一種巖芯原狀結(jié)構(gòu)識別裝置和方法
【專利摘要】一種巖芯原狀結(jié)構(gòu)識別裝置和方法，適用于巖體結(jié)構(gòu)分析【技術(shù)領(lǐng)域】。主要內(nèi)容是發(fā)明了一種可安裝、連接在鉆孔機(jī)具上的漿液注射器；其方法步驟為，鉆機(jī)先鉆取大孔至取樣處，再同心鉆取小孔，利用漿液注射器在待取芯處通過小孔注入樹脂漿液，以加固具有原生裂隙的孔底巖體，取樣后保持巖芯原狀結(jié)構(gòu)；待漿凝固后大直徑套孔鉆進(jìn)，采取巖芯并沿不同方向制作切片，采用顯微鏡觀測、拍照和圖像處理方法，分析巖芯細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征，其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可以有效保持巖芯原生裂隙結(jié)構(gòu)和降低巖芯擾動(dòng)。
【專利說明】一種巖芯原狀結(jié)構(gòu)識別裝置和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種巖芯原狀結(jié)構(gòu)識別裝置和方法，尤其適用于巖體結(jié)構(gòu)分析【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]巖體作為一種天然非均質(zhì)材料，由結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)面構(gòu)成復(fù)雜結(jié)構(gòu)，具有復(fù)雜的幾何形態(tài)和幾何分布，在工程中對巖體損傷演化和變形路徑起控制作用。目前，針對坑、巷道內(nèi)或地面深度30m以內(nèi)的巖體，其內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)可通過取樣后應(yīng)用掃描電鏡識別，而尺度大的斷裂、節(jié)理可以通過鉆孔和地球物理手段識別，如鉆孔錄像、聲波、地震波透射反射成像和CT成像技術(shù)。但是節(jié)理密度高的巖體在鉆孔揭穿后往往無法取芯以及保持原狀結(jié)構(gòu)，取樣后很難保持樣本的原貌，取芯后識別，卸荷對其結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)影響又不可避免；此外，孔內(nèi)錄像對鉆孔要求較高，除不能塌孔外，并且水蒸氣不能大；因此，研制一種記錄、識別巖芯原狀結(jié)構(gòu)的裝置和方法具有充分的必要性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:針對上述技術(shù)的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，使用方便的巖芯原狀結(jié)構(gòu)識別裝置和方法
為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的一種巖芯原狀結(jié)構(gòu)識別裝置，它包括通過連接鉆桿接頭與鉆孔機(jī)具鉆桿連接的漿液注射器，所述漿液注射器包括內(nèi)部設(shè)有樹脂漿液的漿液筒和設(shè)置在漿液筒尾部的活塞推進(jìn)器，所述活塞推進(jìn)器包括活塞連桿和設(shè)置在活塞連桿頭部的活塞，所述漿液筒頭部上設(shè)有密封墊，漿液筒頭部正中心設(shè)有凸起的出液口，出液口上設(shè)有密封帽，所述活塞設(shè)置在漿液筒內(nèi)，活塞上設(shè)有提高活塞與漿液筒之間密封效果的密封圈，所述活塞連桿和漿液筒尾部通過銑出的固定螺紋旋緊。
