一种钻井法竖井滚刀破岩排渣效率影响因素研究试验系统

技术特征：
1.一种钻井法竖井滚刀破岩排渣效率影响因素研究试验系统，其特征在于，包括备用箱、破岩排渣装置、浆渣分离装置、计量装置、监测组件和控制装置，其中，所述备用箱容纳有泥浆，所述备用箱通过输浆管与所述破岩排渣装置连接，所述备用箱用于为所述破岩排渣装置提供试验所需泥浆；利用所述破岩排渣装置能够进行破岩排渣，所述破岩排渣装置通过外排渣管与所述浆渣分离装置连接，在试验过程中，所述破岩排渣装置产生的岩渣液体通过所述外排渣管输送至所述浆渣分离装置内；进入所述浆渣分离装置的所述岩渣液体能够在所述浆渣分离装置内进行岩渣和浆液的分离；利用所述计量装置能够对所述浆渣分离装置分离出来的岩渣进行烘干以及称重；所述监测组件与所述控制装置连接，所述监测组件能够对试验中的数据进行采集。2.根据权利要求1所述的钻井法竖井滚刀破岩排渣效率影响因素研究试验系统，其特征在于，所述备用箱为上方开口的箱体结构，所述备用箱的上端覆盖有箱盖，所述箱盖上设置有吸浆泵，所述输浆管的一端与所述吸浆泵连通，所述吸浆泵的下端穿过所述箱盖后延伸至所述备用箱内泥浆的液面以下；所述备用箱的底部设置有清洗出水口，所述清洗出水口上设置有第一闸阀；优选地，所述箱盖上还设置有搅拌机，所述搅拌机的搅拌轴穿过所述箱盖后延伸至所述备用箱内，所述搅拌轴上设置有搅拌扇叶，所述搅拌机通过所述搅拌轴驱动所述搅拌扇叶旋转，所述搅拌扇叶的旋转能够对所述备用箱内的泥浆进行搅拌；优选地，所述备用箱的一侧设置有液位管，所述液位管的下端与所述备用箱的底部连通，所述液位管的上端高出所述备用箱内泥浆的液面，所述液位管上设置有计量刻度线；优选地，所述备用箱为钢筋混凝土结构或钢结构，所述液位管的材质为有机玻璃；优选地，所述箱盖上还设置有加浆料口和检测取样口，所述加浆料口用于向所述备用箱内补充泥浆，所述检测取样口用于对所述备用箱内的泥浆进行取样；优选地，所述备用箱的箱底呈倒锥形，构成倒锥形的所述备用箱的箱底的坡度为8％～12％，所述备用箱的底部设置有滚轮；优选地，还包括检测仪，所述检测仪能够对由所述检测取样口取得的泥浆的性能进行检测。3.根据权利要求1所述的钻井法竖井滚刀破岩排渣效率影响因素研究试验系统，其特征在于，所述破岩排渣装置包括架体，所述架体包括底座、立柱和顶板，所述立柱设置有四根，四根所述立柱的下端固定在所述底座上，所述顶板分别与四根所述立柱的上端连接，所述底座、四根所述立柱和所述顶板组成框架结构；优选地，所述立柱的下端的周围设置有多个加腋板，所述加腋板与所述立柱和所述底座均连接，所述底座与地基基础通过地脚螺栓固定连接。4.根据权利要求3所述的钻井法竖井滚刀破岩排渣效率影响因素研究试验系统，其特征在于，所述破岩排渣装置还包括试验箱、第一液压缸、钻杆、钻头、刀盘、刀座和岩石试样；
所述试验箱设置在所述架体内，所述试验箱为上方开口的桶状结构，所述岩石试样设置在所述试验箱内，所述输浆管的出口位于所述试验箱的上方，所述岩石试样设置在所述试验箱的底部；所述第一液压缸的输出端与所述钻杆的上端连接，所述钻杆的下端延伸至所述试验箱内，所述钻头安装在所述钻杆的下端，所述刀盘的上端与所述钻头的下端连接，所述刀座安装在所述刀盘的下表面上，所述刀座用于安装滚刀，所述第一液压缸通过所述钻杆驱动所述钻头上下移动及旋转，所述钻头位于所述岩石试样的上方，所述钻头带动所述滚刀上下移动及旋转能够对所述岩石试样进行破岩；优选地，所述刀盘的下表面沿所述刀盘的径向设置有凹槽，所述刀座通过所述凹槽与所述刀盘滑动连接，所述刀座设置有固定螺栓，所述固定螺栓能够将所述刀座在所述刀盘上的位置进行固定；优选地，所述凹槽共设置有六个，每两个所述凹槽为一组，每组所述凹槽沿所述刀盘的径向设置，相邻的两组所述凹槽之间的夹角为60
°
