CN103306623A - 一种完整硬岩中便携式钻机高效取芯方法 - Google Patents
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Abstract
一种完整硬岩中便携式钻机高效取芯方法。本发明解决的技术问题是：针对便携式钻机在完整度较高的硬岩中钻进时常遇的岩芯根部难以切断或切断后难以顺利取出而导致钻具磨损快、取芯率低的难题。方案：a、在待取岩芯所在的地表浅层，用钻机钻取盲孔，清除盲孔内的破碎岩芯；b、在步骤a所述的钻机上加长钻杆，在所述盲孔的基础上继续向下层钻进；c、将步骤b中的钻机向上提起，使得空心钻头的内壁与岩芯之间形成间隙；d、在步骤c所述的间隙内塞入填充物；e、启动钻机，岩芯根部断裂；停止钻机，取出钻杆和空心钻头；f、在盲孔内放入孔内定位成像设备对盲孔内岩芯损伤裂纹位置进行定位和记录；g、取出盲孔内孔内定位成像设备；h、在盲孔内放入深孔岩芯套取设备，取出岩芯样品。
Description
技术领域
本发明涉及一种完整硬岩中便携式钻机高效取芯技术，是用于完整程度较高的硬质岩石钻孔的一种简捷快速取芯手段，切断技术与套取手段的有机结合可在完整硬岩中实现全钻孔岩芯的快速获取。本发明同时适用于便携式钻机由浅至深钻进时常遇的深部卡钻难题的快速排解。
背景技术
岩体力学、水力学研究所需岩芯大多由钻机钻取，通常低完整性、低强度岩芯可在钻具扭转力及紧裹力的共同作用下套取出来；而完整程度较高的硬质岩石如花岗岩、安山岩，因其颗粒联接紧密，抗压、抗剪强度很高，常规钻机仅靠钻头的磨削与振动很难使岩芯根部与母岩顺利断裂分离，导致钻具磨损严重而取芯率低的困局出现，人力、物力、财力消耗巨大。本发明通过在岩芯跟空心钻头内壁的间隙间填塞事先绑扎好的铁丝束，钻杆旋转时岩芯、铁丝束、钻头内壁三者在狭小间隙内形成高强扭力，使得岩芯与母岩一次性损伤断裂，然后在套取设备的紧固提拉下实现深孔硬芯的快速获取。为完整岩芯的全钻孔获取提供有力技术保障。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对便携式钻机在完整度较高的硬岩中钻进时常遇的岩芯根部难以切断或切断后难以顺利取出而导致钻头磨损快、取芯率低的难题，本发明提供一种完整硬岩钻进过程中有效切断岩芯与母岩的连接后快速套固提出的方法手段。
本发明采取的技术方案是：
a、在待取岩芯所在的地表浅层，用钻机钻取盲孔，清除盲孔内的破碎岩芯；
b、在步骤a所述的钻机上加长钻杆，在所述盲孔的基础上继续向下层钻进；当钻杆端头的空心钻头内填满完整岩芯时，停止钻进；
c、将步骤b中的钻杆稍稍向上提起，使得空心钻头的内壁与岩芯之间留出一定间隙；
d、由钻杆顶端孔塞入填充物至步骤c所述的间隙内；
e、启动钻机，在强大瞬间扭力作用下岩芯根部损伤断裂；停止钻机，取出钻杆和空心钻头；
f、在盲孔内放入孔内定位成像设备对盲孔内岩芯损伤裂纹位置进行定位和记录；
g、取出盲孔内孔内定位成像设备；
h、在盲孔内放入深孔岩芯套取设备，取出岩芯样品。
所述步骤a中盲孔的深度为80-100cm。
所述步骤c中所述的间隙为0.5-1cm。
所述步骤d中的填充物为事先缠绕好的铁丝束。
所述步骤h中的深孔岩芯套取设备设置在岩芯损伤裂纹位置上方的5-8cm处。
深孔岩芯套取设备包括固定杆、导向环、滑动杆、滑动环和伸缩套环；滑动环固定在滑动杆的上端并与固定杆套连，导向环固定在固定杆上且与滑动杆套连，伸缩套环的一端固定在固定杆的下端，其另一端固定在滑动杆的下端。
为了能更好的适用于不同深度孔的岩芯的套取，扩展其应用范围和重复利用率，同时便于携带、减小作业空间、适用范围更大，本发明所述固定杆为伸缩杆或折叠杆。
定位成像设备包括导向杆、标尺、反光镜、数据线和信号处理器；数据线固定在导向杆上，反光镜固定在导向杆上，标尺和导向杆伸入测量孔内，数据线的一端头设有摄像头，另一端与信号处理器相连。
为了能更好的适用于不同深度观察孔的探测，扩展其应用范围和重复利用率，同时便于携带、减小作业空间、适用范围更大，本发明所述导向杆为伸缩杆或折叠杆。
有益效果
