岩石弱胶结岩石试件加工工艺的制作方法

本发明属于弱胶结岩石研究实验技术领域，尤其涉及一种岩石弱胶结岩石试件加工工艺。

背景技术：

弱胶结是西部地区岩层典型胶结状态，岩层内部裂隙、孔隙十分发育，胶结程度比较差，粘聚力比较低，导致岩石力学性质比较差，强度比较低，承受载荷的能力比较低，甚至遇到水后岩石表面开始破裂，岩石有逐渐崩解的趋势。但是随着国家能源战略的转移，加大了对西部地区能源开发力度，在实际中要更加广泛接触到弱胶结岩石，然而针对于弱胶结岩石的物理力学性质研究远远满足不了实际生产的需要，因此，要分析西部地区弱胶结岩石的物理力学性质，建立一套起针对于弱胶结岩石的相对完整的力学体系，从而更好的指导实际的生产。而对工程岩体的研究往往是先从实验室一系列相关实验开始的，但是由于弱胶结岩石颗粒之间粘结程度比较低，岩石易破碎，通过常规的岩石试件的加工办法很难加工成型。

目前，实验室内对岩石材料的试件加工工艺多为在钻取的工程中加水，但是弱胶结岩石在受到水的作用下，岩石颗粒容易遇水软化崩解，加工不成型。如果采用现有的加工工艺不能制成完整的岩样，不能满足实验的需要，因此迫切需要对现有的加工工艺进行改进，使得加工成的试件满足在实验室内做实验的尺寸要求。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种操作简便、易于加工、能确保试件完整性满足实验要求的岩石弱胶结岩石试件加工工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：岩石弱胶结岩石试件加工工艺，所述的加工工艺采用一种钻削系统，该钻削系统包括摇臂钻、夹具、密封连接装置、导风管、聚风罩、风量调节阀和鼓风机；夹具设置在摇臂钻的台板上，鼓风机设在摇臂钻一侧，摇臂钻的钻杆为空心结构，钻杆下端同轴向连接有钻筒，钻杆外部设有位于钻筒上方的密封连接装置，钻杆内设有位于钻筒上方的挡板，鼓风机的出风口通过聚风罩与导风管的一端连接，导风管的另一端与密封连接装置连接，密封连接装置的出风口与钻杆内壁连通；钻筒的内径为51mm，风量调节阀设在导风管上；

密封连接装置包括同轴向套设在钻杆上的套管，套管内壁与钻杆外壁之间通过至少两个推力轴承转动连接，套管下端设有下环板，下环板内圈与钻杆外壁之间设有下耐磨密封圈，套管内设有位于最下部的一个推力轴承下方的上环板，上环板内圈与钻杆外壁之间设有上耐磨密封圈，钻杆上设有位于上耐磨密封圈和下耐磨密封圈之间的透风孔，套管上设有位于上耐磨密封圈和下耐磨密封圈之间的连接孔，套管外壁设有管接头，管接头一端与导风管连接，管接头另一端与连接孔连通；

所述的加工工艺包括以下步骤：

（1）在现场进行钻孔取圆柱形的岩芯，所取的岩芯直径为62.5mm；

（2）在岩芯圆周表面沿母线方向先开设有一道或两道排屑槽，排屑槽的横断面呈正方形，该正方形的边长为3mm；

（3）将岩芯放置到夹具内，岩芯下端伸入到夹具内4-6cm后操控夹具夹紧岩芯，同时确保岩芯的中心线与钻筒的中心线重合；

（4）开启摇臂钻和鼓风机，调整摇臂钻的转速到160转/分钟，控制钻筒向下匀速移动，随着钻筒的向下移动，鼓风机产生的高压风依次通过聚风罩、导风管、管接头、连接孔、透风孔进入到钻杆内部，由于钻杆内部设有挡板，钻杆内的风向下进入到钻筒内，高压风为钻筒下端的钻头降温，岩屑由排屑槽排出，落到台板上，当钻筒下端邻近夹具0.5-1cm时，停止向下移动，向上退出钻筒，关闭摇臂钻和鼓风机，这样就将岩芯加工成为外径为51mm的长柱型试样；

（5）根据岩石力学试验规程规定，在实验时要制备直径50mm、高为100mm的标准试件或者是直径为50mm、高度为30mm的试件；需要对长柱型试样进行切割，使用一个内径小于50mm的PVC管，沿PVC管的母线方向开设有一道通透的伸缩槽孔，将长柱型试样插入到PVC管内，PVC管将长柱型试样紧紧包裹住，量取伸出PVC管的长度等于100mm或30mm，将PVC管和长柱型试样放置到切割机上进行切割，切割机的切割片沿PVC管的端部边沿切下，在切割的过程中要控制好速度，推进速度要慢，压力值为15psi，为0.1034MPa；

