CN111982573A - 一种水文地质钻式探测装置 - Google Patents

一种水文地质钻式探测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水文地质钻式探测装置，属于水文地质探测技术领域。一种水文地质钻式探测装置，包括：支撑架、稳定架、设置在稳定架上的钻探组件以及设置在支撑架上的动力组件；钻探组件包括均竖直设置的钻筒和钻杆；钻筒的顶部与动力组件连接，钻筒的外侧壁通过螺纹与稳定架连接，钻筒的底端设有第一锥面；钻杆穿过钻筒，钻杆的顶部与动力组件连接，钻杆的侧壁通过螺纹与钻筒的内侧壁连接，钻杆的底部设有钻头，钻头的第二锥面位于第一锥面的延伸方向上。本发明通过螺纹槽进行取样，取样时其它深度的土壤不会进入到钻杆的螺纹槽中，避免了其它深度的土壤进入到样本中，从而避免其他土壤的混入而带来的探测误差。

Description

一种水文地质钻式探测装置
技术领域
本发明涉及水文地质探测技术领域，具体涉及一种水文地质钻式探测装置。
背景技术
水文地质，是指自然界中地下水的各种变化和运动现象，如地下水的分布和形成规律、地下水物理性质和化学成分，从而对地下水进行合理利用。对水文地质的探测有利于研究人员了解地质情况，目前，研究人员在进行水文地质探测时，一般是人工通过钻探方式将一定深度的土壤样本从地底取出进行水文水文地质探测，但是在钻探时，样本会夹杂不同深度的土壤，导致最终的探测结果具有误差，同时，在钻探时，钻杆还容易出现卡阻现象，导致钻杆不容易拔出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水文地质钻式探测装置，以解决现有钻探获取的土壤样本会夹杂不同深度的土壤，导致最终的探测结果会出现误差的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种水文地质钻式探测装置，包括：支撑架、稳定架、设置在稳定架上的钻探组件以及设置在支撑架上的动力组件；
钻探组件包括均竖直设置的钻筒和钻杆；
钻筒的顶部与动力组件连接，钻筒的外侧壁通过螺纹与稳定架连接，钻筒的底端设有第一锥面；
钻杆穿过钻筒，钻杆的顶部与动力组件连接，钻杆的侧壁通过螺纹与钻筒的内侧壁连接，钻杆的底部设有钻头，钻头的第二锥面位于第一锥面的延伸方向上。
本发明的支撑架用于安装动力组件，稳定架用于使钻探组件保持稳定，动力组件用于驱动钻探组件的工作。钻杆穿过钻筒后，其钻头上的第二锥面位于钻筒底部的第一锥面的延伸方向上，使得钻头和钻筒一起形成新的钻杆，在钻探时，钻头和钻筒联动，一起钻至设定土壤深度，之后钻筒在动力组件的作用下保持静止，而钻杆在动力组件的作用下继续转动，使得钻杆从钻筒中伸出并伸入到土壤中，钻杆伸入到设定深度后，反向转动钻杆，土壤样品夹杂在螺纹槽中并进入到钻筒中，直到第二锥面位于第一锥面的延伸方向上，之后钻头和钻筒联动并反向转动，钻探组件回到地面上。通过收集螺纹槽中的土壤样品，即可完成对指定深度的土壤进行取样。此外，由于螺纹槽中的土壤样品是根据土壤深度进行取样的，即螺纹槽中的土壤样品与土壤的深度具有线性关系，因此可以对不同深度的土壤进行取样，即可以一次性进行多层取样。
进一步地，上述钻筒的内侧壁设有第一台阶，使得钻筒的内腔靠近其顶端一段的直径小于靠近其底端一段的直径；钻筒设有与第一台阶相配合的第二台阶。
本发明的钻杆与钻筒通过动力组件联动可以增加钻探动力，降低被卡阻的几率，同时，若遇到卡阻时，单独转动钻杆，使得第一台阶与第二台阶之间出现挤压力，从而协助钻筒解除出现的卡阻，同时，钻杆单独运动使第一台阶与第二台阶接触，钻杆对钻筒会产生冲击力，也有助于协助钻筒解除出现的卡阻。
进一步地，上述钻筒的内侧壁通过梯形螺纹与钻杆的外侧壁连接。
本发明在钻杆上设置梯形螺纹，梯形螺纹强度高，有利于稳定传力，使钻杆与钻筒之间不容易由于螺纹变形而产生卡阻现象，同时梯形螺纹的螺纹槽截面较大，采集到的土壤样本足够多，确保探测过程的顺利进行。
进一步地，上述稳定架包括连接筒和多个第一斜撑；连接筒竖直设置，钻筒穿过连接筒并且钻筒的外侧壁通过螺纹与连接筒的内侧壁连接；所有第一斜撑围绕连接筒间隔设置并且第一斜撑的顶部与连接筒连接。
