置包括激光测距仪和数据无线发射装置。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述钻杆轴压实时测量装置和所述钻杆扭矩实时测量装置分别包括应变片和网络式同步采集仪；所述钻杆转速实时测量装置为转速测量仪或转速探头。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤200中，钻孔位置通过GPS或卷尺进行定位。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤400中的室内实验为单轴压缩实验及三轴实验。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤400中的岩体强度参数包括粘聚力、内摩擦角。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤500中的理论分析步骤为：步骤501，牙轮钻头单齿压入岩体中的应力状态采用半无限空间受法向集中力作用问题的布西内斯科解，引入Drucker-Prager塑性准则，建立压力、粘聚力、内摩擦角和单齿破岩体积之间的函数关系；步骤502，根据钻杆转动一周单齿破岩体积的累积值，和通过进尺计算的破岩总体积相等的原则，先建立单齿破岩体积和牙轮钻宏观工作参数之间的关系，再进一步建立岩体强度和牙轮钻宏观工作参数之间的函数关系。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤600中，确定待定系数的方法为曲线拟合法和线性回归法。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤600中，所述的计算公式为将岩体强度表述为牙轮钻工作参数的函数，然后通过牙轮钻当前工作参数计算岩体强度。2CN106321093A权利要求书2/2页10.一种利用随钻监测技术测试岩体强度的装置，其特征在于，包括提供驱动动力的回转小车，和与所述回转小车连接以在岩土上钻孔的钻杆；在所述回转小车上安装有钻杆进尺实时测量装置，在所述钻杆上安装有钻杆轴压实时测量装置、钻杆扭矩实时测量装置和钻杆转速实时测量装置，以及接收各测量装置监测数据的无线接收装置。3CN106321093A说明书1/6页一种利用随钻监测技术测试岩体强度的方法与装置技术领域[0001]本发明属于矿山开采和岩土力学技术领域，具体地涉及一种测试岩体强度参数的方法，以及使用该方法的装置。背景技术[0002]岩体的