(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211123039.3 (22)申请日 2022.09.15 (71)申请人 中钢集团马鞍山矿山研究总院股份 有限公司 地址 243000 安徽省马鞍山市经济开发区 西塘路666号 申请人 华唯金属矿产资源高效循环利用国 家工程研究中心有限公司 (72)发明人 彭俊　许传华　代碧波　孙丽军　 孙国权　刘义鑫　李鹏程　王林飞　 潘堃　 (74)专利代理 机构 马鞍山市金桥专利代理有限 公司 341 11 专利代理师 常前发　奚志鹏(51)Int.Cl. G01N 3/08(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01N 1/28(2006.01) E21B 7/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于应力解除的钻孔取样损伤消减方 法 (57)摘要 本发明公开了一种基于应力解除的钻孔取 样损伤消减 方法， 适用于实验室尺度下钻孔取芯 时消减钻孔取样损伤。 首先备置边长为300mm的 立方体试样(1)， 将其表面磨平使其表面平整度 不大于0.01mm； 将立方体试样(1)固定在双向加 载的岩石钻孔取样试验系统上， 开启钻孔试验系 统， 在立方体试样(1)两侧端施加伺服荷载模拟 靶区高应力环境取样过程； 开启淋水系统， 在立 方体试样(1)待钻孔取芯位置的周围打一圈直径 为5mm的应力解除孔(2)； 采用中速或慢速钻进钻 取直径为50mm的岩芯(3)备后续岩石力学试验使 用。 通过应力解除孔(2)的设置可有效消减实验 室尺度下真实地应力环境取芯过程中的应力集 中， 以达到消减钻孔取样损伤的目的。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 115479837 A 2022.12.16 CN 115479837 A 1.一种基于应力解除的钻孔取样损伤消减方法， 其特 征在于包括以下步骤： S1： 到工程靶区采集 新鲜岩块， 加工成边长为3 00mm的立方体试样(1)； S2： 将立方体试样(1)固定在双向加载的岩石钻孔取样试验系统上， 开启钻孔试验系 统； S3： 在立方体试样(1)与千斤顶之间放置加强板， 并调整立方体试样(1)侧面与千斤顶 顶部平行， 控制加压系统使千斤顶、 加强板和立方体试样(1)之间轻微接触； S4： 在立方体试样(1)两侧端施加伺服荷载； S5： 选择钻孔内径为5m m的钻头， 将钻机钻头调整至合 适位置， 开启淋水系统； S6： 在立方体试样(1)待钻孔取芯位置的周围打一圈直径为5m m的应力解除孔(2)； S7： 更换钻孔内径为50mm的钻头， 在应力解除孔(2)中心位置钻取直径为50mm的岩芯 (3)； S8： 关闭淋水系统和钻孔试验系统， 将钻取的直径为50mm的岩芯(3)放置在岩石试样保 管箱中以备后续岩石力学 试验使用。 2.如权利要求1所述的基于应力解除的钻孔取样损伤消减方法， 其特征在于： S1步骤 中， 对边长为300mm的立方体试样(1)表 面做打磨处理， 使其表面平整度不大于0.01mm， 以消 除端部效应的影响。 3.如权利要求1所述的一种基于应力解除的钻孔取样损伤消减方法， 其特征在于： S4步 骤中， 立方体试样(1)两侧端的侧向压力根据实际工程的地应力大小 进行设置 。 4.如权利要求1所述的一种基于应力解除的钻孔取样损伤消减方法， 其特征在于： S6步 骤中， 应力解除孔(2)的布置采用圆形分布， 均匀布置在 钻孔取芯位置周围； 应力解除孔(2) 距离拟钻 取岩芯边界不小于100mm， 以消除钻 取应力解除孔时周围损伤区对拟钻岩芯(3)的 影响； 应力解除孔(2)的数量 不少于10个， 以保证拟钻取岩芯周围的高应力可以有效消除。 5.如权利要求1所述的一种基于应力解除的钻孔取样损伤消减方法， 其特征在于： S7步 骤中， 在钻取直径为5 0mm的岩芯时采用中速或慢速钻进， 以保证钻取岩芯表面的平整度。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115479837 A 2一种基于应力解除的钻孔取样损伤消减 方法 技术领域 [0001]本发明属于岩石力学与岩土工程领域， 主要涉及 一种可以用于钻孔取样 过程中消 减高应力损伤的方法， 可在实验室尺度岩石强度测试、 地质环境勘探、 深部矿产资源开采、 深埋隧道建 设和边坡工程治理中广泛应用。 背景技术 [0002]岩石在钻孔取样过程中， 随着钻头 的钻进， 岩芯内某点处的竖直向应力被逐步解 除， 而水平向应力则是在 钻头越过该点后才被解除， 因此， 钻孔取样过程将会在岩芯中造成 较大的主应力差值， 该差值将造成岩石的取样损伤。 钻头与岩石接触部位的应力集中以及 钻头钻进过程中的力学磨损和震动同样会造成岩石取样损伤。 这种取样损伤在深部地应力 较大的区域更为明显， 且在一定程度上往往难以有效避免。 钻孔取样损伤显著影响岩石的 强度、 压缩性、 弹性波波速、 渗透性以及电导性等性质， 这主要与岩石内部发育的微裂纹密 切相关。 一般来讲， 地应力随深度逐渐增大， 因此取样损伤也 随深度的增加而增大， 表现出 随取样深部逐渐变化的裂纹发育特征。 浅部取样时， 岩石内部只能监测到原 生微裂纹， 随取 样深度逐渐增大， 岩石内部应力引起的微裂纹数量剧增， 当取样深度足够大时， 钻孔内岩芯 会出现饼化的现象， 岩芯饼化是 取样损伤的一种极端表现形式。 [0003]研究发现， 取样损伤岩石的力学参数与未损伤岩石存在较大差异， 若基于取样损 伤岩石的力学参数去评价工程岩体的安全稳定性， 将会造成设计不合理， 给工程结构的稳 定性留下安全隐患， 且难以满足高效开采的需要。 而目前针对岩石钻孔取样损伤的研究主 要基于现场试验， 难以消除岩性与岩石非均质性的影响， 导致难以建立系统的钻孔取样损 伤评价体系。 发明内容 [0004]有鉴于此， 本 发明的目的是提出一种简单易行、 直观性强、 可以更有效地消减岩石 损伤的基于应力解除的钻孔取样损伤消减方法， 本发明方法能够在实验室尺度消减岩石钻 孔取样损伤。 [0005]本发明一种基于应力解除的钻孔取样损伤消减方法主要思路为消减深部岩体钻 孔取样过程中钻头和岩石接触部位的高应力集中， 因此通过在 钻孔周边位置设置应力解除 孔来消减地应力的作用可以在一定程度上消减深部岩体取样过程中的钻孔取样损伤。 [0006]为实现本发明的上述目的， 本发明一种基于应力解除的钻孔取样损伤消减方法采 用以下步骤实现： [0007]S1： 到工程靶区采集 新鲜岩块， 加工成边长为3 00mm的立方体试样； [0008]S2： 将立方体试样固定在双向加载的岩石钻孔取样试验系统上， 开启钻孔试验系 统； [0009]S3： 在立方体试样与千斤顶之间放置加强板， 并调整立方体试样侧面与千斤顶顶 部平行， 控制加压系统使千斤顶、 加强板和立方体试样之间轻微接触；说　明　书 1/3 页 3 CN 115479837 A 3