本发明与现有技术相比：1、本发明针对性强、套取成功率高。岩芯根部在强大瞬间扭力作用下损伤断裂，在孔内定位成像设备的辅助下可精确获取岩芯损伤裂纹位置信息，进而可将套取设备针对性下放至岩芯最佳受力位置，大大提高套取成功率；2、本发明适用范围广、重复利用率高。所用的大范围伸缩套环和长距离伸缩杆件可满足多种孔径及不同孔深的作业需求；3、本发明简便、快速、连贯性强。待便携式钻机钻进至预定深度，空心钻头内腔填满完整岩芯后将铁丝束由钻杆顶端孔塞至钻头内壁与岩芯间的间隙，再次起钻可实现岩芯根部的损伤断裂，接着用孔内定位成像设备查明损伤裂纹部位后针对性下放套取设备至最佳受力位置，适当调节设备滑动杆使伸缩套环紧固岩芯后便可一次性提拉取出。操作程序简明、步骤连贯、效率较高。
附图说明
图1是本发明的深孔岩芯套取设备的结构示意图。
图2是本发明的转取岩芯时扭断岩芯的结构示意图。
图3是本发明的提取岩芯的结构示意图。
图4是本发明的孔内定位成像设备的结构示意图。
其中，1、固定杆，2、导向环，3、滑动杆，4、滑动环，5、伸缩套环，6、钻头，7、铁丝束，8、岩芯，9、岩芯损伤断裂面。
具体实施方式
为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图1-附图4和具体实施方式做进一步的描述。
本发明的一种完整硬岩中便携式钻机高效取芯方法，包括如下步骤：
a、在待取岩芯所在的地表浅层，用钻机钻取盲孔，清除盲孔内的破碎岩芯；所述盲孔的深度为80-100cm。
b、在步骤a所述的钻机上加长钻杆，在所述盲孔的基础上继续向下层钻进；当钻杆端头的空心钻头内填满完整岩芯时，停止钻进；
c、将步骤b中的钻杆向上稍稍提起，使得空心钻头的内壁与岩芯之间留出0.5-1cm的间隙；
d、由钻杆顶端孔塞入填充物至步骤c所述的间隙内；
e、启动钻机，在强大瞬间扭力作用下岩芯根部损伤断裂；停止钻机，取出钻杆和空心钻头；
f、在盲孔内放入孔内定位成像设备对盲孔内岩芯损伤裂纹位置进行定位和记录；
g、取出盲孔内的孔内定位成像设备；
h、在盲孔内放入深孔岩芯套取设备，取出岩芯样品。
本发明在步骤a、步骤b和步骤e中所述的钻机均为现有技术中的便携式钻机，其具体结构本发明不做详细的描述。
本发明在步骤d中所塞入的填充物为事先缠绕好的铁丝束7，本发明的铁丝束7采用现有技术中的3-4根直径1mm的细铁丝相互缠绕而制成的绑扎束。
本发明在步骤f中所采用的定位成像设备，其定位成像设备这个名词为自定义名词，顾名思义，其主要功能是对观察孔内所遇地质构造体物理信息进行直观显示并定位，正确指导后续封堵导流设备有目的安设和注胶压力的针对性控制。
本发明的孔内定位成像设备包括导向杆1-1、标尺1-2、反光镜1-3、数据线1-4、信号处理器1-5和摄像头1-6；如图4所示。
数据线1-4通过扎带捆绑在导向杆1-1上，在捆绑中不影响数据线1-4内的信号传输。反光镜1-3固定在导向杆1-1的一端头上，连同导向杆1-1一起伸入到测量孔内；标尺1-2和导向杆1-1伸入测量孔内，数据线1-4的一端头设有摄像头1-6，另一端与信号处理器1-5相连。
本发明孔内定位成像设备内所述的导向杆1-1可采用伸缩杆或折叠杆。导向杆1-1采用伸缩杆或折叠杆能更好的适用于不同深度观察孔的探测，扩展其应用范围和重复利用率，同时便于方便携带、减小作业空间、适用范围更大。
本发明孔内定位成像设备内所述的反光镜1-3为现有技术中的反光镜，其呈椭圆形，反光镜1-3与导向杆端部相连接。主要功能：随导向杆360度旋转过程中，可将孔壁四周裂隙全部映射入内，排除摄像头照射死角，便于获取孔内全方位信息。
本发明孔内定位成像设备内所述的标尺1-2可以采用现有技术中的带有尺寸的钢板尺。
本发明孔内定位成像设备内所述的信号处理器1-5可采用现有技术中的笔记本或微处理器，本发明为了便于携带，本发明优先采用笔记本。
本发明在步骤h中所采用的深孔岩芯套取设备，包括固定杆1、导向环2、滑动杆3、滑动环4和伸缩套环5；如图1所示。
一种深孔岩芯套取设备，滑动环4焊接在滑动杆3的上端并与固定杆1套连，导向环2固定在固定杆1上并与滑动杆3套连，伸缩套环5的一端采用绑扎式固定在固定杆1的下端，其另一端采用绑扎式固定在滑动杆3的下端。
本发明所述的固定杆1和滑动杆3均采用现有技术中抗弯性能较好的粗铁条制成。
本发明所述的滑动环3和导向环2均采用现有技术中抗扭弯性能较强的铁圈制成。
本发明所述的伸缩套环5采用现有技术中为伸展率较大的柔性铁丝环制成。伸缩套环6具有3-4倍的伸展空间。