（6）然后将100mm和/或30mm长的试样的圆周表面进行磨削，磨削时砂轮每次进0.2mm，直到试样的外径达到50mm后停止磨削，这样就将试样加工成为直径50mm、高为100mm的标准试件或者是直径为50mm、高度为30mm的试件。

钻筒上部内壁和钻杆下部外壁均为结构相同的正六棱柱结构，钻杆下部插设在钻筒上部内，钻杆外部设有与钻筒上端顶压接触的限位环板，钻筒与钻杆之间沿径向方向插设有定位销轴。

在摇臂钻上设置有吸尘系统，吸尘系统包括抽风机、吸尘主管、布袋收尘器和安装套，安装套套设在钻筒下部，安装套内圈与钻筒外壁之间设有定位轴承，安装套顶部和底部分别设有一个轴承压盖，摇臂钻侧部沿垂直方向设有导轨，导轨上滑动设有滑块，安装套上部与滑块之间通过一根水平设置的横杆连接，安装套下部连接有底部敞口的聚尘罩，聚尘罩的下端边沿低于钻筒下端，聚尘罩上部设有至少两个抽气孔，聚尘罩顶部设有与抽气孔对应连通的吸尘罩，吸尘罩呈上小下大的圆锥形结构，每个吸尘罩顶部均连接有一个吸尘支管，布袋收尘器的进风口与吸尘主管的出口连接，所有的吸尘支管的出口与吸尘主管的进口连接，抽风机的吸风口与布袋收尘器的出风口连接；

在进行钻削作业时，开启抽风机，聚尘罩内产生负压，钻削过程中产生的粉尘依次通过抽气孔、吸尘罩、吸尘支管和吸尘主管被抽到布袋收尘器内；钻筒在旋转过程中，随着钻筒的向下移动，横杆带动滑块沿导轨向下移动，由于定位轴承的设置以及横杆的设置，聚尘罩只随着钻筒向下移动。

采用上述技术方案，本发明中的岩石弱胶结岩石试件钻削系统以在现有摇臂钻的基础上进行改进，在钻削过程中采用风冷的方式，并在钻杆上增设一种密封连接装置，在钻杆转动时，密封连接装置不转且可向钻筒下端送风，通过风量调节阀来调节冷却风的大小，上耐磨密封圈和下耐磨密封圈起到防止高压风外溢情况的发生。钻筒与钻杆之间采用正六棱柱的套接结构来传递扭力，并通过限位环板向下施加压力，避免了使定位销轴受到较强的剪切力而损坏，定位销轴起到轴向连接钻筒和钻杆的作用。所采用的夹具采用申请号为201510968069.8所公开的名称为一种标准试样加工过程中的抱紧装置。

由于吸尘系统的设置，确保钻削过程中操作者不受粉尘污染，有效保护操作者的身体健康。

综上所述，本发明加工工艺简单且操作简便，特别是采用钻削系统对现场实地钻孔岩芯试样进行钻取加工，并预先在岩芯圆周表面沿母线方向开设一道或两道排屑槽，有效避免弱胶结岩石标准试样加工过程中碎屑集聚造成试件过程中的卡钻，避免了钻进不顺利的现象，采用风冷的方式可确保试件的完整性，操作简便，科学环保，便于加工。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中密封连接装置、钻杆、钻筒和吸尘系统之间的轴向剖视图；

图3是本发明中PVC套管的结构示意图；

图4是岩芯圆周表面开设两道排屑槽的结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4所示，本发明的岩石弱胶结岩石试件钻削系统，包括摇臂钻1、夹具2、密封连接装置3、导风管4、聚风罩5、风量调节阀6和鼓风机7；夹具2设置在摇臂钻1的台板8上，鼓风机7设在摇臂钻1一侧，摇臂钻1的钻杆9为空心结构，钻杆9下端同轴向连接有钻筒10，钻杆9外部设有位于钻筒10上方的密封连接装置3，钻杆9内设有位于钻筒10上方的挡板11，鼓风机7的出风口通过聚风罩5与导风管4的一端连接，导风管4的另一端与密封连接装置3连接，密封连接装置3的出风口与钻杆9内壁连通；钻筒10的内径为51mm，风量调节阀6设在导风管4上。

密封连接装置3包括同轴向套设在钻杆9上的套管12，套管12内壁与钻杆9外壁之间通过至少两个推力轴承13转动连接，套管12下端设有下环板14，下环板14内圈与钻杆9外壁之间设有下耐磨密封圈15，套管12内设有位于最下部的一个推力轴承13下方的上环板16，上环板16内圈与钻杆9外壁之间设有上耐磨密封圈17，钻杆9上设有位于上耐磨密封圈17和下耐磨密封圈15之间的透风孔18，套管12上设有位于上耐磨密封圈17和下耐磨密封圈15之间的连接孔19，套管12外壁设有管接头20，管接头20一端与导风管4连接，管接头20另一端与连接孔19连通。