本发明通过第一斜撑的支撑作用，使得连接筒对钻筒具有支撑和导向作用，提高钻探时的稳定性。
进一步地，上述稳定架还包括多个第二斜撑；所有第二斜撑围绕连接筒间隔设置并且第二斜撑的顶部与连接筒连接，第二斜撑的倾斜角度大于第一斜撑的倾斜角度。
本发明的第二斜撑也具有支撑作用，第一支撑与第二支撑之间的角度不一致，使得对连接筒的支撑更加稳固，钻探时的稳定性更好，有效控制晃动幅度。同时，第一斜撑和第二斜撑与连接筒连接位置的高度设置为不同时，从多个高度来限制连接筒，确保连接筒处于竖直方向。
进一步地，上述所有第一斜撑和所有第二斜撑在水平方向上的投影围绕连接筒在水平方向上的投影依次均匀间隔设置。
进一步地，上述第一斜撑和第二斜撑分别与连接筒铰接，连接筒的外侧面设有分别与第一斜撑和第二斜撑的顶部接触的第一挡块和第二挡块。
本发明的第一斜撑和第二斜撑与连接筒铰接时，在未进行钻探时，第一斜撑和第二斜撑通过转动进行收纳，在使用时，展开第一斜撑和第二斜撑，并使得第一斜撑和第二斜撑分别通过第一挡块和第二挡块进行限位，确保第一斜撑和第二斜撑最终位置的固定性。
进一步地，上述第一斜撑的倾斜角度为45°，第二斜撑的倾斜角度为60°。
进一步地，上述动力组件包括与钻筒连接的第一电机以及与钻杆连接的第二电机，第一电机和第二电机均安装在支撑架上。
本发明通过不同的电机来连接钻筒和钻杆，使得钻筒和钻杆之间能够进行联动，确保钻探组件整体下钻，也能分开进行运动，确保能够进行样品采集、振动解除卡阻等。
进一步地，上述第一电机通过齿轮组件与钻筒连接，齿轮组件包括相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮套设在钻筒的顶端外侧，第二齿轮与第一电机连接；第二电机通过联轴器与钻杆的顶端连接。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过螺纹槽对特定深度的土壤进行取样，取出的样本位于钻杆的螺纹槽中并置于钻筒的内部，在伸入地下或从地下伸出的过程中，其它深度的土壤不会进入到钻杆的螺纹槽中，避免了其它深度的土壤进入到样本中，从而避免其他土壤的混入而带来的探测误差。
(2)本发明螺纹槽中的土壤样品是根据土壤深度进行取样的，即螺纹槽中的土壤样品与土壤的深度具有线性关系，因此可以对不同深度的土壤进行取样，即可以一次性进行多层取样。
(3)本发明的钻杆与钻筒通过动力组件联动可以增加钻探动力，降低被卡阻的几率，同时，若遇到卡阻时，单独转动钻杆，使得第一台阶与第二台阶之间出现挤压力，从而协助钻筒解除出现的卡阻，同时，钻杆单独运动使第一台阶与第二台阶接触，钻杆对钻筒会产生冲击力，也有助于协助钻筒解除出现的卡阻。
附图说明
图1为本发明的水文地质钻式探测装置的结构示意图；
图2为本发明的稳定架的结构示意图；
图3为本发明的稳定架的俯视结构示意图；
图4为本发明的钻探组件的结构示意图；
图5为本发明的钻筒的结构示意图；
图6为本发明的钻杆的结构示意图。
图中：10-稳定架；11-连接筒；12-第一斜撑；13-第二斜撑；14-第一挡块；15-第二挡块；20-钻探组件；21-钻筒；22-钻杆；23-第一锥面；24-钻头；25-第二锥面；26-第一台阶；27-第二台阶；30-动力组件；31-第一电机；32-第二电机；40-齿轮组件；41-第一齿轮；42-第二齿轮；50-联轴器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例
请参照图1，一种水文地质钻式探测装置，包括：支撑架(未示出)、稳定架10、钻探组件20以及动力组件30。钻探组件20安装在稳定架10上，并且钻探组件20与动力组件30连接，通过动力组件30的带动，使得钻探组件20能够伸入到地下并进行土壤样品采集。动力组件30安装在支撑架上。