[0004]所述活塞連桿上套有彈簧，活塞連桿外套有用于將彈簧固定在內(nèi)的外殼，所述外殼(2)的直徑大于漿液筒，所述彈簧在注漿時(shí)，通過鉆桿增大作用力，從而提供一個(gè)反作用力，使得漿液注射器通過密封墊和孔底緊密接觸密封；所述密封圈和密封墊均由橡膠構(gòu)成；
一種巖芯原狀結(jié)構(gòu)識別方法，其步驟如下:
a.利用鉆孔機(jī)具在待測位置鉆出可放入漿液注射器的大孔直至識別位置，大孔的頂端的同心位置鉆出一定深度的小孔；
b在漿液注射器的漿液筒內(nèi)填充樹脂漿液，旋轉(zhuǎn)活塞連桿與漿液筒，通過固定螺紋將活塞連桿與漿液筒旋緊，將外殼與漿液筒通過螺紋旋緊，將漿液注射器通過連接鉆桿接頭與鉆桿連接，并將漿液注射器塞入大孔；
c.利用鉆孔機(jī)具通過鉆桿向活塞連桿增加推進(jìn)壓力直至將漿液注射器推入大孔頂端，使得密封墊和大孔孔底緊密接觸，利用鉆孔機(jī)具旋轉(zhuǎn)，并通過鉆桿使得活塞連桿與漿液筒上旋緊的固定螺紋分離，使活塞可往前自由活動(dòng)；利用鉆孔機(jī)具繼續(xù)對鉆桿施加推進(jìn)壓力，通過活塞連桿產(chǎn)生的壓力使出液口頂端的密封帽被漿液筒內(nèi)的樹脂漿液頂開，樹脂漿液從出液口注入小孔中，樹脂漿液沿小孔內(nèi)的裂隙或孔隙滲入進(jìn)入巖體，待樹脂漿液凝固后，依次撤出鉆桿、漿液注射器；
d.在鉆桿頂端安裝取芯管和鉆頭，使用鉆桿將取芯管鉆進(jìn)至樹脂漿液凝固后的巖體，撤出取芯管后從取芯管內(nèi)取出采集的巖芯；
e.將待測巖芯制成切片并磨平，采用顯微鏡對切片進(jìn)行觀測和拍照，分析照片上巖芯內(nèi)的顆粒、孔隙和裂隙分布的剖面形態(tài)，如分維數(shù)、裂隙長短軸的的走向玫瑰花圖，從而將被測巖芯原狀結(jié)構(gòu)識別并記錄下來。
[0005]所述小孔的直徑為37mm，深度為20_30cm。
[0006]有益效果:本發(fā)明以坑、巷道內(nèi)或地面鉆孔深度30m以內(nèi)巖體為研究對象，先在研究對象的巖體上鉆出大孔，其包括漿液注射器，先鉆取大孔至取樣處，再同心鉆取小孔，利用漿液注射器在待取芯處通過小孔注入樹脂漿液，從而使加固具有原生裂隙的孔底巖體，漿液注射器前設(shè)有密封墊，從而防止樹脂漿液向大孔內(nèi)泄露，對小孔孔底凝固后的巖體取樣，從而取出原生裂隙結(jié)構(gòu)完好的取樣巖芯，將取樣的巖芯進(jìn)行切片，并采用顯微鏡觀測、拍照和圖像處理方法，分析巖芯細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征，其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可以有效保持巖芯原生裂隙結(jié)構(gòu)和降低巖芯擾動(dòng)。
[0007]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1是本發(fā)明裝置示意圖圖2是鉆孔注漿、取芯示意圖圖3本發(fā)明方法綜合流程圖
圖中:1-連接鉆桿接頭，2-外殼，3-活塞連桿，4-彈簧5-活塞，6-密封圈，7-固定螺紋，8-漿液筒，9-出液口，10-密封墊，11-密封帽，12-大孔，13-小孔，14-鉆桿，15-漿液注射器，16-巖芯。
[0008]【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例作詳細(xì)說明:
