CN106437582B - 钢索取心钻机及使用该钢索取心钻机的钻探工法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢索取心钻机，包括：底座、主机、钻具、钻杆和钢索取心系统，主机安装于底座上，底座能够调整主机的安装角度，钻杆安装于主机上，且主机用于驱动钻杆的旋转和给进，钻杆的前端与钻具固定连接，钻杆的后端与钢索取心系统连接，钻具的回转轴线与钻杆的回转轴线共线，主机包括：箱式给进架；动力头底座；给进油缸，给进油缸安装于箱式给进架上用于驱动动力头底座在箱式给进架上沿箱式给进架的长度方向自由移动；动力头，动力头夹持钻杆用于驱动钻杆旋转，本发明还提供了一种使用该钢索取心钻机的钻探工法，本发明的有益效果是：通过钢索取心钻机可以实现在地表对基岩进行水平方向或小角度钻探，用于代替靠大面积开挖土方的槽井探探矿。

Description

钢索取心钻机及使用该钢索取心钻机的钻探工法

技术领域

本发明涉及探矿技术领域，尤其涉及一种钢索取心钻机及使用该钢索取心钻机的钻探工法

背景技术

地质探槽探矿是地质找矿最常用的手段之一，其方法是利用人力或机械在地表按一定方位开挖一定长度、并穿过覆盖层到达基岩0.3m长槽，其深度一般不超过3m，地表宽度一般以探槽深度按1：1放坡计算，在基岩处刻取岩石样品，再经地质技术人员编录描述、样品化验分析等工作后来进行地质找矿或矿产异常查证。

地质浅井探矿也是地质找矿比较常用的手段之一，其方法是利用人力或机械在地表按圆形或方形挖掘浅井、深度一般不超过20m，到达基岩或设计岩层后取得岩石样品，再经地质技术人员编录描述、样品化验分析等工作后来进行地质找矿或矿产异常查证。

地质探槽、浅井又常被合称为槽井探，目前，槽井探探矿方法主要存在问题是：

1、槽井探在林地、耕地处施工时首要问题是必须破坏林地和耕地，破坏生态环境，即使完工后立即进行回填和恢复植被，环境恢复也需要几年到几十年或更长时间；

2、槽井探施工除需要支付自身施工费用外，还需要支付土地使用费、林地耕地占用费，树木青苗补偿费、林地耕地恢复费等多种大量费用，使探矿成本不断增加；

3、槽井探施工存在安全风险，近几年时有因槽井探边坡坍塌导致人员伤亡事故发生；

4、浅井挖掘时要根据地层情况使用木版架或其他措施进行支护，有地下水时需要排水，施工工艺复杂，施工难度及安全风险较大，成本较高；

5、槽探在覆盖层大于3m以上地区施工难度非常大或无法施工，又因进入基岩需要人为判断，这会导致较完整的残坡层、风化层误认为是基岩情况，存在取样位置不到位，造成探矿误差。

近年来，人们一直对能够代替地质槽井探探矿的设备和方法进行研究，例如研究了很多类型的基岩浅钻用于试验和生产，但均无法代替槽井探，其原因主要是：

1、因钻机基本设计为90°或超过45°的大角度钻探，取得的岩心水平投影远小于垂直投影，无法达到代替槽井探的效果。

2、地表钻探需要在浅部坍塌破碎地层钻进，一般钻机无法保证在该地层正常运行，无法保证岩心采取率。

3、现有的基岩浅钻钻机因施工环境条件差、地点转换勤、效率低、成本高和施工难度大，无法在较大规模的范围进行推广和应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种钢索取心钻机及使用该钢索取心钻机的钻探工法，即地表水平方向钻探探矿工法。

本发明提供以下技术方案：

一种钢索取心钻机，包括：底座、主机、钻具、钻杆和钢索取心系统，主机安装于底座上，底座能够调整主机的安装角度，钻杆安装于主机上，且主机用于驱动钻杆的旋转和给进，钻杆的前端与钻具固定连接，钻杆的后端与钢索取心系统连接，钻具的回转轴线与钻杆的回转轴线共线，主机包括：

