数字钻探随钻参数与岩石单轴抗压强度关系

针对常规的现场岩石单轴抗压强度测试方法周期长、成本高的问题,提出一种基于数字钻探测试岩石单轴抗压强度的方法。根据岩石钻进过程中的受力特点,基于能量分析法,推导了岩石单位切削能与随钻参数的关系式。同时,基于自主研发的多功能岩石钻探测试系统,开展了砂岩及不同强度砂浆试件等完整岩石的数字钻探试验,通过试验结果分析,建立了随钻参数与岩石单轴抗压强度的定量关系模型(DP-UCS模型),并对其进行了验证,结果表明:DP-UCS模型预测的单轴抗压强度与单轴压缩试验测定的单轴抗压强度的差异率平均值小于10%,证明了该模型的有效性。     

注浆岩体强度随钻评价试验研究

复杂条件地下硐室安全控制的难点在于破碎围岩的有效支护,锚注支护是破碎围岩有效控制的主要手段,注浆后的岩体强度是锚注支护参数合理设计优化的重要依据.目前对于注浆岩体强度的定量测试评价方法研究较少,数字钻进测试技术为实现注浆岩体强度的定量获取提供了新思路,其关键在于建立数字钻进参数与注浆岩体强度参数的定量关系.基于此,本文以厚冲积层高应力矿井——万福煤矿为工程背景,利用研发的岩体数字钻进试验系统,开展注浆岩体数字钻进试验,讨论分析不同水灰比及不同岩体粒径因素对钻进参数、切削能量和抗压强度的响应规律.在此基础上,结合回归分析方法,得到数字钻进PDC钻头条件下的钻进能耗系数和钻进能耗常数,以及钻进岩体破碎系数,建立基于能量分析的注浆岩体钻进参数与等效强度定量关系模型(EDP-ECS模型),提出注浆岩体等效强度随钻评价方法.本文研究为基于数字钻进测试实现地下工程注浆围岩强度的定量评价提供了理论与方法基础.     

基于数字钻探的岩石c-φ参数测试方法

岩石黏聚力c和内摩擦角φ(以下简称c-φ参数)的准确测试是进行地下工程支护设计优化及信息化施工的基础。传统的岩石室内试验方法测试步骤繁琐,周期长、成本高,无法进行原位测定。数字钻探技术为现场准确测定岩石力学参数提供了新的途径,实现该技术的关键在于建立随钻参数与岩石c-φ参数间的定量关系。基于此,本文根据岩石切削破碎特征,建立了一种不预设破坏面的岩石切削力学模型,弥补了现有岩石切削力学模型将破坏面假设为平面,从而与岩石受切削时实际的破坏面特征存在差异的不足。基于滑移线理论推导了岩石极限切削力,得到了随钻参数DP(Drilling Parameters)与岩石c-φ参数关系式(DP-cφ关系式)。将利用自主研发的岩体数字钻探测试系统开展室内试验所得到的随钻参数与理论计算得到的结果进行对比分析,两者平均差异率为8.44%,验证了所建立的岩石切削力学模型和DP-cφ关系式的合理性和正确性。在此基础上,提出了岩石c-φ参数数字钻探测定方法,并通过室内试验进行了该方法与传统三轴试验方法测定结果的对比分析,结果表明:两种方法得到的岩石黏聚力和内摩擦角平均差异率均小于10%,证明了本文所提出的数字钻探测定方法的有效性和可行性。该方法实施方便、快捷,可实现现场工程岩体c-φ参数的原位测定。