如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種巖芯原狀結(jié)構(gòu)識別裝置，包括通過連接鉆桿接頭1與鉆孔機(jī)具鉆桿14連接的漿液注射器15，所述漿液注射器15包括內(nèi)部設(shè)有樹脂漿液的漿液筒8和設(shè)置在漿液筒8尾部的活塞推進(jìn)器，所述活塞推進(jìn)器包括活塞連桿3和設(shè)置在活塞連桿3頭部的活塞5，所述漿液筒8頭部上設(shè)有密封墊10，漿液筒8頭部正中心設(shè)有凸起的出液口 9，出液口 9上設(shè)有密封帽11，所述活塞5設(shè)置在漿液筒8內(nèi)，活塞5上設(shè)有提高活塞5與漿液筒8之間密封的密封圈6，所述密封圈6和密封墊10均由橡膠構(gòu)成，所述活塞連桿3和漿液筒8尾部通過銑出的固定螺紋7旋緊，所述固定螺紋7用于防止活塞連桿和漿液筒尾部碰撞致漿液筒內(nèi)樹脂漿液漏失；所述活塞連桿3上套有彈簧4，活塞連桿3外套有用于將彈簧4固定在內(nèi)的外殼2，所述外殼2的直徑大于漿液筒8并通過螺紋與漿液筒8固定，所述彈簧4在注漿時(shí)，通過鉆桿14增大作用力，從而提供一個(gè)反作用力，使得漿液注射器通過密封墊10和孔底緊密接觸密封，從而防止樹脂漿液向大孔(12)內(nèi)泄露。
[0009]如圖3所示，一種巖芯原狀結(jié)構(gòu)識別方法，其步驟如下:
a.使用直徑為130_的鉆頭，利用鉆孔機(jī)具在待測位置鉆出可放入漿液注射器15的大孔12直至識別位置，磨平鉆孔孔底，同心鉆取直徑為37_，大孔12的頂端的同心位置鉆出一定深度的小孔13，所述小孔13的直徑為37_，深度為20-30cm ；
b在漿液注射器15的漿液筒8內(nèi)填充樹脂漿液，通過固定螺紋7將活塞連桿3與漿液筒8旋緊，用密封帽11密封出液口 9，將外殼與漿液筒8通過螺紋旋緊，將漿液注射器15通過連接鉆桿接頭1與鉆桿14連接，并將漿液注射器15塞入大孔12 ；
c.利用鉆孔機(jī)具通過鉆桿14向活塞連桿3增加推進(jìn)壓力直至將漿液注射器15推入大孔12頂端，使得密封墊10和大孔12孔底緊密接觸，利用鉆孔機(jī)具旋轉(zhuǎn)，并通過鉆桿14使得活塞連桿3與漿液筒8上旋緊的固定螺紋7分離，使活塞5可往前自由活動(dòng)；利用鉆孔機(jī)具繼續(xù)對鉆桿(14)施加推進(jìn)壓力，通過活塞連桿3產(chǎn)生的壓力使出液口 9頂端的密封帽11被漿液筒8內(nèi)的樹脂漿液頂開，樹脂漿液從出液口 9注入小孔13中，樹脂漿液沿小孔13內(nèi)的裂隙或孔隙滲入進(jìn)入巖體，待樹脂漿液凝固后，依次撤出鉆桿14、漿液注射器15 ；
d.在鉆桿頂端安裝取芯管和鉆頭，使用鉆桿14將取芯管鉆進(jìn)至樹脂漿液凝固后的巖體，撤出取芯管后從取芯管內(nèi)取出采集的巖芯16 ；
e.將待測巖芯16制成切片并磨平，采用顯微鏡對切片進(jìn)行觀測和拍照，分析照片上巖芯16內(nèi)的顆粒、孔隙和裂隙分布的剖面形態(tài)，如分維數(shù)、裂隙長短軸的的走向玫瑰畫圖，包括輪廓曲線及面積、長短軸分布、分維數(shù)特征，作為描述獲取巖芯的原狀細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征的基本參數(shù)。結(jié)構(gòu)識別尺寸級別為100 μ m-cm。從而將被測巖芯16原狀結(jié)構(gòu)識別并記錄下來。
【權(quán)利要求】