，每组所述凹槽上根据试验要求设置2～4个所述刀座，每个所述刀座上均安装有1个所述滚刀；优选地，所述滚刀为刮刀、镶齿楔形滚刀或球齿滚刀中的一种，所述刀座与所述滚刀匹配；优选地，所述破岩排渣装置还包括基座和升降机构，所述架体内的地基基础设置有基坑，所述升降机构设置在所述基坑内，所述基座设置在所述升降机构上，所述基座为圆柱型结构，所述试验箱设置在所述基座上，所述基座的直径大于所述试验箱的外径，所述升降机构能够对所述试验箱的高度进行调整。5.根据权利要求4所述的钻井法竖井滚刀破岩排渣效率影响因素研究试验系统，其特征在于，所述破岩排渣装置还包括连接器、连接件、送气泵、送气管、内排渣总管和内排渣支管，所述送气泵和所述连接器均设置在所述顶板上，所述钻杆为中空的筒状结构，所述内排渣总管和所述送气管均设置在所述钻杆内，所述第一液压缸通过所述连接器与钻杆连接，所述内排渣总管的上端通过所述连接器与所述外排渣管的一端连通，所述外排渣管的另一端与所述浆渣分离装置连通，所述钻杆通过所述连接件与所述钻头连接，所述连接件内设置有扩大头；所述刀盘上设置有吸渣口，所述内排渣支管的上端通过所述扩大头与所述内排渣总管的下端连通，所述内排渣支管的下端穿过所述钻头与所述刀盘上的所述吸渣口连通，所述送气管的上端与所述送气泵连接，所述内排渣支管上设置有送气口，所述送气管的下端通过所述送气口与所述内排渣支管连通；优选地，所述吸渣口设置有3个，所述刀盘的横截面为圆形，3个所述吸渣口分别位于所述刀盘的圆心、所述刀盘半径的1/2位置处、靠近所述刀盘的边缘位置处，所述内排渣支管设置有3根，每根所述内排渣支管与一个所述吸渣口连通，每根所述内排渣支管均连接有一根所述送气管；优选地，所述连接件包括圆台段和圆柱段，所述圆台段的上表面的直径小于下表面的直径，所述圆台段的上端通过连接法兰及法兰螺栓与所述钻杆固定连接，所述圆台段的下端与所述圆柱段的上端连接，所述圆柱段的下端与所述钻头固定连接。
6.根据权利要求4所述的钻井法竖井滚刀破岩排渣效率影响因素研究试验系统，其特征在于，所述试验箱包括上段、下段和底板，所述上段和所述下段均为圆筒结构，所述上段的内径和所述下段的内径一致，所述底板覆盖所述下段的下端，所述上段与所述下段之间为密封连接，所述下段与所述底板之间为密封连接，所述上段的材质为高强钢化玻璃，所述下段由钢筋混凝土制作而成，所述下段上设置有若干预留孔，紧贴所述下段的内壁设置有圆环形围压板，所述围压板的材质为钢板，所述围压板的高度与所述下段的高度一致，所述岩石试样为圆柱体结构，所述岩石试样的外径与所述围压板的内径相等，所述岩石试样的高度高于所述下段的高度，所述岩石试样设置在所述围压板内；所述下段的外周设置有环形的第二液压缸，所述第二液压缸具有若干输出端，每个所述第二液压缸的输出端通过一个所述下段上的所述预留孔与所述围压板抵接，所述第二液压缸通过所述围压板向所述岩石试样施加围压；所述监测组件包括压力传感器，所述压力传感器与所述控制装置连接；所述压力传感器设置在所述第二液压缸内，所述压力传感器能够采集所述第二液压缸对所述岩石试样施加压力的数据，所述控制装置能够根据所述压力传感器采集的压力数据对所述第二液压缸进行控制；优选地，所述预留孔在所述下段上由上至下均匀设置有3排，每排所述预留孔设置有12个，每排所述预留孔沿所述下段的周向均匀分布；优选地，所述下段的高度为1m～1.5m，所述上段由上至下设置的多节安装单元构成，每节所述安装单元均为圆环形，每节所述安装单元由3块高强钢化玻璃拼接而成，相邻两节所述安装单元之间通过弹性憎水性材料填充通过榫卯结构连接，每节所述安装单元内相邻的两块高强钢化玻璃之间通过弹性憎水性材料填充并通过榫卯结构连接；优选地，每节所述安装单元的高度为1m；优选地，所述下段的上端沿周向设置有锚固槽，所述锚固槽的深度为150mm，所述上段的下端位于所述锚固槽内。7.