箱式给进架，箱式给进架安装于底座上；

动力头底座，动力头底座设置于箱式给进架上；

给进油缸，给进油缸安装于箱式给进架上用于驱动动力头底座在箱式给进架上沿箱式给进架的长度方向自由移动；

动力头，动力头安装于动力头底座上，动力头夹持钻杆用于驱动钻杆旋转。

进一步地，动力头包括：液压马达、动力头变速箱和动力头夹持器，动力头变速箱安装于动力头底座上，液压马达安装于动力头变速箱上且液压马达的输出端与动力头变速箱的输入端传动连接，动力头夹持器安装于动力头变速箱上且动力头夹持器与动力头变速箱的输出端传动连接，动力头夹持器用于夹持钻杆。

进一步地，主机还包括滚轮夹持器，滚轮夹持器设置于箱式给进架上，滚轮夹持器用于夹持钻杆和钻杆的快速推进或回退。

进一步地，底座包括：底座钢梁、底座枕木、主机支撑架和主机安装架，底座枕木垫设于底座钢梁的底部且与底座钢梁通过螺杆固定连接，主机支撑架的底部与底座钢梁铰接，底座钢梁上和主机支撑架上分别设有一个主机安装架，底座钢梁上的主机安装架和主机支撑架上的主机安装架共同支撑箱式给进架，且主机支撑架上的主机安装架能够沿主机支撑架的长度方向自由调整。

进一步地，底座枕木上设有安装孔，安装孔内安装有钢钎，钢钎用于加固底座枕木。

进一步地，钢索取心系统包括：绞车、绞线输送器、绞线导向管和钻杆接头，绞车上缠绕有钢绞线，绞线输送器设置于绞车上用于输送钢绞线，绞线输送器通过绞线导向管与钻杆接头固定连接，钻杆接头与钻杆的后端连接，钢绞线在绞线输送器的驱动下依次穿过绞线导向管和钻杆接头伸进钻杆中，钢绞线伸进钻杆的一端连接有内管打捞头或内管推送头。

进一步地，钢索取心钻机还包括动力系统，动力系统分别与主机和钢索取心系统连接，动力系统用于驱动主机带动钻杆的运动和驱动钢索取心系统的钢索取心。

进一步地，动力系统包括液压装置和动力机，动力机与液压装置连接，且动力机通过驱动液压装置向主机和钢索取心系统供油以驱动主机和钢索取心系统的运动；

动力机包括柴油机、离合器和柴油箱，柴油箱与柴油机连接，柴油机的输出端通过离合器与液压装置传动连接；

液压装置包括：液压油箱、液压油泵、液压油过滤器和液压油冷却器，液压油泵与离合器连接，液压油过滤器和液压油冷却器设置于液压油箱上，液压油泵通过液压油过滤器与液压油箱相连通。

进一步地，钢索取心钻机还包括操作台，动力系统通过操作台分别与主机和钢索取心系统连接，操作台用于控制动力系统向主机和钢索取心系统供油；

操作台包括：操作机体、仪表盘，操作阀和管道，仪表盘、操作阀和管道分别设置于操作机体上，管道的输入端与动力系统连通，管道的输出端分别与主机和钢索取心系统连通，仪表盘用于监测管道内的油液参数，操作阀用于控制管道的开闭。

本发明还提供一种使用该钢索取心钻机的钻探工法，包括以下步骤：

S1：安装，将底座与地面固定，再将主机安装于底座上，将钻杆安装于主机上，钻杆的前端安装上钻具，钻杆的后端与钢索取心系统安装；

S2：调节，通过底座调整主机的安装角度，使钻孔与地面具有0至45°夹角；

S3：钻探，通过动力系统和操作台控制主机驱动钻杆带动钻具进行旋转和推进；

S4：取心，通过钢索取心系统进行不提钻循环取心操作。

本发明提供了一种钢索取心钻机及使用该钢索取心钻机的钻探工法，其有益效果在于：通过钢索取心钻机可以实现在地表对基岩进行水平方向或小角度钻探，用于代替靠大面积开挖土方的槽井探探矿。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的钢索取心钻机的主机的结构示意图；