为了能更好的适用于不同深度孔的岩芯的套取，扩展其应用范围和重复利用率，同时便于携带、减小作业空间、适用范围更大，本发明固定杆1为伸缩杆或折叠杆。
下面举一个实施例对本发明的方法进行详细描述：
便携式钻机装配直径12cm的钻头6在完整程度较高的花岗岩、安山岩等硬质岩体10待钻位置平稳放置，表层岩体在风化作用影响下较为破碎，施钻后岩芯难以成型取出，因此先由地表向下钻进一节钻杆（约90cm）深度，清除破碎岩芯；加套第二节或第三节钻杆继续向下层钻进，因所遇岩体风化程度越来越弱，岩体强度和硬度逐渐增加，空心钻头内腔逐渐被完整岩芯8充满；此时停止钻进后稍稍提起钻杆使钻头内腔与岩芯8间留出0.5-1cm的间隙，将3～4根铁丝束7从第一根钻杆顶端孔塞入使其自由滑进钻头内腔，缓慢下放钻杆和钻头至施钻位置，启动钻机带动空心钻头渐进旋转，铁丝束7在钻杆旋转力和重力的共同作用下紧密充填在钻头内壁与岩芯底部间的间隙内，逐步增大钻杆的转速，岩芯根部在岩芯、铁丝束及钻头提供的强大扭矩作用下瞬间损伤断裂，形成岩芯损伤断裂面9；如图2所示。此时将空心钻头提出钻孔，下放孔内定位成像设备对岩芯损伤裂纹位置精确定位记录，进而下放深孔岩芯套取设备，针对探测所得具体的损伤部位让滑动杆3沿固定杆1上下滑动由此调节伸缩套环5的松紧程度，使其紧固在岩芯损伤裂纹上方5-8cm的最佳受力部位（此参数为多次类似试验基础上总结所得），沿垂直方向用力提拉深孔岩芯套取设备的固定杆1可将损伤断裂的完整岩芯从深孔底部提至地表，松开套环便可获取岩芯。如图3所示。
本发明采用的钻头6为现有技术中应用于采矿及地质勘察领域中的空心钻头，其具体结构本发明不作详细说明。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
Claims (9)
1.一种完整硬岩中便携式钻机高效取芯方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、在待取岩芯所在的地表浅层，用钻机钻取盲孔，清除盲孔内的破碎岩芯；
b、在步骤a所述的钻机上加长钻杆，在所述盲孔的基础上继续向下层钻进；当钻杆端头的空心钻头内填满完整岩芯时，停止钻机；
c、将步骤b中的钻机向上提起，使得空心钻头的内壁与岩芯之间形成间隙；
d、在步骤c所述的间隙内塞入填充物；
e、启动钻机，岩芯根部断裂；停止钻机，取出钻杆和空心钻头；
f、在盲孔内放入孔内定位成像设备对盲孔内岩芯损伤裂纹位置进行定位和记录；
g、取出盲孔内孔内定位成像设备；
h、在盲孔内放入深孔岩芯套取设备，取出岩芯样品。
2.如权利要求1所述的完整硬岩中便携式钻机高效取芯方法，其特征在于，所述步骤a中盲孔的深度为80-100cm。
3.如权利要求1所述的完整硬岩中便携式钻机高效取芯方法，其特征在于，所述步骤c中所述的间隙为0.5-1cm。
4.如权利要求1所述的完整硬岩中便携式钻机高效取芯方法，其特征在于，所述步骤d中的填充物为铁丝束。
5.如权利要求1所述的完整硬岩中便携式钻机高效取芯方法，其特征在于，所述步骤 h中的深孔岩芯套取设备设置在岩芯损伤裂纹位置上方的5-8cm处。
6.如权利要求1所述的完整硬岩中便携式钻机高效取芯方法，其特征在于，所述深孔岩芯套取设备包括固定杆（1）、导向环（2）、滑动杆（3）、滑动环（4）和伸缩套环（5）；滑动环（4）固定在滑动杆（3）的上端并与固定杆（1）套连，导向环（2）固定在固定杆（1）上且与滑动杆（3）套连，伸缩套环（5）的一端固定在固定杆（1）的下端，其另一端固定在滑动杆（3）的下端。
7.如权利要求6所述的完整硬岩中便携式钻机高效取芯方法，其特征在于，所述固定杆（1）为伸缩杆或折叠杆。
8.如权利要求1所述的完整硬岩中便携式钻机高效取芯方法，其特征在于，所述定位成像设备包括导向杆（1-1）、标尺（1-2）、反光镜（1-3）、数据线（1-4）和信号处理器（1-5）；数据线（1-4）固定在导向杆（1-1）上，反光镜（1-3）固定在导向杆（1-1）上，标尺（1-2）和导向杆（1-1）伸入测量孔内，数据线（1-4）的一端头设有摄像头（1-6），另一端与信号处理器（1-5）相连。
9.如权利要求8所述的完整硬岩中便携式钻机高效取芯方法，其特征在于，所述导向杆（1-1）为伸缩杆或折叠杆。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |