[发明专利]一种机械破岩试验的岩屑收集装置及钻进评价方法

权利要求书

1.一种机械破岩试验的钻进评价方法，该方法采用岩屑收集装置用于评价钻进破岩效率，岩屑收集装置由破岩与排屑系统(1)、岩屑收集系统(2)、数据采集与处理系统(3)组成，所述破岩与排屑系统(1)由钻头(6)、支撑座(8)、液压油缸(9)、底座(10)和排屑装置(4)组成；所述岩屑收集系统(2)由密封框一(11)、岩石紧固器(12)、密封环(13)、吸屑管(14)、金属板(15)、待测岩石(16)、岩屑收集盒(17)和吸尘电机(18)组成；所述数据采集与处理系统(3)由扭矩传感器(19)、转速传感器(20)、激光测距仪(21)和压力传感器(22)组成；其中，所述密封框一(11)由右端密封框(23)、左端密封框(25)、抽拉框(32)、把手(26)、滑轮(28)、全盖铰链a(29)、全盖铰链b(33)、螺纹柱a(24)、螺纹柱b(30)、铰链座a(27)、铰链座b(31)组成；所述密封框一(11)置于支撑座(8)凹槽内，所述岩石紧固器(12)销连接在密封框一(11)中间，与钻头(6)保持间距，所述吸屑管(14)与左端密封框(25)圆槽相连，所述吸屑管(14)前端装有密封环(13)，密封环(13)与左端密封框(25)螺栓连接；所述岩屑收集盒(17)位于吸屑管(14)的尾部，盒内空间与吸屑管(14)相通，所述岩屑收集盒(17)前端面设置为斜坡结构；

该方法步骤为：

步骤1，所述钻头(6)旋转过程中，所述液压油缸(9)在油压推动下使待测岩石(16)不断上升与所述钻头(6)接触，产生钻压W，压力传感器(22)得到钻压W传输到数据采集与处理系统(3)中；所述钻头(6)接触待测岩石(16)在钻压和扭矩的作用下切屑岩石；所述排屑装置(4)向进气口(5)进气，并从出气口(7)喷出，将岩屑排出；所述吸尘电机(18)启动，使密封框一(11)内部产生压差，吸收岩屑；所述扭矩传感器(19)和转速传感器(20)分别测出所述钻头(6)的扭矩T及转速N，所述激光测距仪(21)量出液压油缸(9)在切屑开始后的上升距离，得到l；两者将数据通过电线传输到所述数据采集与处理系统(3)中；

步骤2，计算出所述钻头(6)压入和旋转作用对破岩效率影响的机械比能公式：

；

利用微元法取所述钻头(6)切屑岩石过程中某一时刻的瞬时速度v_p，公式进一步转化为动态机械比能公式：

；

其中

W为钻压，KN；N为转速，r/min；d_b为所述钻头(6)直径，cm；T为扭矩，KN·m；l为切屑开始后液压油缸伸长量，cm；t为时间，min；

步骤3，所述数据采集与处理系统(3)将获得的实时数据带入编程好的动态机械比能公式E_M，钻头切屑单位体积岩石所消耗的机械能量反映了钻头的钻进效率；机械比能越大表明钻进效率越低、钻头与地层的适应性越差、钻进参数越有待优化。

2.根据权利要求1所述的一种机械破岩试验的钻进评价方法，其特征在于：所述抽拉框(32)边缘两侧焊接一对滑轮(28)；所述抽拉框(32)和左端密封框(25)、右端密封框(23)通过滑轮(28)连接；所述左端密封框(25)侧面上部开设圆槽，用于连接吸屑管(14)，圆槽大小和位置可根据岩屑收集系统(2)整体比例进行更改，所述抽拉框(32)前端面焊接把手(26)，后端面与底端面采用大门铰链连接，所述左端密封框(25)和右端密封框(23)上端面安装全盖铰链a(29)和全盖铰链b(33)，与抽拉框(32)上侧的铰链座a(27)和铰链座b(31)位置一致。