钻筒10上部内壁和钻杆9下部外壁均为结构相同的正六棱柱结构，钻杆9下部插设在钻筒10上部内，钻杆9外部设有与钻筒10上端顶压接触的限位环板21，钻筒10与钻杆9之间沿径向方向插设有定位销轴22。

在摇臂钻1上设置有吸尘系统，吸尘系统包括抽风机31、吸尘主管32、布袋收尘器33和安装套34，安装套34套设在钻筒10下部，安装套34内圈与钻筒10外壁之间设有定位轴承35，安装套34顶部和底部分别设有一个轴承压盖36，摇臂钻1侧部沿垂直方向设有导轨37，导轨37上滑动设有滑块38，安装套34上部与滑块38之间通过一根水平设置的横杆39连接，安装套34下部连接有底部敞口的聚尘罩40，聚尘罩40的下端边沿低于钻筒10下端，聚尘罩40上部设有至少两个抽气孔41，聚尘罩40顶部设有与抽气孔41对应连通的吸尘罩42，吸尘罩42呈上小下大的圆锥形结构，每个吸尘罩42顶部均连接有一个吸尘支管43，布袋收尘器33的进风口与吸尘主管32的出口连接，所有的吸尘支管43的出口与吸尘主管32的进口连接，抽风机31的吸风口与布袋收尘器33的出风口连接。

采用钻削系统进行岩石弱胶结岩石试件加工的工艺，包括以下步骤：

（1）在现场进行钻孔取圆柱形的岩芯23，所取的岩芯23直径为62.5mm；

（2）在岩芯23圆周表面沿母线方向先开设有一道或两道排屑槽24，排屑槽24的横断面呈正方形，该正方形的边长为3mm；

（3）将岩芯23放置到夹具2内，岩芯23下端伸入到夹具2内4-6cm后操控夹具2夹紧岩芯23，同时确保岩芯23的中心线与钻筒10的中心线重合；

（4）开启摇臂钻1和鼓风机7，调整摇臂钻1的转速到160转/分钟，控制钻筒10向下匀速移动，随着钻筒10的向下移动，鼓风机7产生的高压风依次通过聚风罩5、导风管4、管接头20、连接孔19、透风孔18进入到钻杆9内部，由于钻杆9内部设有挡板11，钻杆9内的风向下进入到钻筒10内，高压风为钻筒10下端的钻头降温，岩屑由排屑槽24排出，落到台板8上，当钻筒10下端邻近夹具20.5-1cm时，停止向下移动，向上退出钻筒10，关闭摇臂钻1和鼓风机7，这样就将岩芯23加工成为外径为51mm的长柱型试样；在进行钻削作业时，开启抽风机31，聚尘罩40内产生负压，钻削过程中产生的粉尘依次通过抽气孔41、吸尘罩42、吸尘支管43和吸尘主管被抽到布袋收尘器33内；钻筒10在旋转过程中，随着钻筒10的向下移动，横杆39带动滑块38沿导轨37向下移动，由于定位轴承35的设置以及横杆39的设置，聚尘罩40只随着钻筒10向下移动；

（5）根据岩石力学试验规程规定，在实验时要制备直径50mm、高为100mm的标准试件或者是直径为50mm、高度为30mm的试件；需要对长柱型试样进行切割，使用一个内径小于50mm的PVC管25，沿PVC管25的母线方向开设有一道通透的伸缩槽孔26，将长柱型试样插入到PVC管25内，PVC管25将长柱型试样紧紧包裹住，量取伸出PVC管25的长度等于100mm或30mm，将PVC管25和长柱型试样放置到切割机上进行切割，切割机的切割片沿PVC管25的端部边沿切下，在切割的过程中要控制好速度，推进速度要慢，压力值为15psi，为0.1034MPa；

（6）然后将100mm和/或30mm长的试样的圆周表面进行磨削，磨削时砂轮每次进0.2mm，直到试样的外径达到50mm后停止磨削，这样就将试样加工成为直径50mm、高为100mm的标准试件或者是直径为50mm、高度为30mm的试件。

本发明中的岩石弱胶结岩石试件钻削系统以在现有摇臂钻1的基础上进行改进，在钻削过程中采用风冷的方式，并在钻杆9上增设一种密封连接装置3，在钻杆9转动时，密封连接装置3不转且可向钻筒10下端送风，通过风量调节阀6来调节冷却风的大小，上耐磨密封圈17和下耐磨密封圈15起到防止高压风外溢情况的发生。钻筒10与钻杆9之间采用正六棱柱的套接结构来传递扭力，并通过限位环板21向下施加压力，避免了使定位销轴22受到较强的剪切力而损坏，定位销轴22起到轴向连接钻筒10和钻杆9的作用。所采用的夹具2采用申请号为201510968069.8所公开的名称为一种标准试样加工过程中的抱紧装置。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。