一种岩芯原状结构识别装置和方法 |
|||||||
| 申请号 | CN201410480660.4 | 申请日 | 2014-09-19 | 公开(公告)号 | CN104265219A | 公开(公告)日 | 2015-01-07 |
| 申请人 | 中国矿业大学; | 发明人 | 董青红; 张强; 徐鹏; 刘飞; 胡荡; | ||||
| 摘要 | 一种岩芯原状结构识别装置和方法，适用于岩体结构分析技术领域。主要内容是 发明 了一种可安装、连接在钻孔机具上的 浆液 注射器 ；其方法步骤为，钻机先钻取大孔至取样处，再同心钻取小孔，利用浆液注射器在待取芯处通过小孔注入 树脂 浆液，以加固具有原生裂隙的孔底岩体，取样后保持岩芯原状结构；待浆 凝固 后大直径套孔钻进，采取岩芯并沿不同方向制作切片，采用 显微镜 观测、拍照和 图像处理 方法，分析岩芯细观结构特征，其结构简单，使用方便，可以有效保持岩芯原生裂隙结构和降低岩芯扰动。 | ||||||
| 权利要求 | 1. 一种岩芯原状结构识别装置，其特征在于：它包括通过连接钻杆接头（1）与钻孔机具钻杆（14）连接的浆液注射器（15），所述浆液注射器（15）包括内部设有树脂浆液的浆液筒（8）和设置在浆液筒（8）尾部的活塞推进器，所述活塞推进器包括活塞连杆（3）和设置在活塞连杆（3）头部的活塞（5），所述浆液筒（8）头部上设有密封垫（10），浆液筒（8）头部正中心设有凸起的出液口（9），出液口（9）上设有密封帽（11），所述活塞（5）设置在浆液筒（8）内，活塞（5）上设有提高活塞（5）与浆液筒（8）之间密封效果的密封圈（6），所述活塞连杆（3）和浆液筒（8）尾部通过铣出的固定螺纹（7）旋紧。 |
||||||
| 说明书全文 | 一种岩芯原状结构识别装置和方法技术领域[0001] 本发明涉及一种岩芯原状结构识别装置和方法，尤其适用于岩体结构分析技术领域。 背景技术[0002] 岩体作为一种天然非均质材料，由结构体和结构面构成复杂结构，具有复杂的几何形态和几何分布，在工程中对岩体损伤演化和变形路径起控制作用。目前，针对坑、巷道内或地面深度30m以内的岩体，其内微观结构可通过取样后应用扫描电镜识别，而尺度大的断裂、节理可以通过钻孔和地球物理手段识别，如钻孔录像、声波、地震波透射反射成像和CT成像技术。但是节理密度高的岩体在钻孔揭穿后往往无法取芯以及保持原状结构，取样后很难保持样本的原貌，取芯后识别，卸荷对其结构的扰动影响又不可避免；此外，孔内录像对钻孔要求较高，除不能塌孔外，并且水蒸气不能大；因此，研制一种记录、识别岩芯原状结构的装置和方法具有充分的必要性。 发明内容[0003] 发明目的：针对上述技术的不足之处，提供一种结构简单，使用方便的岩芯原状结构识别装置和方法为实现上述技术目的，本发明的一种岩芯原状结构识别装置，它包括通过连接钻杆接头与钻孔机具钻杆连接的浆液注射器，所述浆液注射器包括内部设有树脂浆液的浆液筒和设置在浆液筒尾部的活塞推进器，所述活塞推进器包括活塞连杆和设置在活塞连杆头部的活塞，所述浆液筒头部上设有密封垫，浆液筒头部正中心设有凸起的出液口，出液口上设有密封帽，所述活塞设置在浆液筒内，活塞上设有提高活塞与浆液筒之间密封效果的密封圈，所述活塞连杆和浆液筒尾部通过铣出的固定螺纹旋紧。 [0004] 所述活塞连杆上套有弹簧，活塞连杆外套有用于将弹簧固定在内的外壳，所述外壳（2）的直径大于浆液筒，所述弹簧在注浆时，通过钻杆增大作用力，从而提供一个反作用力，使得浆液注射器通过密封垫和孔底紧密接触密封；所述密封圈和密封垫均由橡胶构成；一种岩芯原状结构识别方法，其步骤如下： a. 利用钻孔机具在待测位置钻出可放入浆液注射器的大孔直至识别位置，大孔的顶端的同心位置钻出一定深度的小孔； b 在浆液注射器的浆液筒内填充树脂浆液，旋转活塞连杆与浆液筒，通过固定螺纹将活塞连杆与浆液筒旋紧，将外壳与浆液筒通过螺纹旋紧，将浆液注射器通过连接钻杆接头与钻杆连接，并将浆液注射器塞入大孔； c. 利用钻孔机具通过钻杆向活塞连杆增加推进压力直至将浆液注射器推入大孔顶端，使得密封垫和大孔孔底紧密接触，利用钻孔机具旋转，并通过钻杆使得活塞连杆与浆液筒上旋紧的固定螺纹分离，使活塞可往前自由活动；利用钻孔机具继续对钻杆施加推进压力，通过活塞连杆产生的压力使出液口顶端的密封帽被浆液筒内的树脂浆液顶开，树脂浆液从出液口注入小孔中，树脂浆液沿小孔内的裂隙或孔隙渗入进入岩体，待树脂浆液凝固后，依次撤出钻杆、浆液注射器； d. 