一种软岩干式取芯装置及取芯方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于岩石室内试验研宄取芯装置和方法，尤其涉及一种软岩干式取芯装置及取芯方法。
【背景技术】
[0002]在我国软岩分布广泛，仅泥岩和页岩就占地表所有岩石的50%左右。随着我国矿山开采以及重大基础设施建设的迅猛发展，在工程建设中常揭露软岩地层，由于软岩遇水后软化崩解效应明显，给矿山开采和工程建设带来了大量问题。
[0003]因此，开展软岩物理力学性质研宄成为岩土工程领域的热点问题之一，室内试验是一种重要的研宄手段。
[0004]目前在室内实验前，需要对现场采集的岩石进行取芯处理。钻头在钻取岩芯时，会产生大量的岩肩以及热量，若不及时清理岩肩，不仅会阻塞钻头钻进，更会阻碍钻头散热，会导致钻头的磨削、切割刃热量集中，损坏钻头。因此，目前众所周知的取芯钻头在钻取岩芯时用水作为冷却液降温。水不仅可以冲刷掉所钻取的岩肩，同时也可以将钻头与岩石磨肖Ij、切割产生的热量快速耗散，起到了排肩、降温至关重要的作用。但是，在钻头钻取岩芯过程中，如果碰到胶结程度差、含有大量膨胀性粘土矿物的泥岩、页岩等泥质软岩时，由于软岩遇水后发生软化，容易造成软岩软化崩解；有时在取芯机的机械扰动下软岩原有的结构极易发生破坏，导致取芯失败或无法真实的反映软岩的物理力学特性。
[0005]所以，在软岩室内试验研宄中，常遭遇软岩取芯不完整的难题。有些研宄人员采用液氮和液态二氧化碳对钻头进行降温处理；然而，液氮和液态二氧化碳温度过低，对钻头和软岩都有相当大的破坏作用，并且二者无法消除水的影响。
【发明内容】
[0006]为了解决软岩取芯过程中岩肩清理和钻头降温问题，同时保证取芯过程中岩芯的原有结构及物理力学特性不被破坏，本发明提供一种在实验室内对大块岩石进行无水取芯的装置，取名:软岩干式取芯装置。
[0007]本发明同时提供利用该取芯装置对软岩进行取芯的方法，可为软岩室内试验提供完整、原态的软岩试件，有利于软岩物理力学特性的研宄，保证软岩物理力学试验结果的准确性及可靠性。
[0008]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
[0009]一种软岩干式取芯装置，它包括取芯钻头、内风式降温系统和外风式吸尘系统，其中:
[0010]所述的取芯钻头是一个空心钻头，由磨削部分、钻体和钻柄组成；其中钻头的磨削部分设计成若干组磨削刃，每组磨削刃设计成内刃、中刃和外刃三类，内刃、中刃和外刃共同形成空心钻头的磨削面；磨削刃的刃与刃之间留有缝隙，该缝隙形成碎肩流动沟槽；每个磨削刃的外表面都均匀的电镀上粒径为0.5mm的金刚石颗粒；在靠近磨削部分的钻体壁上分布有若干个排肩口 ；钻柄是空心的，钻柄顶部密封并与岩石取芯机螺纹连接，钻柄的空腔与钻体空腔相通，在钻柄上加工有与钻体空腔相通的进风孔；
[0011]所述的内风式降温系统由空气压缩机、吸水干燥装置、冷却器和进风套依次连接而成；进风套是一个内壁带有环槽的部件，进风套上设有与冷却器连接的进风嘴，进风套套在钻柄的进风孔位置上，使进风嘴通过环槽与进风孔相通；进风套上设有密封圈，实现与钻柄之间的旋转密封；
[0012]所述的外风式吸尘系统由吸尘机、吸尘管和伸缩式吸尘罩连接组成；伸缩式吸尘罩套在取芯钻头上，伸缩式吸尘罩的顶部设有轴承，通过轴承安装在钻柄上，从而实现取芯钻头在伸缩式吸尘罩内的旋转；