图2是本发明提供的钢索取心钻机的局部结构示意图；

图3是本发明提供的钢索取心钻机的局部结构示意图；

图4是现有技术中的探槽结构图；

图5是现有技术中的浅井剖面图；

图6是现有技术中的浅井平面图；

图7是本发明提供的钢索取心钻机的底座的结构示意图；

图8是本发明提供的钢索取心钻机的钢索取心系统的结构示意图；

图9是本发明提供的钢索取心钻机的钢索取心系统的入孔打捞内管取心的结构示意图；

图10是本发明提供的钢索取心钻机的钢索取心系统的入孔推送内管到位的结构示意图；

图11是本发明提供的钢索取心钻机的动力系统的结构示意图；

图12是本发明提供的钢索取心钻机的操作台的结构示意图。

图中1-底座；2-主机；3-钻具；4-钻杆；5-钢索取心系统；21-箱式给进架；22-动力头底座；23-给进油缸；24-动力头；241-液压马达；242-动力头变速箱；243-动力头夹持器；25-滚轮夹持器；11-底座钢梁；12-底座枕木；13-主机支撑架；14-主机安装架；15-钢钎；51-绞车；52-绞线输送器；53-绞线导向管；54-钻杆接头；55-钢绞线；56-内管打捞头；57-内管推送头；58-深度计数器；6-动力系统；61-液压装置；62-动力机；621-柴油机；622-离合器；623-柴油箱；611-液压油箱；612-液压油泵；613-液压油过滤器；614-液压油冷却器；7-操作台；71-操作机体；72-仪表盘；73-操作阀；74-管道；41-孔内钻杆；42-取心短钻杆；8-内管蘑菇头；100-堆土；200-基岩；300-浅井。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1至图6所示，一种钢索取心钻机，包括：底座1、主机2、钻具3、钻杆4和钢索取心系统5，主机2安装于底座1上，底座1能够调整主机2的安装角度，钻杆4安装于主机2上，且主机2用于驱动钻杆4的旋转和给进，钻杆4的前端与钻具3固定连接，钻杆4的后端与钢索取心系统5连接，钻具3的回转轴线与钻杆4的回转轴线共线，主机2包括：箱式给进架21，箱式给进架21安装于底座1上；动力头底座22，动力头底座22设置于箱式给进架21上；给进油缸23，给进油缸23安装于箱式给进架21上用于驱动动力头底座22在箱式给进架21上沿箱式给进架21的长度方向自由移动；动力头24，动力头24安装于动力头底座22上，动力头24夹持钻杆4用于驱动钻杆4旋转，通过上述结构的设计，使得通过钢索取心钻机可以实现在地表对基岩进行水平方向或小角度钻探，用于代替靠大面积开挖土方的槽井探探矿。

一种较佳的实施方式中，动力头24包括：液压马达241、动力头变速箱242和动力头夹持器243，动力头变速箱242安装于动力头底座22上，液压马达241安装于动力头变速箱242上且液压马达241的输出端与动力头变速箱242的输入端传动连接，动力头夹持器243安装于动力头变速箱242上且动力头夹持器243与动力头变速箱242的输出端传动连接，动力头夹持器243用于夹持钻杆4，主机2还包括滚轮夹持器25，滚轮夹持器25设置于箱式给进架21上，滚轮夹持器25用于夹持钻杆4和用于钻杆4的快速推进或回退，上述主机2中的各个零部件相互配合可以实现钻杆4的钻进、调速、夹持、提升和给进等，具体可分为：主机2的回转钻进系统、主机2的调速系统、主机2的夹持系统、主机2的提升和给进系统以及主机2的快速提升和给进系统，具体如下：

1、主机2的回转钻进系统：主要由液压马达241、动力头变速箱242、动力头夹持器243组成，其工作原理是动力车液压油通过操作台7给液压马达241、动力头变速箱242、夹持钻杆4的动力头夹持器243进行回转钻进；

