钻孔岩石抗压强度原位测试仪

                      一 仪器介绍

岩体强度是岩体力学中最基本参数，是矿井开拓部署、巷道布置与支护、煤炭开采及冲击地压、煤与瓦斯突出等灾害防治必不可少的基础参数。岩体强度包括单轴抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、三轴抗压强度等。其中单轴抗压强度是常用的岩石强度指标。

岩体强度可以通过实验室或现场原位测试得到。但实验室试验的岩块已经脱离岩体，在进行试验时很难准确模拟和反映岩体在井下的实际状态，如应力环境、结构面分布，以及其他井下环境因素。因此实验室岩块强度数据往往与井下岩体的实际情况出入较大，对于工程来讲一般偏大。实际上，大多数岩体都含有软弱结构面或夹层，而且煤体的强度一般较低，煤系地层中也经常遇到强度很低的岩石，都不易制备成试件。因此最好的方法是在现场测量岩体的各种力学指标，用以比较准确地描述岩体的力学性质。

现场测试强度的方法主要有大尺寸直剪试验，压缩试验，声波探测法，钻孔钻进法等，但要耗费大量人力物力，费用很高，而且测试点很少。

针对以上情况，我公司和中国矿业大学共同开发研制了钻孔岩石抗压强度原位测试仪，可以在钻孔孔径42毫米、60毫米、75毫米的钻孔中使用。测量过程简单方便，可实现快速测量。能够测量井下不能取样的软弱破碎岩体。能够测量钻孔不同深度、不同层位的岩体。测量成本较低。

1、测试原理

 测试仪探头内的活塞在高压油的驱动下发生位移，使端部探针压向钻孔孔壁，随着手动泵油压的增加，探针作用在钻孔孔壁上的压力不断增加，一旦达到其临界压力，孔壁岩体便被压坏，压力会突然降低。此时，手动泵的压力表所记录的最高压力读数即为该点的岩体临界压力。经过换算，便可得到该点的岩体单轴抗压强度。

            设手动泵的油压为δp，则探针端部的压力δi为：

                         δi=d12/d22 δp

          式中：d1-----探头活塞直径

          d2-----探针的直径

        钻孔探头探针直径为2毫米，活塞直径为24毫米，所以

                   δi=144δp

             关于临界压力与煤岩体单轴抗压强度的关系，可以用以下关系式表示：

                     δ c=ksfδf

式中：δ c------煤岩体单轴抗压强度

            δf-------临界压力

      ksf-------强度换算系数

   强度换算系数可以用以下方法得到：在现场进行测试的钻孔中取芯，在实验室进行传统的岩试样单轴抗压强度试验，通过回归分析现场测点临界压力与同一地点岩芯单轴抗压强度之间的关系求得强度换算系数。

    2、功能：

    测试井下钻孔中岩石的临界破环压力，通过简单换算，可得到岩石的单轴抗压强度。

1） 测试过程简单方便，可实现快速测试

2） 可以测试无法取样的软弱岩体

3） 可以测试钻孔内不同深度的岩体强度

    3、主要技术指标

1） 可在孔径42毫米、60毫米、75毫米的钻孔中进行测试。也可以根据用户需求，开发适用于各种钻孔尺寸的探头。

2） 手动泵最高压力70MPa

3） 探头探针加压压力比为144:1

4） 探头探针直径2毫米

5） 探针量程：10毫米

6） 正常破环压力可达3000MPa

    7）探头增加探针回油复位功能，使测试数据更加准确