请参照图2和图3，稳定架10包括连接筒11、多个第一斜撑12以及多个第二斜撑13。连接筒11竖直设置，连接筒11的内侧壁设有内螺纹。所有第一斜撑12均处于倾斜状态，并且所有第一斜撑12围绕连接筒11均匀间隔设置，即所有第一斜撑12呈伞形布置，第一斜撑12的顶端与连接筒11的侧壁铰接，从而可以将所有第一斜撑12进行收拢。连接筒11的外侧还设有数量和位置与第一斜撑12相对应的第一挡块14，第一挡块14位于第一斜撑12的顶侧。第一斜撑12处于倾斜状态时，其顶部与第一挡块14接触，通过第一挡块14的限位作用，使得第一斜撑12具有固定的倾斜角度，确保支撑的稳定性。在本实施例中，第一斜撑12的倾斜角度为45°。
所有第二斜撑13也处于倾斜状态，并且所有第二斜撑13围绕连接筒11均匀间隔设置，即所有第二斜撑13呈伞形布置，第二斜撑13的顶端与连接筒11的侧壁铰接，从而可以将所有第二斜撑13进行收拢。连接筒11的外侧还设有数量和位置与第二斜撑13相对应的第二挡块15，第二挡块15位于第二斜撑13的顶侧。第二斜撑13处于倾斜状态时，其顶部与第二挡块15接触，通过第二挡块15的限位作用，使得第二斜撑13具有固定的倾斜角度，确保支撑的稳定性。在本实施例中，第二斜撑13的倾斜角度为60°。
在本实施例中，第一挡块14和第二挡块15的设置不会影响第二斜撑13或第一斜撑12的收拢；所有第一斜撑12和所有第二斜撑13在水平方向上的投影围绕连接筒11在水平方向上的投影依次均匀间隔设置，即相邻第一斜撑12之间设有第二斜撑13，相邻第二斜撑13之间设有第一斜撑12，同时，第一斜撑12与连接筒11连接的位置低于第二斜撑13与连接筒11连接的位置，第一斜撑12的倾斜角度小于第二斜撑13的倾斜角度即可。显然，在本发明的其他实施例中，第一斜撑12与连接筒11连接的位置还可以高于或等于第二斜撑13与连接筒11连接的位置；第一斜撑12的倾斜角度还可以大于或等于第二斜撑13的倾斜角度。
请参照图4至图6，钻探组件20包括钻筒21和钻杆22。钻筒21竖直设置，钻筒21的外侧壁设有外螺纹，并与连接筒11内侧壁的内螺纹进行配合，钻筒21的内侧壁设有第一台阶26，使得钻筒21的内腔靠近其顶端一段的直径小于靠近其底端一段的直径，同时直径较大的一段的侧壁设有梯形螺纹(未示出)，连接筒11的底端设有第一锥面23，即第一锥面23从连接筒11的外侧壁向连接筒11的内侧壁倾斜。
钻杆22从钻筒21的中腔穿过，钻杆22的中部设有第二台阶27，第二台阶27与第一台阶26接触，钻杆22的底部设有钻头24，钻头24呈锥形，即设有第二锥面25，第二锥面25位于第一锥面23的延伸方向上，使得第一锥面23和第二锥面25形成一个完整的锥面，从而使得钻筒21的底端与钻杆22的钻头24一起形成一个新的钻头。钻头24与第二台阶27之间通过梯形螺纹与钻筒21的内侧壁连接，钻筒21内侧臂的梯形螺纹的设置，不会阻挡土壤样品进入到钻筒21的内腔，即钻筒21内侧壁的梯形螺纹的长度小于钻杆22外侧的梯形螺纹的长度，并且钻筒21内侧壁的梯形螺纹更靠近第一台阶26。
请参照图1，动力组件30包括均安装在支撑架上的第一电机31和第二电机32。第一电机31通过齿轮组件40与钻筒21连接，齿轮组件40包括相互啮合的第一齿轮41和第二齿轮42，第一齿轮41套设在钻筒21的顶端外侧，第二齿轮42与第一电机31的电机轴连接，通过齿轮组件40的带动，使得钻筒21能在第一电机31的带动下转动。第二电机32通过联轴器50与钻杆22的顶端连接，由于齿轮组件40的存在，能够将第一电机31和第二电机32的位置错开，便于安装第一电机31和第二电机32。
值得说明的是，图示第一电机31、第二电机32、钻筒21以及钻杆22仅为示意图，仅表达各个部件的连接关系，并不代表最终的结构，例如钻筒21和钻杆22需要在竖直方向上移动，钻筒21和钻杆22的中部与相应的电机进行连接，才能使得钻筒21和钻杆22在竖直方向上进行运动，这是本领域的现有技术，在此不进行具体附图展示以及不进行具体文字描述。
本发明的水文地质钻式探测装置的使用方法：
(1)第一电机31和第二电机32联动，钻筒21和钻杆22作为新一个新的钻杆进行转动，并钻入土壤中；
(2)钻入设定的深度后，第一电机31停止转动，第二电机32继续转动，钻杆22伸出钻筒21并继续钻入土壤中，特定深度的土壤样品进入到梯形螺纹中；
(3)第二电机32反向工作，使得钻杆22反转并进入钻筒21内，土壤样品随钻杆22进入到钻筒21的内部；