2、主机2的调速系统：主要由液压马达241、动力头变速箱242组成，其工作原理是动力车液压油通过系统压力可调的操作台7后再给可调速的液压马达241、动力头变速箱242来实现无级调速回转钻进；

3、主机2的夹持系统：主要由动力头夹持器243和滚轮夹持器25组成，其工作原理是动力车液压油通过系统压力可调的操作台7后给动力头夹持器243、滚轮夹持器25来实现钻杆4的松开和夹紧，从而实现钻杆4回转、拧卸、提升和给进等工作；

4、主机2的提升、给进系统：主要由给进油缸23、动力头底座22、箱式给进架21、动力头夹持器243等部分组成，其工作原理是动力车液压油通过系统压力可调的操作台7后给给进油缸23，使其带动与其相连的动力头底座22和动力头24在箱式给进架21上移动，从而实现钻杆4提升、给进等工作；

5、主机2的快速提升、推进系统：主要由滚轮夹持器25等部分组成，其工作原理是动力车液压油通过系统压力可调的操作台7后给滚轮夹持器25的滚轮回转装置，从而使夹住钻杆4的滚轮回转，推动钻杆4快速推进或回退。

一种较佳的实施方式中，如图7所示，底座1包括：底座钢梁11、底座枕木12、主机支撑架13和主机安装架14，底座枕木12垫设于底座钢梁11的底部且与底座钢梁11通过螺杆固定连接，主机支撑架13的底部与底座钢梁11铰接，底座钢梁11上和主机支撑架13上分别设有一个主机安装架14，底座钢梁11上的主机安装架14和主机支撑架13上的主机安装架14共同支撑箱式给进架21，且主机支撑架13上的主机安装架14能够沿主机支撑架13的长度方向自由调整，底座枕木12上设有安装孔，安装孔内安装有钢钎15，钢钎15用于加固底座枕木12。

上述结构中，底座1的主要安装及工作原理为：

1、底座1的主机2安装系统：主要由底座枕木12、主机安装架14、主机支撑架13、底座钢梁11及固定螺杆等部分组成，其工作原理是主机2通过主机安装架14、主机支撑架13、底座钢梁11按设计角度进行安装，底座钢梁11、底座枕木12通过固定螺杆安装固定成一体；

2、底座1的水平孔施工：由主机安装架14、主机支撑架13、底座钢梁11完成，其方法是拆开底座钢梁11变换到另一安装孔安装，位移距离为0.5-1m；

3、底座1的反向孔施工：由主机安装架14、主机支撑架13、底座钢梁11完成，其方法是拆开底座钢梁11掉头安装；

4、主机2施工角度调整：由主机安装架14、主机支撑架13完成，其方法是松开主机安装架14和主机支撑架13上的紧固螺栓，调整主机2在主机支撑架13上的高度，罗盘测量好角度后将安装架和支撑架上的紧固螺栓拧紧即可；

5、底座1的稳固系统：主要由底座枕木12、底座钢梁11、固定螺杆、固定钢钎15等部分组成，其工作原理是平整地盘时要使底座枕木12完全埋入地基，通过固定螺杆将底座枕木12、底座钢梁11完全紧固固定形成一体，然后通过在底座枕木12的钢钎15安装孔钉入钢钎15进行进一步加固。

一种较佳的实施方式中，如图8至图10所示，钢索取心系统5包括：绞车51、绞线输送器52、绞线导向管53和钻杆接头54，绞车51上缠绕有钢绞线55，绞线输送器52设置于绞车51上用于输送钢绞线55，绞线输送器52通过绞线导向管53与钻杆接头54固定连接，钻杆接头54与钻杆4的后端连接，钢绞线55在绞线输送器52的驱动下依次穿过绞线导向管53和钻杆接头54伸进钻杆4中，钢绞线55伸进钻杆4的一端连接有内管打捞头56或内管推送头57。

