本发明专利技术公开了一种基于应力解除法的钻测一体化装置，包括筒状的解除孔钻头部件，还包括脱离控制部件和测量孔钻头部件，解除孔钻头部件包括筒状的钻杆，钻杆内侧设置有传动齿，钻杆底部设置有解除孔钻头，测量孔钻头部件包括柱状的外壳，外壳的上套设有环形定位部，外壳的底部设置有测量孔钻头，测量孔钻头的上部套设有楔形钻头，楔形钻头包括筒状的连接柱和连接柱下方的锥形头，脱离控制部件包括限位环，还包括设置在限位环上的长限位插销和短限位插销，本发明专利技术实现钻测一体化过程；解决了解除应力法的复杂操作过程和低测量深度问题，使测试能力得到了显著提高，对测试环境的要求显著下降。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钻测领域，具体涉及一种基于应力解除法的钻测一体化装置，适用于应力解除。
技术介绍
地应力广泛存在，但难以获取和揭示，同时它对深部工程的规划、设计和决策又起着重要的作用。随着人类向深部地壳的不断探索，地应力的重要性日益显现。目前，针对地应力测量原理、技术和方法的研究正不断地深入，相应的测量仪器和设备也不断地涌现，为实现地应力测试技术的突破创造了条件。人类对地应力的认识最早出现于20世纪初，而地应力的实测工作则开始于20世纪30年代。随着实测工作的开展，各种测量原理和测试装置不断涌现。其中，最具代表性的测试装置是于20世纪50年代由美国矿务局研制出来的USBM钻孔变形计，实现了对岩体进行应力解除的地应力测试方法。至今，应力解除法依然是主要的地应力测量方法。应力解除法是建立在弹性理论基础之上，即假设岩块是均匀连续的，并认为加载和卸载时应力与应变之间具有相同的函数关系。同时，切割出来的岩石单元体，其自重与所受载荷相比，小到可略去不计。目前，现场常用的应力解除法可分为两大类：一是孔底应力解除法。打一个平底钻孔到需测应力的预定深度，再把电阻应变片粘贴在孔底的中心处，作为应变传感器；然后延伸钻孔，将贴有应变片的岩芯与基岩分离，实现应力解除。二是套孔应力解除法，先打一个大钻孔到接近测点的预定深度，然后向前打同心小钻孔；在小钻孔内安装三轴应变计（孔壁应变法）或孔径变形传感器（孔径变形法）等；最后延伸大钻孔，将筒状岩芯与基岩分离，实现应力解除。应力解除法的测试装置多采用压磁和应变式传感器，通过测量应力解除前后钻孔孔径的变化来计算地应力的大小和方向。现场的通常操作步骤为：首先在需要测量地应力的地方，打一个较大的钻孔，钻孔至一定深度后，更换钻头将孔底磨平，再换一个楔形钻头，打出一个喇叭孔(起导正作用)，再更换小钻头和钻杆，在大孔中心钻一个小的测量孔，然后提起钻杆，在测量孔中安装测量传感器，传感器引线穿过所有钻杆，然后大钻头继续钻孔，完成应力解除的钻进；整个应力解除法的设备安装和测试过程较为复杂，包括了大孔钻进、孔底磨平、导正孔形成、测量孔钻进、传感器布设、解除孔钻进等多个步骤，每一步都需钻机配合提放钻杆来实现钻头的更换，特别是传感器布设时的引线问题严重阻碍了该方法在深孔中的应用，使得应力解除法往往只局限于浅孔的测试。因此，如何突破长期以来困扰着应力解除法的测试过程复杂性问题，实现深孔和超深孔的高效地应力测试，是地应力测试技术发展的重要方向。鉴于目前应力解除法存在的问题，本专利技术提出一种基于应力解除法的钻测一体化装置，利用脱离控制部件协调解除孔钻头和测量孔钻头之间的相互配合来实现钻测一体化以替代传统复杂的测试过程，并能够实现深孔的地应力探测，从根本上解决了应力解除法测试过程中的主要技术难题，使地应力测试技术和装置得到了突破性和实质性的进展。该装置采用机械构件来连接解除孔钻头部件和测量孔钻头部件，解除孔钻头部件上的传动齿带动测量孔钻头部件钻进，当测量钻头部件进入到合适测量区域后，脱离控制部件中的传力筒将推动短限位销退出导向槽，在动力驱动下，传动齿将脱离支撑台和导向槽，从而实现解除孔钻头部件和测量孔钻头部件的分离，解除孔钻头部件处于释放状态，最终形成解除钻孔，测量结束后，解除孔钻头部件将通过限位槽或者传动齿取出测量钻头部件，实现整套装置的回收过程，通过测量系统最终计算出地应力，实现应力解除法的快速测量。