一种遇水易崩解岩石的取芯装置和方法

1.本发明涉及岩石物理力学室内实验测试技术领域，具体是一种遇水易崩解岩石取芯装置和方法。


背景技术：

2.遇水易崩解的岩石属于工程性质不良的岩石，遇水后会发生明显的膨胀变形甚至崩解，同时强度大幅度降低，由此给工程质量和施工安全带来巨大隐患，同时也是施工难度所在，因此，开展此类岩石的室内试验研究具有重大工程意义。
3.岩石加工成试验岩样过程中，取芯是开展各类岩石室内物理力学试验的基础，岩芯质量的高低对室内试验的准确性有着直接的影响，现有的岩石取芯机在取芯过程中，由于钻头钻进会产生大量的热量，温度的升高不仅会对取芯机的钻头和胶垫产生破坏，影响机器使用寿命，更重要的是对岩样性质产生影响，因此在取芯过程中应采取有效措施对岩样和钻头进行冷却。
4.现有岩石取芯机大多采用接通冷却水予以直接降温的方法，此方法对绝大部分岩石能达到冷却的效果，但部分对水十分敏感的岩石，遇水后会发生变形、崩解甚至泥化的现象，同时泥化的岩样无法保证规定的试样尺寸，也极易造成卡钻现象的发生，成样率很低，无法满足试验需求，故此类遇水易崩解的岩石无法直接用水进行冷却。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种遇水易崩解岩石取芯装置和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种遇水易崩解岩石的取芯装置，包括自动取芯机、空气压缩机、输气管、输水管、三通管和计算机，所述自动取芯机的一侧设置有空气压缩机，所述空气压缩机的出气端上安装有输气管，所述输气管上安装有三通管，所述三通管的上部端口上安装有输水管，所述三通管的侧部端口上安装有连接法兰，所述自动取芯机上安装有自动取芯机进水管，所述自动取芯机进水管通过连接法兰与三通管连接，所述三通管上紧靠输水管的一端安装有第一电磁调节阀，所述三通管上紧靠输水管的一端安装有第二电磁调节阀，所述空气压缩机的一侧设置有桌台，所述桌台上设置有计算机，所述计算机的一侧设置有plc控制器。
8.作为本发明进一步的方案：所述桌台的底部设置有电箱，所述电箱与计算机通过导线电性连接，所述计算机与plc控制器通过导线电性连接。
9.作为本发明再进一步的方案：所述第一电磁调节阀和第二电磁调节阀上分别连接有第一控制线和第二控制线，所述第一电磁调节阀通过第一控制线与plc控制器电性连接，所述第二电磁调节阀通过第二控制线与plc控制器电性连接。
10.作为本发明再进一步的方案：所述输水管与外部抽水设备的出水端电性连接，所述自动取芯机进水管为橡胶软管，所述自动取芯机进水管与钻头连接装置的进水孔相连
接。
11.作为本发明再进一步的方案：所述桌台的上部安装有遮雨棚，所述计算机和plc控制器均处在遮雨棚的遮挡范围内。
12.一种遇水易崩解岩石取芯方法，包括以下步骤，
13.s1：首先根据室内崩解试验结果，确定所取岩石崩解度参数，然后将该参数输入计算机中，建立相应数据库；
14.s2：根据内存的岩石不同的崩解度参数下最优冷却方式的数据库，计算机的控制系统可自动判断并选取最优的冷却方式，其中最优冷却方式包括冷却介质的选择、高压空气、冷却水流速及压力参数设定等；
15.s3：最后系统根据所选取的最优冷却方式，计算机下达控制命令到plc 控制器，通过plc控制器自动调整第一电磁调节阀和第二电磁调节阀，打开或者关闭空气或者冷却水通路，修正高压空气和冷却水流速及压力等参数，完成取芯之前的冷却系统的准备工作；
16.s4：调整完毕后，打开自动取芯机，按照常规操作方法进行取芯操控，最终有效完成岩石的取样。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.在现有自动取芯机基础上对冷却系统进行加装改造，根据岩石崩解度高低，通过计算机自动控制系统，调整调节阀开闭程度及状态，控制高压空气及冷却水流速和压力等参数，选取最优冷却方式，将取芯过程中单一的水冷却方式改变为高压空气冷却和水冷却两种方式相互作用的模式，避免岩石试样的崩解，可实现岩石取芯过程中单一高压空气冷却、单一水冷却和既有高压空气冷却又有水冷却三种方式的切换，改造后的取芯装置不仅适用于一般岩石试样的取芯，更适用于遇水易崩解的岩石试样的取芯，并且可有效保证所取岩芯试样结构的完整性，满足室内试验需求。