上述结构中，钢索取心系统5主要工作原理为：钢索取心系统5主要由绞线输送器52将内管打捞头56、内管推送头57通过钢绞线55、绞线导向管53、钻杆接头54、钻杆4送入或提出孔内取心内管，从而完成内管取心的循环，绞车51可存放和自动卷放钢绞线55，同时钢索取心系统5还具有深度计数器58，其可随时显示钢绞线55的卷放米数，钻杆4分为取心短钻杆42和孔内钻杆41，取心短钻杆42和孔内钻杆41之间的距离为200mm。

钢索取心系统5主要操作过程为：

1、提内管取心：首先将钢绞线55及与其相连的内管打捞头56(如内管打捞头56接有内管推送头57时需将其取下)通过动力头24内的通孔送入孔内钻杆41内孔中，然后将套在钢绞线55外面已与绞线导向管53、钻杆接头54相连的取心短钻杆42插入动力头24的内通孔并夹紧，调整取心短钻杆42与孔内钻杆41之间的间隙在200mm左右，以便于观察钢绞线55的运行情况，通过操作台7操作阀73给油到绞线输送器52，使钢绞线55带着内管打捞头56进入孔内，当内管打捞头56到达孔底与内管蘑菇头8卡紧后，再由绞线输送器52提出，内管到达200mm间隙处时停止提出，松开内管打捞头56和动力头夹持器243，将取心短钻杆42从动力头24取出，再由人工取出内管，从而完成提内管取心操作。

2、推送内管：首先由人工将内管送入孔内钻杆41内孔中，内管打捞头56加接推送头后变成内管推送头57，再由钢绞线55及与其相连的内管推送头57通过动力头24内通孔送入孔内钻杆41内孔中，然后将套在钢绞线55外面已与绞线导向管53、钻杆接头54相连的取心短钻杆42插入动力头24的内通孔并夹紧，调整取心短钻杆42与孔内钻杆41之间间隙在200mm左右，以便于观察钢绞线55的运行情况，通过操作台7操作阀73给油到绞线输送器52，使钢绞线55带着内管推送头57进入孔内推动内管前行，当内管推送头57到达孔底将内管送入外管内并卡紧后，再由绞线输送器52将内管推送头57退出，内管推送头57到达200mm间隙处时停止，松开动力头夹持器243，将取心短钻杆42从动力头24取出，从而完成推送内管操作。

一种较佳的实施方式中，如图11所示，钢索取心钻机还包括动力系统6，动力系统6分别与主机2和钢索取心系统5连接，动力系统6用于驱动主机2带动钻杆4的运动和驱动钢索取心系统5的钢索取心，动力系统6包括液压装置61和动力机62，动力机62与液压装置61连接，且动力机62通过驱动液压装置61向主机2和钢索取心系统5供油以驱动主机2和钢索取心系统5的运动；动力机62包括柴油机621、离合器622和柴油箱623，柴油箱623与柴油机621连接，柴油机621的输出端通过离合器622与液压装置61传动连接；液压装置61包括：液压油箱611、液压油泵612、液压油过滤器613和液压油冷却器614，液压油泵612与离合器622连接，液压油过滤器613和液压油冷却器614设置于液压油箱611上，液压油泵612通过液压油过滤器613与液压油箱611相连通。

上述结构中，动力系统6主要包括液压装置61和动力机62两个部分，其主要工作原理如下：

液压装置61的工作原理是柴油机621通过离合器622带动液压油泵612回转，液压油由液压油箱611、液压油过滤器613进入液压油泵612后输出到操作台7控制装置，并由控制装置分配到各执行机构，液压油的冷却装置由钻机泥浆泵的回水管接入到油箱液压油冷却器614后，通过回水进行冷却，具有冷却效果好，节省动力的功效。