(4)第二锥面25位于第一锥面23的延伸方向时，第一电机31和第二电机32联动并反转，使得钻筒21和钻杆22退回到地面；
(5)第一电机31停止转动，第二电机32正转，钻杆22伸出钻筒21,并对梯形螺纹中的土壤样品进行收集即可获得特点深度的土壤样品，避免了其它深度的土壤样品的混入，从而能够提高检测的准确性。
在钻筒21遇到卡阻时，第二电机32单独工作，即单独转动钻杆22，使得第一台阶26与第二台阶27之间出现挤压力，从而协助钻筒21解除出现的卡阻，同时，钻杆22单独运动使第一台阶26与第二台阶27接触，钻杆22对钻筒21会产生冲击力，也有助于协助钻筒21解除出现的卡阻。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水文地质钻式探测装置，其特征在于，包括：支撑架、稳定架(10)、设置在所述稳定架(10)上的钻探组件(20)以及设置在所述支撑架上的动力组件(30)；
所述钻探组件(20)包括均竖直设置的钻筒(21)和钻杆(22)；
所述钻筒(21)的顶部与所述动力组件(30)连接，所述钻筒(21)的外侧壁通过螺纹与所述稳定架(10)连接，所述钻筒(21)的底端设有第一锥面(23)；
所述钻杆(22)穿过所述钻筒(21)，所述钻杆(22)的顶部与所述动力组件(30)连接，所述钻杆(22)的侧壁通过螺纹与所述钻筒(21)的内侧壁连接，所述钻杆(22)的底部设有钻头(24)，所述钻头(24)的第二锥面(25)位于所述第一锥面(23)的延伸方向上。
2.根据权利要求1所述的水文地质钻式探测装置，其特征在于，所述钻筒(21)的内侧壁设有第一台阶(26)，使得所述钻筒(21)的内腔靠近其顶端一段的直径小于靠近其底端一段的直径；所述钻筒(21)设有与所述第一台阶(26)相配合的第二台阶(27)。
3.根据权利要求2所述的水文地质钻式探测装置，其特征在于，所述钻筒(21)的内侧壁通过梯形螺纹与所述钻杆(22)的外侧壁连接。
4.根据权利要求1所述的水文地质钻式探测装置，其特征在于，所述稳定架(10)包括连接筒(11)和多个第一斜撑(12)；所述连接筒(11)竖直设置，所述钻筒(21)穿过所述连接筒(11)并且所述钻筒(21)的外侧壁通过螺纹与所述连接筒(11)的内侧壁连接；所有第一斜撑(12)围绕所述连接筒(11)间隔设置并且第一斜撑(12)的顶部与所述连接筒(11)连接。
5.根据权利要求4所述的水文地质钻式探测装置，其特征在于，所述稳定架(10)还包括多个第二斜撑(13)；所有第二斜撑(13)围绕所述连接筒(11)间隔设置并且第二斜撑(13)的顶部与所述连接筒(11)连接，所述第二斜撑(13)的倾斜角度大于所述第一斜撑(12)的倾斜角度。
6.根据权利要求5所述的水文地质钻式探测装置，其特征在于，所有第一斜撑(12)和所有第二斜撑(13)在水平方向上的投影围绕所述连接筒(11)在水平方向上的投影依次均匀间隔设置。
7.根据权利要求6所述的水文地质钻式探测装置，其特征在于，所述第一斜撑(12)和所述第二斜撑(13)分别与所述连接筒(11)铰接，所述连接筒(11)的外侧面设有分别与所述第一斜撑(12)和所述第二斜撑(13)的顶部接触的第一挡块(14)和第二挡块(15)。
8.根据权利要求7所述的水文地质钻式探测装置，其特征在于，所述第一斜撑(12)的倾斜角度为45°，所述第二斜撑(13)的倾斜角度为60°。
9.根据权利要求1至8任一项所述的水文地质钻式探测装置，其特征在于，所述动力组件(30)包括与所述钻筒(21)连接的第一电机(31)以及与所述钻杆(22)连接的第二电机(32)，所述第一电机(31)和所述第二电机(32)均安装在所述支撑架上。
10.根据权利要求9所述的水文地质钻式探测装置，其特征在于，所述第一电机(31)通过齿轮组件(40)与所述钻筒(21)连接，所述齿轮组件(40)包括相互啮合的第一齿轮(41)和第二齿轮(42)，所述第一齿轮(41)套设在所述钻筒(21)的顶端外侧，所述第二齿轮(42)与所述第一电机(31)连接；所述第二电机(32)通过联轴器(50)与所述钻杆(22)的顶端连接。
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