鉆孔巖石抗壓強度原位測試儀
型 號：
原產地：國產
用 途：巖體強度是巖體力學中最基本參數，是礦井開拓部署、巷道布置與支護、煤炭開采及沖擊地壓、煤與瓦斯突出等災害防治必不可少的基礎參數。巖體強度包括單軸抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度、三軸抗壓強度等。其中單軸抗壓強度是常用的巖石強度指標。
鉆孔巖石強度原位測試儀
一、儀器介紹
巖體強度是巖體力學中最基本參數，是礦井開拓部署、巷道布置與支護、煤炭開采及沖擊地壓、煤與瓦斯突出等災害防治必不可少的基礎參數。巖體強度包括單軸抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度、三軸抗壓強度等。其中單軸抗壓強度是常用的巖石強度指標。
巖體強度可以通過實驗室或現場原位測試得到。但實驗室試驗的巖塊已經脫離巖體，在進行試驗時很難準確模擬和反映巖體在井下的實際狀態，如應力環境、結構面分布，以及其他井下環境因素。因此實驗室巖塊強度數據往往與井下巖體的實際情況出入較大，對于工程來講一般偏大。實際上，大多數巖體都含有軟弱結構面或夾層，而且煤體的強度一般較低，煤系地層中也經常遇到強度很低的巖石，都不易制備成試件。因此最好的方法是在現場測量巖體的各種力學指標，用以比較準確地描述巖體的力學性質。
現場測試強度的方法主要有大尺寸直剪試驗，壓縮試驗，聲波探測法，鉆孔鉆進法等，但要耗費大量人力物力，費用很高，而且測試點很少。
針對以上情況，我公司和中國礦業大學共同開發研制了鉆孔巖石抗壓強度原位測試儀，可以在鉆孔孔徑33毫米、42毫米、60毫米的鉆孔中使用。測量過程簡單方便，可實現快速測量。能夠測量井下不能取樣的軟弱破碎巖體。能夠測量鉆孔不同深度、不同層位的巖體。測量成本較低。
1 、測試原理：
測試儀探頭內的活塞在高壓油的驅動下發生位移，使端部探針壓向鉆孔孔壁，隨著手動泵油壓的增加，探針作用在鉆孔孔壁上的壓力不斷增加，一旦達到其臨界壓力，孔壁巖體便被壓壞，壓力會突然降低。此時，手動泵的壓力表所記錄的最高壓力讀數即為該點的巖體臨界壓力。經過換算，便可得到該點的巖體單軸抗壓強度。
設手動泵的油壓為δp，則探針端部的壓力δi為：
δi=d12/d22 δp
式中：d1-----探頭活塞直徑
d2-----探針的直徑
鉆孔探頭探針直徑為2毫米，活塞直徑為24毫米，所以
δi=144δp
關于臨界壓力與煤巖體單軸抗壓強度的關系，有多種表達式。美國的研究與試驗表明，煤巖體的單軸抗壓強度可用以下關系式表示：
δ c=ksfδf
式中：δ c------煤巖體單軸抗壓強度
δf-------臨界壓力
ksf-------強度換算系數
強度換算系數可以用以下方法得到：在現場進行測試的鉆孔中取芯，在實驗室進行傳統的巖試樣單軸抗壓強度試驗，通過回歸分析現場測點臨界壓力與同一地點巖芯單軸抗壓強度之間的關系求得強度換算系數。美國對于直徑76毫米的鉆孔，得到的強度換算系數平均為1.25，而對于直徑更小的鉆孔，強度換算系數為2.69。
經過我公司和中國礦業大學共同測試，我公司探頭直徑2毫米探頭的換算系數為：
δ c =9.6 δp
δ c------巖體單軸抗壓強度
δp------手動泵讀取臨界壓力
這個系數是我公司和中國礦業大學在混凝土模型和砂巖試驗中得出的數據，客戶也可以根據自己的不同試驗巖體得出更加精確的換算系數。
2、功能：
測試井下鉆孔中巖石的臨界破環壓力，通過簡單換算，可得到巖石的單軸抗壓強度。
1） 測試過程簡單方便，可實現快速測試2） 可以測試無法取樣的軟弱巖體3） 可以測試鉆孔內不同深度的巖體強度
3、主要技術指標：
1）可在孔徑33毫米、42毫米、60毫米的鉆孔中進行測試。也可以根據用戶需求，開發適用于各種鉆孔尺寸的探頭。2）手動泵最高壓力70MPa3）探頭探針加壓壓力比為144:14）探頭探針直徑2毫米5）探針量程：10毫米6）正常破環壓力可達3000MPa7）探頭增加探針回油復位功能，使測試數據更加準確
4、設備配置：
- 手動液壓泵 1臺
- 33mm鉆孔用探頭 2個
- 42mm鉆孔用探頭 2個
- 60mm鉆孔用探頭 2個
- 壓力傳感器 1個
- 數據采集儀 1套
- 高壓管及電纜 30米
- 電纜絞車 1個
- 安裝桿 20米
數據采集儀
探頭
二 、操作說明 1 儀器連接把探頭和高壓管連接，高壓管連接手動泵，手動泵接壓力傳感器，傳感器和采集儀連接，再把探頭連接到安裝桿。
2 密封測試
儀器連接好后，把探頭放置于鋼管中，開啟手動泵，加壓，壓力達到2MPa后，停止加壓，等待1分鐘左右，如果壓力穩定或緩慢下降，說明密封正常，然后卸壓。如果壓力無法穩定，檢查各接頭處是否有滲漏，如有滲漏，用扳手擰緊，再加壓測試，直到壓力穩定，然后卸壓。
3 測試
用安裝桿將探頭放至鉆孔測試位置，打開數據采集儀，加壓，注意位移變化，隨著壓力不斷升高，位移會緩慢增加，當壓力達到測試點巖體臨界強度時，位移會突然變大，壓力會突然變小，記錄臨界壓力值，該點測試完畢。
混凝土模型鉆孔中測試數據
砂巖中測試數據
混凝土模型上鉆孔的破碎坑
測試現場
- 2023-09-27鉆孔巖石抗壓強度原位測試儀