动力机62的工作原理是柴油箱623供油、柴油机621运行，通过离合器622进行动力输出。

一种较佳的实施方式中，如图12所示，钢索取心钻机还包括操作台7，动力系统6通过操作台7分别与主机2和钢索取心系统5连接，操作台7用于控制动力系统6向主机2和钢索取心系统5供油；操作台7包括：操作机体71、仪表盘72，操作阀73和管道74，仪表盘72、操作阀73和管道74分别设置于操作机体71上，管道74的输入端与动力系统6连通，管道74的输出端分别与主机2和钢索取心系统5连通，仪表盘72用于监测管道74内的油液参数，操作阀73用于控制管道74的开闭。

上述结构中操作台7的工作原理是动力车输入的工作液压油通过操丛阀和管道74输入和输出到各执行系统进行钻机的各项运行操作，操作机体71上的仪表盘72上的各个仪表随时指示各系统参数情况。

本发明还提供一种使用该钢索取心钻机的钻探工法，即地表水平方向钻探探矿工法，包括以下步骤：

S1：安装，将底座1与地面固定，再将主机2安装于底座1上，将钻杆4安装于主机2上，钻杆4的前端安装上钻具3，钻杆4的后端与钢索取心系统5安装；

S2：调节，通过底座1调整主机2的安装角度，使钻孔与地面具有0-45°夹角；

S3：钻探，通过动力系统6和操作台7控制主机2驱动钻杆4带动钻具3进行旋转和推进；

S4：取心，通过钢索取心系统5进行不提钻循环取心操作。

上述工法的工作原理是水平方向钻孔通过在地表钻机底座1安装的全液压取心钻机主机2、钻杆4和带钻头的双管钻具3迴转并沿水平方向钻孔，其钻孔角度为水平或小角度(一般0-45°)，深度可根据地质设计和钻机能力确定，进入基岩后开始连续采取岩心，再经地质技术人员编录描述、样品化验分析等工作，来进行地质找矿或矿产异常查证。

上述探矿工法的特点和优势在于：

1、从根本上基本解决了林地、耕地的保护问题，解决了现阶段环境保护和矿产勘查之间的矛盾。

2、通过大量的野外试验对比研究表明，社会和经济效益非常显著。

以林区为例，本发明提供的探矿工法水平钻机地盘临时占用林地面积约31㎡，毁林面积约16㎡，以水平钻探100m为例，一个地盘单向钻进为100米，正反向钻进可达200米；对应200延长米探槽(探槽深按3m计算；1:1放坡)，所损毁林地面积为(200延长米×6.6米宽)＝1320㎡，探槽两侧每侧堆土100宽约5m，占地面积约(200延长米×5米宽×2侧)2000㎡，因此，探矿工法毁林地面积约为槽探的1/83，临时占用土地面积为槽探的1/65，极大降低了探矿的毁林面积。

3、本发明的探矿工法可大幅度减少土地使用费、林地耕地占用费，树木青苗补偿费、林地耕地恢复费等多种大量其他费用，使探矿实际成本增加有限。

4、本发明的探矿工法是穿过覆盖层进入基岩施工，连续取心，提高了地质找矿的准确性和效果，经野外与已施工探槽对比，其优势是：

(1)水平方向钻探在地层界线划分上具有明显的优势，可以清晰、准确的划分岩性界线，并能连续、清楚的观察岩石的矿化蚀变及分带现象。

(2)水平方向钻探在深部基岩位置可以更好的规避表层基岩的的风化作用对观测矿化蚀变现象的影响，同时大大的增加了发现矿(化)体的可能性。

(3)在表层残坡积层较厚，人工挖掘或机械挖掘不能揭露基岩的地区，通过水平方向钻探探矿，可以更加准确的确定岩性分界和更好的观察矿化蚀变现象，减小了丢矿、落矿的可能性。

(4)对地表浅层物化探异常，现有槽井探工作方法无法达到地质目的，同时布设垂直钻理论依据不够的情况下，可先期利用水平钻的对浅层地质情况及浅层物探异常进行查证，水平钻探优势明显。

