[发明专利]一种利用随钻监测技术测试岩体强度的方法与装置

说明书

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。

技术领域

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

岩体的力学性质与岩体的可钻性及可爆性密切相关，其既是进行爆破参数合理设计的依据，也是评价该类岩体后续机械破磨难易程度的主要指标。现有的测试岩体力学性质的方法一般包括钻孔取芯法、应力波法和电磁法等。

钻孔取芯法是通过钻孔获取岩样，再把岩样制作成试件，通过试验设备测试试件的力学性质。由于地层分布的复杂性，通过有限钻孔获取的岩芯，很难确切判断一定区域的岩体性质；此外，钻孔取芯法无法给出破碎带及厘米级软弱结构层的力学性质。更为主要的，此类方法需要经过取样、加工、测试等环节，无法做到测试分析的实时性，因此无法对爆破参数的优化设计提供快速指导。

应力波法是一种无损或微损的岩体力学参数测试方法，该方法主要利用炸药爆炸、高压气体突然释放等产生激振信号。上述振动信号以应力波的形式向岩体内部传播，被岩体内部及表面的振动传感器感知，通过分析各传感器所记录的应力波的到时、幅值、频率等要素，即可获得岩体的力学性质。此类方法虽能直接获得岩体的等效弹性模量等弹性参数，但无法给出岩体的强度参数。

电磁法是根据岩体电磁学性质和电化学特性的差异，通过对人工或天然电场、电磁场或电化学场的监测和分析，间接反映岩体的性质。此类方法虽能通过电磁场的差异分辨出不同岩性的地层，但却无法给出不同地层的弹性模量、强度等力学参数。

发明内容

本发明的目的是要提供一种测试岩体强度参数的方法，以及使用该方法的装置。

在本发明一个实施方式中，提供一种利用随钻监测技术测试岩体强度的方法，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。

在本发明的一个实施方式中，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。

在本发明的一个实施方式中，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。