在钻杆顶端安装取芯管和钻头，使用钻杆将取芯管钻进至树脂浆液凝固后的岩体，撤出取芯管后从取芯管内取出采集的岩芯； e. 将待测岩芯制成切片并磨平，采用显微镜对切片进行观测和拍照，分析照片上岩芯内的颗粒、孔隙和裂隙分布的剖面形态，如分维数、裂隙长短轴的的走向玫瑰花图，从而将被测岩芯原状结构识别并记录下来。 [0005] 所述小孔的直径为37mm，深度为20-30cm。 [0006] 有益效果：本发明以坑、巷道内或地面钻孔深度30m以内岩体为研究对象，先在研究对象的岩体上钻出大孔，其包括浆液注射器，先钻取大孔至取样处，再同心钻取小孔，利用浆液注射器在待取芯处通过小孔注入树脂浆液，从而使加固具有原生裂隙的孔底岩体，浆液注射器前设有密封垫，从而防止树脂浆液向大孔内泄露，对小孔孔底凝固后的岩体取样，从而取出原生裂隙结构完好的取样岩芯，将取样的岩芯进行切片，并采用显微镜观测、拍照和图像处理方法，分析岩芯细观结构特征，其结构简单，使用方便，可以有效保持岩芯原生裂隙结构和降低岩芯扰动。 [0007] 附图说明：图1是本发明装置示意图 图2是钻孔注浆、取芯示意图 图3本发明方法综合流程图 图中：1-连接钻杆接头，2-外壳，3-活塞连杆，4-弹簧5-活塞，6-密封圈，7-固定螺纹，8-浆液筒，9-出液口，10-密封垫，11-密封帽，12-大孔，13-小孔，14-钻杆，15-浆液注射器，16-岩芯。 [0008] 具体实施方式：下面结合附图对本发明的具体实施例作详细说明： 如图1和图2所示，本发明的一种岩芯原状结构识别装置，包括通过连接钻杆接头1与钻孔机具钻杆14连接的浆液注射器15，所述浆液注射器15包括内部设有树脂浆液的浆液筒8和设置在浆液筒8尾部的活塞推进器，所述活塞推进器包括活塞连杆3和设置在活塞连杆3头部的活塞5，所述浆液筒8头部上设有密封垫10，浆液筒8头部正中心设有凸起的出液口9，出液口9上设有密封帽11，所述活塞5设置在浆液筒8内，活塞5上设有提高活塞5与浆液筒8之间密封的密封圈6，所述密封圈6和密封垫10均由橡胶构成，所述活塞连杆3和浆液筒8尾部通过铣出的固定螺纹7旋紧，所述固定螺纹7用于防止活塞连杆和浆液筒尾部碰撞致浆液筒内树脂浆液漏失；所述活塞连杆3上套有弹簧4，活塞连杆3外套有用于将弹簧4固定在内的外壳2，所述外壳2的直径大于浆液筒8并通过螺纹与浆液筒8固定，所述弹簧4在注浆时，通过钻杆14增大作用力，从而提供一个反作用力，使得浆液注射器通过密封垫10和孔底紧密接触密封，从而防止树脂浆液向大孔（12）内泄露。 [0009] 如图3所示，一种岩芯原状结构识别方法，其步骤如下：a. 使用直径为130mm的钻头，利用钻孔机具在待测位置钻出可放入浆液注射器15的大孔12直至识别位置，磨平钻孔孔底，同心钻取直径为37mm，大孔12的顶端的同心位置钻出一定深度的小孔13，所述小孔13的直径为37mm，深度为20-30cm； b 在浆液注射器15的浆液筒8内填充树脂浆液，通过固定螺纹7将活塞连杆3与浆液筒8旋紧，用密封帽11密封出液口9，将外壳与浆液筒8通过螺纹旋紧，将浆液注射器15通过连接钻杆接头1与钻杆14连接，并将浆液注射器15塞入大孔12； c. 利用钻孔机具通过钻杆14向活塞连杆3增加推进压力直至将浆液注射器15推入大孔12顶端，使得密封垫10和大孔12孔底紧密接触，利用钻孔机具旋转，并通过钻杆14使得活塞连杆3与浆液筒8上旋紧的固定螺纹7分离，使活塞5可往前自由活动；利用钻孔机具继续对钻杆(14)施加推进压力，通过活塞连杆3产生的压力使出液口9顶端的密封帽 11被浆液筒8内的树脂浆液顶开，树脂浆液从出液口9注入小孔13中，树脂浆液沿小孔13内的裂隙或孔隙渗入进入岩体，待树脂浆液凝固后，依次撤出钻杆14、浆液注射器15； d. 在钻杆顶端安装取芯管和钻头，使用钻杆14将取芯管钻进至树脂浆液凝固后的岩体，撤出取芯管后从取芯管内取出采集的岩芯16； e. 将待测岩芯16制成切片并磨平，采用显微镜对切片进行观测和拍照，分析照片上岩芯16内的颗粒、孔隙和裂隙分布的剖面形态，如分维数、裂隙长短轴的的走向玫瑰画图，包括轮廓曲线及面积、长短轴分布、分维数特征，作为描述获取岩芯的原状细观结构特征的基本参数。结构识别尺寸级别为100μm-cm。从而将被测岩芯16原状结构识别并记录下来。 |
||||||