(5)对已发现的近直立矿(化)体，水平钻探可以更加准确的确定矿(化)体的水平宽度，配合垂直钻精确求取矿产资源储量。

综上所述，本发明提供了一种钢索取心钻机及使用该钢索取心钻机的钻探工法，其主要特点和技术突破在于：

1、钻探代替槽井探的地表水平方向钻探的钢索取心钻机的研制，填补了国内地表水平方向取心钻机领域的空白。

2、钻探代替槽井探的地表水平方向钻探的钢索取心钻机基本达到了轻便、适用、有一定功能、效率及比较合适适中的技术、经济参数和指标，使之在效率、成本、质量上基本能够达到推广、使用要求。

3、钻探代替槽井探的地表水平方向钻探的钢索取心钻机底座设计的主要特点：

(1)钻机底座基本由五根枕木、二根钻机底座钢梁、前后两组角度可调式钻机支撑架和四根固定钢钎组成，结构简单，牢固可靠。

(2)在一个地盘上钻机底座1能够实现四向多孔钻进，它既可减少占地面积，减少搬迁次数，提高效率，降低成本，又可满足求出地质岩层产状的需要。

同向多孔钻进中是通过底座钢梁在底座枕木上平移0.5-1m并可变换钻孔角度进行的，通过岩石标志层的深度、位置等变化求出地层产状。反向钻孔是通过底座钢梁将钻机掉头安装完成的。

(3)钻机稳固是保证钻机正常钻进的基本条件，底座采取“底座1嵌入地基、打入钢钎加固”的钻机稳固系统，基本满足了施工要求，不存在下沉、位移和倾斜等问题。

4、钢索取心系统主要特点与技术突破

(1)为确保地层取心不受干扰，增加取心的准确性，保证岩心体积和采取率，地表水平方向钻探应优先选择目前最常用钻进工艺方法-绳索取心钻进。

绳索取心以效率高、成本低、取心率高、钻孔弯曲率低、工人劳动强度低而被广泛采用，但正常的绳索取心由自重投放内管，绳索绞车51通过钢丝绳和打捞器取出内管和岩心，钻孔角度一般要求应大于45°才能使用，所以在0-45°地表钻进时绳索取心无法进行，如另通过接管来推进和提出内管，在一定程度上失去绳索取心的意义。基岩水平方向钻探是在坍塌破碎的地表浅层施工，一般钻进方法无法保证岩心采取率，本系统主要突破是由钢绞线55替代钢丝绳进行取心，从根本上解决了绳钻不能用于0-45°钻孔的障碍，钢索取心钢绞线55除具有可弯曲特性外，还具有一定的强度，可完成打捞、推进取心内管的工作。

(2)钢索取心系统极大降低了提大钻的频率，一个100m深的孔，基本提大钻次数在1-3次左右，可使钻孔孔壁更加稳定，坍塌地层可以缩短回次进尺，保证岩心采取率，真正达到了自动化程度高、效率高、准确率高、成本低、易操作、易维护的效果。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种钢索取心钻机，其特征在于，包括：底座、主机、钻具、钻杆和钢索取心系统，所述主机安装于所述底座上，所述底座能够调整所述主机的安装角度，所述钻杆安装于所述主机上，且所述主机用于驱动所述钻杆的旋转和给进，所述钻杆的前端与所述钻具固定连接，所述钻杆的后端与所述钢索取心系统连接，所述钢索取心系统包括：绞车、绞线输送器、绞线导向管和钻杆接头，所述绞车上缠绕有钢绞线，所述绞线输送器设置于所述绞车上用于输送所述钢绞线，所述绞线输送器通过所述绞线导向管与所述钻杆接头固定连接，所述钻具的回转轴线与所述钻杆的回转轴线共线，所述主机包括：

箱式给进架，所述箱式给进架安装于所述底座上；

动力头底座，所述动力头底座设置于所述箱式给进架上；

给进油缸，所述给进油缸安装于所述箱式给进架上用于驱动所述动力头底座在所述箱式给进架上沿所述箱式给进架的长度方向自由移动；

动力头，所述动力头安装于所述动力头底座上，所述动力头夹持所述钻杆用于驱动所述钻杆旋转。

2.根据权利要求1所述的钢索取心钻机，其特征在于，所述动力头包括：液压马达、动力头变速箱和动力头夹持器，所述动力头变速箱安装于所述动力头底座上，所述液压马达安装于所述动力头变速箱上且所述液压马达的输出端与所述动力头变速箱的输入端传动连接，所述动力头夹持器安装于所述动力头变速箱上且所述动力头夹持器与所述动力头变速箱的输出端传动连接，所述动力头夹持器用于夹持所述钻杆。

