[发明专利]节理煤岩干式取岩样装置及其取样方法

说明书

 

一、     技术领域：

本发明涉及的是岩石力学工程、石油工程、采矿工程等领域中的岩石力学试样的制备工具，具体涉及的是节理煤岩干式取岩样装置及其取样方法。

二、背景技术：  

岩石力学实验是研究地表及地下深层岩石物理力学性质的关键方法，根据《煤和岩石物理力学性质测定方法》所规定的，岩石物理力学测试常用是圆柱形试样，尺寸多为Φ25mm*50mm或Φ50mm*100mm。然而煤岩多具有结构复杂，脆性大，易破碎，易压缩的性质，并且内部经常存大量的贯通或不贯通、间断或连续的裂隙，其非均质性和各向异性十分显著。不仅煤岩垂直层理方向上和平行层理方向上的力学物理性质差异较大，而且其组成成份在同一煤层中不同方向和不同深度上的差异也很大。层理为煤岩层的第一级弱结合面，面割理为次一级弱结合面。这些弱结合面对煤岩试样的制备、力学物理性质的测试有着不容忽视的影响。

若采用常规的室内取样方法，常存在以下问题：1、由于煤岩的非均质性和各向异性，试验时需要对不同方向钻取试样进行试验，而原煤的形状不规则及夹持不稳定等原因，导致了取样方向上往往会造成偏差；2、钻取过程中轻微的震动都可能使得煤样沿裂隙开裂，造成取样失败，即使成功钻成完整试样，要从整块煤岩块中取出试样，也十分困难，经常造成损坏已钻成样品的情况发生。3、煤岩对温度和水都十分敏感，常规的取样装置都需要用水来冷却钻头和携出岩屑，而煤样在水分的润湿软化作用下，节理裂隙等结构面的粘结力降低，煤体的刚度降低，塑性增强，这造成了煤岩取样时，只能用干取得方式进行取样，即不对钻头进行冷却直接进行取样的方式。然而在干钻取岩样过程中，试样层理常断裂或者松散，钻头温度过高，易被烧毁且影响了岩样的性质，这种方法的取样成功率很低。这些都使得煤岩地层岩石力学参数的测试成为了一个难题，极大的限制了现场施工进度，提高了施工成本。

三、发明内容：

本发明的目的是提供节理煤岩干式取岩样装置，它用于解决目前煤岩取样过程中，取样成功率低、成本高的问题，本发明还提供了这种节理煤岩干式取岩样装置的取样方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种节理煤岩干式取岩样装置包括切割装置和取样装置，切割装置具有切割座，切割电机安装在切割座的顶端，切割壁一端与切割座连接，切割壁另一端安装锯片，切割座与锯片之间安装有高度调节装置；切割座还具有切割轨道，滑轨底座与切割轨道连接，滑轨底座为双向滑轨，滑轨底座可沿切割轨道移动，也可沿与切割轨道相垂直的方向移动，滑轨底座上安装有底座平移控制手轮；滑轨底座的中心安装有转盘，转盘具有手轮，岩样放置在转盘上；岩样夹紧装置安装在滑轨底座四个角上，其通过伸缩式夹持臂和夹持件夹持岩样，夹持件为直角型的，伸缩式夹持臂为水平的，夹持件的垂直部分与伸缩式夹持臂固定连接，夹持件的水平部分通过螺栓与岩样紧固在一起；滑轨底座上具有与切割轨道相垂直的切削厚度调节轨道，滑轨底座上还安装有切削厚度调节手轮；

取样装置包括取样底座、夹持装置、金刚石取样钻头、可打开的透明罩体、制冷装置、吹气装置、排风扇，夹持装置设置在微调轨道上，微调轨道固定在取样底座上，可打开的透明罩体安装将夹紧装置罩住，金刚石取样钻头安装在岩石试样机上并处于透明罩体上方，金刚石取样钻头与夹持装置相对应；制冷装置安装在吹气装置的出口处并通过管线与吹气喷嘴相连接，吹气喷嘴设置透明罩体内，排风扇与透明罩体相通。

上述方案中高度调节装置为液压杆；滑轨底座是车床溜板箱。

上述方案中夹持装置为夹持器，内部有5-10mm的橡胶垫。

上述方案中制冷装置为小型冷气机，吹气装置是鼓风机或者空气压缩机。

上述节理煤岩干式取岩样装置的取样方法：

1、切割

a、观察煤岩，确定所需试样方向和裂缝走向，按方向将原煤放置在切割装置的转盘上，用夹紧装置固定，打开切割装置，移动转盘所在底座进行切割；

b、第一次切完后，移开底座，以尺寸Φ25mm*50mm试样为例，用切割厚度调节装置调节切割厚度为27~28mm，然后再次进行切割，取得所需长方体煤样，长方体煤块的厚度应该大于钻头内径小于钻头外径，以尺寸Φ25mm*50mm试样为例，切割厚度应为27-28mm；

2、取样

a、将岩石试样机稳固的固定在十分平整的台面上，并打开岩石试样机观察其振动情况，确定平稳后安装金刚石取样钻头，并保证其清洁；