该装置的优点在于：1）结构简单。由简单机械构件组成的脱离控制部件来控制解除孔钻头和测量孔钻头的工作状态，实现钻测一体化，并能够实现整套装置的同时回收；2）操作方便。采用解除孔钻头和测量孔钻头同时进入孔底的方法，操作方便，容易实现，测量效率更高；3）可靠性高。采用结构简易的机械部件更容易在环境复杂的钻孔中实现，操作过程可靠；4）对环境要求低。利用垂直槽来搅动沉渣，保证测量系统能够完全进入岩石层，克服了环境的影响，可用于深孔和超深孔的地应力测量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种基于应力解除法的钻测一体化装置，构思新颖、设计巧妙、结构合理、可靠度高、易于实现，突破了地应力测量装置以往复杂的操作局限性，提升了应力解除法装置的探测深度和便捷度，使基于应力解除法的钻测一体化装置能够成为新一代的地应力测试装置，具有广阔的应用前景。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术措施：一种基于应力解除法的钻测一体化装置，包括筒状的解除孔钻头部件，还包括脱离控制部件和测量孔钻头部件，解除孔钻头部件包括筒状的钻杆，钻杆内侧设置有传动齿，钻杆底部设置有解除孔钻头，测量孔钻头部件包括柱状的外壳，外壳的上套设有环形定位部，环形定位部的外侧沿外壳的纵向方向开设有导向槽，导向槽贯穿环形定位部的上下表面，环形定位部的外侧还开设有传动齿放置槽，传动齿放置槽贯穿环形定位部的上表面，环形定位部上位于传动齿放置槽下方的部分构成支撑台，传动齿放置槽与导向槽的侧部连通，环形定位部上还设置有贯穿环形定位部的上下表面的定位孔，外壳的底部设置有测量孔钻头，测量孔钻头的上部套设有楔形钻头，楔形钻头包括筒状的连接柱和连接柱下方的锥形头，脱离控制部件包括限位环，还包括设置在限位环上的长限位插销和短限位插销，长限位插销插入定位孔，短限位插销插入导向槽，长限位插销下方还设置有套设在外壳上的传力筒，传力筒的内径小于楔形钻头的外径，传力筒的外径大于楔形钻头的外径。如上所述的外壳上部套设有内限位台，内限位台上方还设置有外限位台，外限位台的外径大于内限位台的外径，钻杆上部的内侧设置有下限位台和上限位台，上限位台位于下限位台的上方，上限位台的内径与外限位台的外径适配，下限位台的内径与内限位台的外径适配，内限位台与限位环之间设置有弹簧。如上所述的传力筒的顶部设置有剖面为圆弧的环形槽，长限位插销的底部嵌入有滚珠，滚珠设置在环形槽上。如上所述的传力筒的底部为齿状。如上所述的测量孔钻头上设置有测量系统。本专利技术相对于现有技术具有以下优势：1、本专利技术利用机械构件之间的相互配合，实现钻测一体化过程；2、本专利技术机械结构简便，操作方便，容易实现，获得的数据更加丰富，取得的结果更加可靠，避免了为验证而进行的重复测试；3、本专利技术解决了解除应力法的复杂操作过程和低测量深度问题，使测试能力得到了显著提高，对测试环境的要求显著下降；4、本专利技术的构思严密、设计巧妙、尺寸合理；5、本专利技术的结构体系和总体布局简单，易于实施。总之，本专利技术提供了一种利用机械构件相互配合的方法来实现解除孔钻头和测量孔钻头之间的一体化装置，实现了应力解除法的钻测一体化过程，提高了测试的可靠性和应用范围。该方法设计巧妙，构思严密，结构体系简单，易于实施。附图说明图1为本专利技术结构示意图；图2为解除孔钻头部件结构示意图；图3为脱离控制部件结构示意图；图4为测量孔钻头部件结构示意图；图5为传动齿结构示意图；图6为传动筒示意图；图7为限位爪示意图；图8为限位销分布示意图；...