3.根据权利要求2所述的钢索取心钻机，其特征在于，所述主机还包括滚轮夹持器，所述滚轮夹持器设置于所述箱式给进架上，所述滚轮夹持器夹持所述钻杆以及用于所述钻杆的快速推进或回退。

4.根据权利要求1所述的钢索取心钻机，其特征在于，所述底座包括：底座钢梁、底座枕木、主机支撑架和主机安装架，所述底座枕木垫设于所述底座钢梁的底部且与所述底座钢梁通过螺杆固定连接，所述主机支撑架的底部与所述底座钢梁铰接，所述底座钢梁上和所述主机支撑架上分别设有一个所述主机安装架，所述底座钢梁上的所述主机安装架和所述主机支撑架上的所述主机安装架共同支撑所述箱式给进架，且所述主机支撑架上的所述主机安装架能够沿所述主机支撑架的长度方向自由调整。

5.根据权利要求4所述的钢索取心钻机，其特征在于，所述底座枕木上设有安装孔，所述安装孔内安装有钢钎，所述钢钎用于加固所述底座枕木。

6.根据权利要求1所述的钢索取心钻机，其特征在于，所述钻杆接头与所述钻杆的后端连接，所述钢绞线在所述绞线输送器的驱动下依次穿过所述绞线导向管和所述钻杆接头伸进所述钻杆中，所述钢绞线伸进所述钻杆的一端连接有内管打捞头或内管推送头。

7.根据权利要求1所述的钢索取心钻机，其特征在于，还包括动力系统，所述动力系统分别与所述主机和所述钢索取心系统连接，所述动力系统用于驱动所述主机带动所述钻杆的运动和驱动所述钢索取心系统的钢索取心。

8.根据权利要求7所述的钢索取心钻机，其特征在于，所述动力系统包括液压装置和动力机，所述动力机与所述液压装置连接，且所述动力机通过驱动所述液压装置向所述主机和所述钢索取心系统供油以驱动所述主机和所述钢索取心系统的运动；

所述动力机包括柴油机、离合器和柴油箱，所述柴油箱与所述柴油机连接，所述柴油机的输出端通过所述离合器与所述液压装置传动连接；

所述液压装置包括：液压油箱、液压油泵、液压油过滤器和液压油冷却器，所述液压油泵与所述离合器连接，所述液压油过滤器和所述液压油冷却器设置于所述液压油箱上，所述液压油泵通过所述液压油过滤器与所述液压油箱相连通。

9.根据权利要求8所述的钢索取心钻机，其特征在于，还包括操作台，所述动力系统通过所述操作台分别与所述主机和所述钢索取心系统连接，所述操作台用于控制所述动力系统向所述主机和所述钢索取心系统供油；

所述操作台包括：操作机体、仪表盘，操作阀和管道，所述仪表盘、所述操作阀和所述管道分别设置于所述操作机体上，所述管道的输入端与所述动力系统连通，所述管道的输出端分别与所述主机和所述钢索取心系统连通，所述仪表盘用于监测所述管道内的油液参数，所述操作阀用于控制所述管道的开闭。

10.一种使用如权利要求1至9任一项所述的钢索取心钻机的钻探工法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：安装，将底座与地面固定，再将主机安装于底座上，将钻杆安装于主机上，钻杆的前端安装上钻具，钻杆的后端与钢索取心系统安装；

S2：调节，通过底座调整主机的安装角度，使钻孔与地面具有0-45°夹角；

S3：钻探，通过动力系统和操作台控制主机驱动钻杆带动钻具进行旋转和推进；

S4：取心，通过钢索取心系统进行不提钻循环取心操作。