附图说明
19.图1为一种遇水易崩解岩石取芯装置的结构示意图。
20.图2为一种遇水易崩解岩石取芯装置图1中a处的结构放大图。
21.1、自动取芯机；2、自动取芯机进水管；3、空气压缩机；4、输气管；5、输水管；6、三通管；7、连接法兰；8、第一电磁调节阀；9、第二电磁调节阀；10、第一控制线；11、第二控制线；12、桌台；13、计算机；14、plc控制器；15、电箱；16、遮雨棚。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.请参阅图1～2，本发明实施例中，一种遇水易崩解岩石的取芯装置，包括自动取芯机1、空气压缩机3、输气管4、输水管5、三通管6和计算机13，自动取芯机1的一侧设置有空气压缩机3，空气压缩机3的出气端上安装有输气管4，输气管4上安装有三通管6，三通管6的上部端口上安装有输水管5，三通管6的侧部端口上安装有连接法兰7，自动取芯机1上安装有
自动取芯机进水管2，自动取芯机进水管2通过连接法兰7与三通管6连接，三通管6上紧靠输水管5的一端安装有第一电磁调节阀8，三通管6上紧靠输水管5的一端安装有第二电磁调节阀9，空气压缩机3的一侧设置有桌台12，桌台12上设置有计算机13，计算机13的一侧设置有plc控制器14。
24.桌台12的底部设置有电箱15，电箱15与计算机13通过导线电性连接，计算机13与plc控制器14通过导线电性连接。
25.第一电磁调节阀8和第二电磁调节阀9上分别连接有第一控制线10和第二控制线11，第一电磁调节阀8通过第一控制线10与plc控制器14电性连接，第二电磁调节阀9通过第二控制线11与plc控制器14电性连接，plc控制器14型号为s7-200。
26.输水管5与外部抽水设备的出水端电性连接，自动取芯机进水管2为橡胶软管，自动取芯机进水管2与钻头连接装置的进水孔相连接。
27.桌台12的上部安装有遮雨棚16，计算机13和plc控制器14均处在遮雨棚16的遮挡范围内。
28.一种遇水易崩解岩石取芯方法，包括以下步骤，
29.s1：首先根据室内崩解试验结果，确定所取岩石崩解度参数，然后将该参数输入计算机13中，建立相应数据库；
30.s2：根据内存的岩石不同的崩解度参数下最优冷却方式的数据库，计算机13的控制系统可自动判断并选取最优的冷却方式，其中最优冷却方式包括冷却介质的选择、高压空气、冷却水流速及压力参数设定等；
31.s3：最后系统根据所选取的最优冷却方式，计算机13下达控制命令到plc 控制器14，通过plc控制器14自动调整第一电磁调节阀8和第二电磁调节阀 9，打开或者关闭空气或者冷却水通路，修正高压空气和冷却水流速及压力等参数，完成取芯之前的冷却系统的准备工作；
32.s4：调整完毕后，打开自动取芯机1，按照常规操作方法进行取芯操控，最终有效完成岩石的取样。
33.本发明的工作原理是：
34.把自动取芯机1原有的的进水管拆除，换装可与三通管6上连接法兰7 连接的橡胶软管，将三通管6的底端连接输气管4，三通管6的侧端连接自动取芯机进水管2，输气管4另一端与空气压缩机3相连，保证输气管4的通畅，三通管6的顶端连接输水管5，输水管5与外部抽水泵连接，保证输水管5的畅通，根据室内崩解试验结果，确定所取岩石崩解度参数，然后将该参数输入计算机13中，建立相应数据库，根据内存的岩石不同的崩解度参数下最优冷却方式的数据库，计算机13的自动控制系统可自动判断并选取最优的冷却方式，最后系统根据所选取的最优冷却方式，调整第一电磁调节阀8和第二电磁调节阀9，打开或者关闭空气或者冷却水通路，修正高压空气和冷却水流速及压力等参数，完成取芯之前的冷却系统的准备工作，调整完毕后，打开自动取芯机1，按照常规操作方法进行取芯操控，最终可有效完成岩石的取样。
35.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本
发明的保护范围之内。