[0013]上述的伸缩式吸尘罩的结构是，在一个漏斗罩的小端口上设有能安装在钻柄上的轴承，漏斗罩的大端口上用扎带扎上伸缩管，伸缩管的底端设有用以加固的钢圈。
[0014]利用本发明装置对软岩进行取芯的方法如下:
[0015]第一步，连接取芯装置
[0016]首先，将伸缩式吸尘罩套在取芯钻头上，并通过轴承安装在钻柄上，并保证取芯钻头在伸缩式吸尘罩内自由旋转，伸缩式吸尘罩通过吸尘管与吸尘机相连；将冷却器的风管连接在进风套的进风嘴上；最后，将软岩取芯钻头安装在台式取芯机上；
[0017]第二步，软岩加工
[0018]将要取芯的软岩上表面加工平整，安放在取芯机底座上，用夹持装置固定；调整底座高度使软岩上表面触及取芯钻头，使吸尘罩钢圈压置在软岩上表面上；
[0019]第三步，软岩钻取岩芯
[0020]取芯前，打开取芯机、空气压缩机和吸尘机电源开关，开始取芯；随着钻头钻进，伸缩式吸尘罩受压折叠，使得伸缩式吸尘罩一直压在软岩表面上，防止漏风；空气进入空气压缩机内，经过压缩产生一定的压强；压缩后的空气从出气口进入吸水干燥装置，将空气中含有的水气吸收，使压缩空气处于干燥状态；经过干燥的气体再通过冷却器使干燥的空气温度降低；干燥、冷却后的空气通过进风套进入取芯钻头内，再从磨削刃下部排出，使磨削产生的热量快速耗散，降低钻头及岩石试件的温度，残留的岩肩通过取芯钻头上的排肩口排出；切割产生的岩尘经外风式吸尘系统排除，防止在室内扩散；
[0021]第四步，钻头取芯
[0022]当钻头端部钻取到接近软岩底部时，关闭取芯机电源，提升钻头，关闭空气压缩机、外风式吸尘系统电源；将取芯机上的钻头卸下，用橡皮锤轻轻敲打钻头，使圆柱形岩芯与岩石脱离，将取出的岩芯用保鲜膜包住，放在阴凉处待用。
[0023]本发明的有益效果:
[0024]本发明在磨削过程中，每类磨削刃只负责1/3左右的磨削工作量，减少了钻头与岩石的摩擦，分散产热区、减少热量集中；采用风流进行降温、排肩，解决了软岩在取芯过程中遇水后易软化崩解的难题，为软岩室内试验研宄提供了完整、原态的软岩试件，有利于软岩物理力学特性的研宄，保证了软岩物理力学试验结果的准确性及可靠性。
[0025]本发明的装置结构紧凑、操作简单、取芯效率快速高效、取芯方法简单可靠，能够实现多种软岩的取芯工作，在软岩取芯以及室内试验研宄方面具有广泛的实用性。
【附图说明】
[0026]图1是本发明实施例的示意图；
[0027]图2是本发明取芯钻头主视图示意图；
[0028]图3是本发明取芯钻头内刃、中刃和外刃三类磨削刃的立体示意图；
[0029]图4是本发明取芯钻头仰视图；
[0030]图5是本发明吸尘罩的示意图。
[0031]图中:1_取芯钻头，2-排肩口，3-内刃，4-中刃，5-外刃，6-金刚石颗粒，7-碎肩流动沟槽，8-空气压缩机，9-冷却器，10-吸水干燥装置，11-通风管，12-进风套，13-吸尘机，14-吸尘管，15-吸尘罩，16-伸缩管，17-扎带，18-漏斗罩，19-轴承，20-钢圈，21-进风孔，22-环槽，23-旋转风管，24-进风嘴，25-钻柄，26-螺纹，27-岩石取芯机，28-软岩。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。
[0033]如图1一5所示的软岩干式取芯装置，它包括取芯钻头、内风式降温系统和外风式吸尘系统，其中:
[0034]所述的取芯钻头I是一个空心钻头，由磨削部分、钻体和钻柄25组成；钻体内直径为50mm、长度为120mm、壁厚为3mm ;其中取芯钻头I的磨削部分设计成六个磨削刃，磨削刃设计成内刃3、