【技术保护点】
一种基于应力解除法的钻测一体化装置，包括筒状的解除孔钻头部件（1），其特征在于，还包括脱离控制部件（2）和测量孔钻头部件（3），解除孔钻头部件（1）包括筒状的钻杆（12），钻杆（12）内侧设置有传动齿（121），钻杆（12）底部设置有解除孔钻头（11），测量孔钻头部件（3）包括柱状的外壳（34），外壳（34）的上套设有环形定位部（36），环形定位部（36）的外侧沿外壳（34）的纵向方向开设有导向槽（343），导向槽（343）贯穿环形定位部（36）的上下表面，环形定位部（36）的外侧还开设有传动齿放置槽（346），传动齿放置槽（346）贯穿环形定位部（36）的上表面，环形定位部（36）上位于传动齿放置槽（346）下方的部分构成支撑台（342），传动齿放置槽（346）与导向槽（343）的侧部连通，环形定位部（36）上还设置有贯穿环形定位部（36）的上下表面的定位孔（341），外壳（34）的底部设置有测量孔钻头（31），测量孔钻头（31）的上部套设有楔形钻头（33），楔形钻头（33）包括筒状的连接柱（331）和连接柱（331）下方的锥形头（332），脱离控制部件（2）包括限位环（233），还包括设置在限位环（233）上的长限位插销（231）和短限位插销（232），长限位插销（231）插入定位孔（341），短限位插销（232）插入导向槽（343），长限位插销（231）下方还设置有套设在外壳（34）上的传力筒（21），传力筒（21）的内径小于楔形钻头（33）的外径，传力筒（21）的外径大于楔形钻头（33）的外径。...
【技术特征摘要】
1.一种基于应力解除法的钻测一体化装置，包括筒状的解除孔钻头部件（1），其特征在于，还包括脱离控制部件（2）和测量孔钻头部件（3），
解除孔钻头部件（1）包括筒状的钻杆（12），钻杆（12）内侧设置有传动齿（121），钻杆（12）底部设置有解除孔钻头（11），
测量孔钻头部件（3）包括柱状的外壳（34），外壳（34）的上套设有环形定位部（36），环形定位部（36）的外侧沿外壳（34）的纵向方向开设有导向槽（343），导向槽（343）贯穿环形定位部（36）的上下表面，环形定位部（36）的外侧还开设有传动齿放置槽（346），传动齿放置槽（346）贯穿环形定位部（36）的上表面，环形定位部（36）上位于传动齿放置槽（346）下方的部分构成支撑台（342），传动齿放置槽（346）与导向槽（343）的侧部连通，环形定位部（36）上还设置有贯穿环形定位部（36）的上下表面的定位孔（341），外壳（34）的底部设置有测量孔钻头（31），测量孔钻头（31）的上部套设有楔形钻头（33），楔形钻头（33）包括筒状的连接柱（331）和连接柱（331）下方的锥形头（332），
脱离控制部件（2）包括限位环（233），还包括设置在限位环（233）上的长限位插销（231）和短限位插销（232），长限位插销（231）插入定位孔（341），短限位插销（232）插入导向槽（3...
【专利技术属性】
技术研发人员：王川婴，汪进超，韩增强，胡胜，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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