一種基于應(yīng)力解除法的鉆測一體化裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鉆測領(lǐng)域，具體涉及一種基于應(yīng)力解除法的鉆測一體化裝置，適用于應(yīng)力解除。
【背景技術(shù)】
[0002]地應(yīng)力廣泛存在，但難以獲取和揭示，同時(shí)它對深部工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和決策又起著重要的作用。隨著人類向深部地殼的不斷探索，地應(yīng)力的重要性日益顯現(xiàn)。目前，針對地應(yīng)力測量原理、技術(shù)和方法的研究正不斷地深入，相應(yīng)的測量儀器和設(shè)備也不斷地涌現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)地應(yīng)力測試技術(shù)的突破創(chuàng)造了條件。
[0003]人類對地應(yīng)力的認(rèn)識最早出現(xiàn)于20世紀(jì)初，而地應(yīng)力的實(shí)測工作則開始于20世紀(jì)30年代。隨著實(shí)測工作的開展，各種測量原理和測試裝置不斷涌現(xiàn)。其中，最具代表性的測試裝置是于20世紀(jì)50年代由美國礦務(wù)局研制出來的USBM鉆孔變形計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對巖體進(jìn)行應(yīng)力解除的地應(yīng)力測試方法。至今，應(yīng)力解除法依然是主要的地應(yīng)力測量方法。
[0004]應(yīng)力解除法是建立在彈性理論基礎(chǔ)之上，即假設(shè)巖塊是均勻連續(xù)的，并認(rèn)為加載和卸載時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變之間具有相同的函數(shù)關(guān)系。同時(shí)，切割出來的巖石單元體，其自重與所受載荷相比，小到可略去不計(jì)。目前，現(xiàn)場常用的應(yīng)力解除法可分為兩大類:一是孔底應(yīng)力解除法。打一個(gè)平底鉆孔到需測應(yīng)力的預(yù)定深度，再把電阻應(yīng)變片粘貼在孔底的中心處，作為應(yīng)變傳感器;然后延伸鉆孔，將貼有應(yīng)變片的巖芯與基巖分離，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力解除。二是套孔應(yīng)力解除法，先打一個(gè)大鉆孔到接近測點(diǎn)的預(yù)定深度，然后向前打同心小鉆孔;在小鉆孔內(nèi)安裝三軸應(yīng)變計(jì)(孔壁應(yīng)變法)或孔徑變形傳感器(孔徑變形法)等;最后延伸大鉆孔，將筒狀巖芯與基巖分離，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力解除。
[0005]應(yīng)力解除法的測試裝置多采用壓磁和應(yīng)變式傳感器，通過測量應(yīng)力解除前后鉆孔孔徑的變化來計(jì)算地應(yīng)力的大小和方向?，F(xiàn)場的通常操作步驟為:首先在需要測量地應(yīng)力的地方，打一個(gè)較大的鉆孔，鉆孔至一定深度后，更換鉆頭將孔底磨平，再換一個(gè)楔形鉆頭，打出一個(gè)喇叭孔(起導(dǎo)正作用)，再更換小鉆頭和鉆桿，在大孔中心鉆一個(gè)小的測量孔，然后提起鉆桿，在測量孔中安裝測量傳感器，傳感器引線穿過所有鉆桿，然后大鉆頭繼續(xù)鉆孔，完成應(yīng)力解除的鉆進(jìn);整個(gè)應(yīng)力解除法的設(shè)備安裝和測試過程較為復(fù)雜，包括了大孔鉆進(jìn)、孔底磨平、導(dǎo)正孔形成、測量孔鉆進(jìn)、傳感器布設(shè)、解除孔鉆進(jìn)等多個(gè)步驟，每一步都需鉆機(jī)配合提放鉆桿來實(shí)現(xiàn)鉆頭的更換，特別是傳感器布設(shè)時(shí)的引線問題嚴(yán)重阻礙了該方法在深孔中的應(yīng)用，使得應(yīng)力解除法往往只局限于淺孔的測試。