根据权利要求1所述的钻井法竖井滚刀破岩排渣效率影响因素研究试验系统，其特征在于，所述浆渣分离装置包括浆渣过滤筒、第一料筒、第二料筒和振动棒电机，所述第一料筒和所述第二料筒分别位于所述浆渣过滤筒的两侧，所述浆渣过滤筒上端覆盖有盖板，所述盖板上设置有浆渣进口；所述浆渣过滤筒内由上至下依次设置有第一过滤网和第二过滤网，所述浆渣过滤筒的两侧壁分别设置有第一出料口和第二出料口，所述第一过滤网和所述第二过滤网均倾斜设置，所述第一过滤网的一端与所述浆渣过滤筒的一侧壁连接，所述第一过滤网的另一端由所述第一出料口延伸至所述浆渣过滤筒外，所述第一过滤网的另一端位于所述第一料筒的上方，所述第一过滤网一端的高度大于另一端的高度，所述浆渣进口设置在所述第一过滤网的一端的上方，所述外排渣管的另一端与所述浆渣进口连接；所述第二过滤网的一端与所述浆渣过滤筒的另一侧壁连接，所述第二过滤网的另一端由所述第二出料口延伸至所述浆渣过滤筒外，所述第二过滤网的另一端位于所述第二料筒的上方，所述第二过滤网一端的高度大于另一端的高度；
所述振动棒电机设置在所述盖板上，所述振动棒电机与所述第一过滤网和所述第二过滤网均连接，所述振动棒电机能够驱动所述第一过滤网和所述第二过滤网振动；优选地，所述盖板上设置有出气口；优选地，所述浆渣过滤筒的筒底为倒锥形，形成倒锥形的所述浆渣过滤筒的筒底的坡度为45
°
；优选地，所述第一过滤网与水平面之间的夹角为30
°
，所述第二过滤网与水平面之间的夹角为30
°
，所述第一过滤网的孔径为20mm～30mm，所述第二过滤网的孔径为4mm～6mm；优选地，还包括试验台，所述浆渣分离装置设置在所述试验台上。8.根据权利要求7所述的钻井法竖井滚刀破岩排渣效率影响因素研究试验系统，其特征在于，所述浆渣分离装置还包括旋流器和第三料筒，所述浆渣过滤筒的筒底连通有排浆管的一端，所述排浆管的另一端与所述旋流器连通，所述排浆管上设置有第二闸阀和压力泵；所述旋流器上端连接有出浆管的一端，所述备用箱上设置有回浆口，所述出浆管的另一端与所述备用箱的所述回浆口连通；所述旋流器的下端设置有排渣口，所述排渣口连接有出渣管，所述第三料筒位于所述出渣管的下方，所述出渣管上设置有出口阀。9.根据权利要求7所述的钻井法竖井滚刀破岩排渣效率影响因素研究试验系统，其特征在于，所述计量装置包括烘干箱和电子秤，所述烘干箱用于对所述浆渣分离装置分离出来的岩渣进行烘干；所述电子秤具有显示屏，所述电子秤上设置有物料托盘，利用所述电子秤能够对所述烘干箱烘干后的岩渣进行称重；所述计量装置设置在所述试验台上。10.根据权利要求4所述的钻井法竖井滚刀破岩排渣效率影响因素研究试验系统，其特征在于，所述监测组件包括三向力传感器、转速传感器和位移传感器，所述三向力传感器、所述转速传感器和所述位移传感器均设置在所述刀座上，所述三向力传感器、所述转速传感器和所述位移传感器均与所述控制装置连接；所述三向力传感器用于采集所述第一液压缸所施加的压力数据，所述转速传感器用于采集所述钻头的转速数据，所述位移传感器用于采集所述钻头的竖向位移数据，所述控制装置根据所述三向力传感器、所述转速传感器和所述位移传感器采集的数据对所述第一液压缸进行控制。

技术总结
本发明提供一种钻井法竖井滚刀破岩排渣效率影响因素研究试验系统，包括备用箱、破岩排渣装置、浆渣分离装置、计量装置、监测组件和控制装置，其中，所述备用箱通过输浆管与所述破岩排渣装置连接，所述破岩排渣装置通过外排渣管与所述浆渣分离装置连接，所述破岩排渣装置产生的岩渣液体通过所述外排渣管输送至所述浆渣分离装置内；利用所述计量装置能够对岩渣进行烘干以及称重；所述监测组件与所述控制装置连接。利用该试验系统能够对不同岩性配置的泥浆性能参数、滚刀类型的选择及机械参数、钻压、刀盘转速、滚刀转速及滚刀的刀间距优化布置、排渣口位置的布置等影响因素对钻井法竖井滚刀破岩排渣效率的影响进行研究，提升破岩排渣效率。排渣效率。排渣效率。


技术研发人员：杨青 荣传新 程桦 姚直书 蔡海兵 王宗金 亓燕秋 黎明镜 王彬 石浩 施鑫
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：2022.06.13
技术公布日：2022/9/2