1.一種巖芯原狀結(jié)構(gòu)識別裝置，其特征在于:它包括通過連接鉆桿接頭(I)與鉆孔機(jī)具鉆桿(14)連接的漿液注射器(15)，所述漿液注射器(15)包括內(nèi)部設(shè)有樹脂漿液的漿液筒(8 )和設(shè)置在漿液筒(8 )尾部的活塞推進(jìn)器，所述活塞推進(jìn)器包括活塞連桿(3 )和設(shè)置在活塞連桿(3 )頭部的活塞(5 )，所述漿液筒(8 )頭部上設(shè)有密封墊(10 )，漿液筒(8 )頭部正中心設(shè)有凸起的出液口( 9 )，出液口( 9 )上設(shè)有密封帽(11)，所述活塞(5 )設(shè)置在漿液筒(8 )內(nèi)，活塞(5 )上設(shè)有提高活塞(5 )與漿液筒(8 )之間密封效果的密封圈(6 )，所述活塞連桿(3 )和漿液筒(8 )尾部通過銑出的固定螺紋(7 )旋緊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖芯原狀結(jié)構(gòu)識別裝置，其特征在于:所述活塞連桿(3)上套有彈簧(4),活塞連桿(3)外套有用于將彈簧(4)固定在內(nèi)的外殼(2),所述外殼(2)的直徑大于漿液筒(8)，所述彈簧(4)在注漿時(shí)，通過鉆桿(14)增大作用力，從而提供一個(gè)反作用力，使得漿液注射器通過密封墊(10)和孔底緊密接觸密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖芯原狀結(jié)構(gòu)識別裝置，其特征在于:所述密封圈(6)和密封墊(10)均由橡膠構(gòu)成。
4.一種使用權(quán)利要求1所述裝置的巖芯原狀結(jié)構(gòu)識別方法，其特征在于步驟如下: a.利用鉆孔機(jī)具在待測位置鉆出可放入漿液注射器(15)的大孔(12)直至識別位置，大孔(12)的頂端的同心位置鉆出一定深度的小孔(13)； b在漿液注射器(15 )的漿液筒(8 )內(nèi)填充樹脂漿液，通過固定螺紋(7 )將活塞連桿(3 )與漿液筒(8 )旋緊，用密封帽(11)密封出液口( 9 )，將外殼(2 )與漿液筒(8 )通過螺紋旋緊，將漿液注射器(15)通過連接鉆桿接頭(I)與鉆桿(14)鏈接，并將漿液注射器(15)塞入大孔(12)； c.利用鉆孔機(jī)具通過鉆桿(14)向活塞連桿(3)增加推進(jìn)壓力直至將漿液注射器(15)推入大孔(12)頂端，使得密封墊(10)和大孔(12)孔底緊密接觸，利用鉆孔機(jī)具旋轉(zhuǎn)，并通過鉆桿(14 )使得活塞連桿(3 )與漿液筒(8 )上旋緊的固定螺紋(7 )分離，使活塞(5 )可往前自由活動(dòng)；利用鉆孔機(jī)具繼續(xù)對鉆桿(14)施加推進(jìn)壓力，通過活塞連桿(3)產(chǎn)生的壓力使出液口(9)頂端的密封帽(11)被漿液筒(8)內(nèi)的樹脂漿液頂開，樹脂漿液從出液口(9)注入小孔(13)中，樹脂漿液沿小孔(13)內(nèi)的裂隙或孔隙滲入進(jìn)入巖體，待樹脂漿液凝固后，依次撤出鉆桿(14)、漿液注射器(15)； d.在鉆桿(14)頂端安裝取芯管和鉆頭，使用鉆桿(14)將取芯管鉆進(jìn)至樹脂漿液凝固后的巖體，卡取巖芯提鉆后從取芯管內(nèi)取出巖芯(16)； e.將待測巖芯(16)制成切片并磨平，采用顯微鏡對切片進(jìn)行觀測和拍照，分析照片上巖芯(16)內(nèi)的顆粒、孔隙和裂隙分布的剖面形態(tài)，如分維數(shù)、裂隙長短軸的走向玫瑰花圖，從而將被測巖芯(16)原狀結(jié)構(gòu)識別并記錄下來。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的巖芯原狀結(jié)構(gòu)識別方法，其特征在于:所述小孔(13)的直徑為 37mm,深度為 20_30cm。
【文檔編號】E21B25/00GK104265219SQ201410480660
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】董青紅, 張強(qiáng), 徐鵬, 劉飛, 胡蕩 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)