[0006]因此，如何突破長期以來困擾著應(yīng)力解除法的測試過程復(fù)雜性問題，實(shí)現(xiàn)深孔和超深孔的高效地應(yīng)力測試，是地應(yīng)力測試技術(shù)發(fā)展的重要方向。
[0007]鑒于目前應(yīng)力解除法存在的問題，本發(fā)明提出一種基于應(yīng)力解除法的鉆測一體化裝置，利用脫離控制部件協(xié)調(diào)解除孔鉆頭和測量孔鉆頭之間的相互配合來實(shí)現(xiàn)鉆測一體化以替代傳統(tǒng)復(fù)雜的測試過程，并能夠?qū)崿F(xiàn)深孔的地應(yīng)力探測，從根本上解決了應(yīng)力解除法測試過程中的主要技術(shù)難題，使地應(yīng)力測試技術(shù)和裝置得到了突破性和實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。該裝置采用機(jī)械構(gòu)件來連接解除孔鉆頭部件和測量孔鉆頭部件，解除孔鉆頭部件上的傳動(dòng)齒帶動(dòng)測量孔鉆頭部件鉆進(jìn)，當(dāng)測量鉆頭部件進(jìn)入到合適測量區(qū)域后，脫離控制部件中的傳力筒將推動(dòng)短限位銷退出導(dǎo)向槽，在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下，傳動(dòng)齒將脫離支撐臺和導(dǎo)向槽，從而實(shí)現(xiàn)解除孔鉆頭部件和測量孔鉆頭部件的分離，解除孔鉆頭部件處于釋放狀態(tài)，最終形成解除鉆孔，測量結(jié)束后，解除孔鉆頭部件將通過限位槽或者傳動(dòng)齒取出測量鉆頭部件，實(shí)現(xiàn)整套裝置的回收過程，通過測量系統(tǒng)最終計(jì)算出地應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力解除法的快速測量。該裝置的優(yōu)點(diǎn)在于:I)結(jié)構(gòu)簡單。由簡單機(jī)械構(gòu)件組成的脫離控制部件來控制解除孔鉆頭和測量孔鉆頭的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)鉆測一體化，并能夠?qū)崿F(xiàn)整套裝置的同時(shí)回收;2)操作方便。采用解除孔鉆頭和測量孔鉆頭同時(shí)進(jìn)入孔底的方法，操作方便，容易實(shí)現(xiàn)，測量效率更高；3)可靠性高。采用結(jié)構(gòu)簡易的機(jī)械部件更容易在環(huán)境復(fù)雜的鉆孔中實(shí)現(xiàn)，操作過程可靠;4)對環(huán)境要求低。利用垂直槽來攪動(dòng)沉渣，保證測量系統(tǒng)能夠完全進(jìn)入巖石層，克服了環(huán)境的影響，可用于深孔和超深孔的地應(yīng)力測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供了一種基于應(yīng)力解除法的鉆測一體化裝置，構(gòu)思新穎、設(shè)計(jì)巧妙、結(jié)構(gòu)合理、可靠度高、易于實(shí)現(xiàn)，突破了地應(yīng)力測量裝置以往復(fù)雜的操作局限性，提升了應(yīng)力解除法裝置的探測深度和便捷度，使基于應(yīng)力解除法的鉆測一體化裝置能夠成為新一代的地應(yīng)力測試裝置，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)措施:
一種基于應(yīng)力解除法的鉆測一體化裝置，包括筒狀的解除孔鉆頭部件，還包括脫離控制部件和測量孔鉆頭部件，
解除孔鉆頭部件包括筒狀的鉆桿，鉆桿內(nèi)側(cè)設(shè)置有傳動(dòng)齒，鉆桿底部設(shè)置有解除孔鉆頭，
測量孔鉆頭部件包括柱狀的外殼，外殼的上套設(shè)有環(huán)形定位部，環(huán)形定位部的外側(cè)沿外殼的縱向方向開設(shè)有導(dǎo)向槽，導(dǎo)向槽貫穿環(huán)形定位部的上下表面，環(huán)形定位部的外側(cè)還開設(shè)有傳動(dòng)齒放置槽，傳動(dòng)齒放置槽貫穿環(huán)形定位部的上表面，環(huán)形定位部上位于傳動(dòng)齒放置槽下方的部分構(gòu)成支撐臺，傳動(dòng)齒放置槽與導(dǎo)向槽的側(cè)部連通，環(huán)形定位部上還設(shè)置有貫穿環(huán)形定位部的上下表面的定位孔，外殼的底部設(shè)置有測量孔鉆頭，測量孔鉆頭的上部套設(shè)有楔形鉆頭，楔形鉆頭包括筒狀的連接柱和連接柱下方的錐形頭，
脫離控制部件包括限位環(huán)，還包括設(shè)置在限位環(huán)上的長限位插銷和短限位插銷，長限位插銷插入定位孔，短限位插銷插入導(dǎo)向槽，長限位插銷下方還設(shè)置有套設(shè)在外殼上的傳力筒，傳力筒的內(nèi)徑小于楔形鉆頭的外徑，傳力筒的外徑大于楔形鉆頭的外徑。
[0010]如上所述的外殼上部套設(shè)有內(nèi)限位臺，內(nèi)限位臺上方還設(shè)置有外限位臺，外限位臺的外徑大于內(nèi)限位臺的外徑，鉆桿上部的內(nèi)側(cè)設(shè)置有下限位臺和上限位臺，上限位臺位于下限位臺的上方，上限位臺的內(nèi)徑與外限位臺的外徑適配，下限位臺的內(nèi)徑與內(nèi)限位臺的外徑適配，內(nèi)限位臺與限位環(huán)之間設(shè)置有彈簧。
[0011]如上所述的傳力筒的頂部設(shè)置有剖面為圓弧的環(huán)形槽，長限位插銷的底部嵌入有滾珠，滾珠設(shè)置在環(huán)形槽上。
[0012]如上所述的傳力筒的底部為齒狀。
[0013]如上所述的測量孔鉆頭上設(shè)置有測量系統(tǒng)。
[0014]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)勢:
1、本發(fā)明利用機(jī)械構(gòu)件之間的相互配合，實(shí)現(xiàn)鉆測一體化過程；
2、本發(fā)明機(jī)械結(jié)構(gòu)簡便，操作方便，容易實(shí)現(xiàn)，獲得的數(shù)據(jù)更加豐富，取得的結(jié)果更加可靠，避免了為驗(yàn)證而進(jìn)行的重復(fù)測試；
3、本發(fā)明解決了解除應(yīng)力法的復(fù)雜操作過程和低測量深度問題，使測試能力得到了顯著提高，對測試環(huán)境的要求顯著下降；
4、本發(fā)明的構(gòu)思嚴(yán)密、設(shè)計(jì)巧妙、尺寸合理；
5、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)體系和總體布局簡單，易于實(shí)施。
[0015]總之，本發(fā)明提供了一種利用機(jī)械構(gòu)件相互配合的方法來實(shí)現(xiàn)解除孔鉆頭和測量孔鉆頭之間的一體化裝置，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力解除法的鉆測一體化過程，提高了測試的可靠性和應(yīng)用范圍。該方法設(shè)計(jì)巧妙，構(gòu)思嚴(yán)密，結(jié)構(gòu)體系簡單，易于實(shí)施。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)不意圖；
圖2為解除孔鉆頭部件結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為脫離控制部件結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為測量孔鉆頭部件結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為傳動(dòng)齒結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為傳動(dòng)筒不意圖；
圖7為限位爪示意圖；
圖8為限位銷分布示意圖；
圖9為環(huán)形定位部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10為傳動(dòng)齒、