CN113340655B - 一种勘察孔取样装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种勘察孔取样装置及控制方法，装置包括削钻组件、高压气举组件、高压送浆组件、沉淀分离组件和连接转换组件；其中，削钻组件与连接转换组件相连；高压气举组件与削钻组件连接；高压送浆组件的一端与削钻组件连接，另一端与沉淀分离组件相连接；沉淀分离组件用于对接收到的三相混合物进行处理，得到取样土样。本发明能够实现在挖取勘查孔时持续提取土样，无需拔取套管即可完成超深串联溶洞的探查，避免了塌孔漏浆等工程事故的发生，在提升溶洞区钻孔安全性的前提下达到提高施工效率的效果，同时无需人工提取敲击钻杆，提升施工自动化程度。
Description
技术领域
本发明涉及岩土勘察领域，尤其是涉及一种勘察孔取样装置及控制方法。
背景技术
现有技术中在进行大直径桩开挖前，往往需要先钻取勘察孔作为取样孔或控制孔，以确定桩周的土层分布情况，在岩溶地区尤其需要进行细致的取样探测以确定隐藏溶洞的位置。勘察孔的孔径较小，传统提取土样的方式是将整个钻杆拔出，敲击取出杆内挤入的土样。由于孔底孔壁可能存在溶洞，在护管拔出时孔壁无有效支护，且拔取过程中对孔壁土体造成摩擦和扰动，易造成塌孔等事故。同时该种方法获取岩芯效率低，不能连续获取岩芯，从而岩芯质量无法保证。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，本发明提供了一种勘察孔取样装置及方法，通过高压液体冲刷和气举的方式将装置底部土样排出，并进行沉淀过滤，形成土样。
本发明的上述技术目的将通过以下所述的技术方案予以实现。
一种勘察孔取样装置，其中，所述削钻组件与所述连接转换组件相连，通过所述连接转换组件接受施力；
所述高压气举组件与所述削钻组件连接，用于提供高压气体；
所述高压送浆组件的一端与所述削钻组件连接，另一端与所述沉淀分离组件相连接，用于将所述削钻组件中的三相混合物输送至所述沉淀分离组件；
所述沉淀分离组件用于对接收到的所述三相混合物进行处理，得到取样土样。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述削钻组件包括钻杆主体和钻头，其中所述钻头设置在所述钻杆主体的底端。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述连接转换组件的上下两端均设置有卡接件，上端所述卡接件连接外部施力装置，下端所述卡接件连接所述钻杆主体。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述高压气举组件包括空压机和输气管，所述空压机连接所述输气管，所述输气管设置于所述钻杆主体的左侧壁内部。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述高压送浆组件包括混合输浆管，所述混合输浆管的第一端连接所述钻杆主体的内腔，第二端连接所述沉淀分离组件。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述沉淀分离组件包括沉淀池及出渣口，所述混合输浆管的第二端连接于所述沉淀池的上部，所述出渣口设置于所述沉淀池的侧部。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，还包括分别与所述沉淀分离组件和所述削钻组件连接的循环组件，所述循环组件包括输液管、连接管和水泵，所述输液管一端连接所述水泵的输出端，另一端设置在所述钻杆主体的右侧壁内部，所述连接管连接所述水泵的输入端和所述沉淀池。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述输气管的下端设置有浆气混合器，所述浆气混合器与所述钻杆主体的内腔连通。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述输液管的下端设置有喷口，所述喷口与所述钻杆主体的内腔连通。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，下端所述卡接装置与所述钻杆主体之间连接有可加接钻杆。
本发明还提供了一种勘察孔取样装置的控制方法，包括如下步骤：S1.所述勘察孔取样装置预启动，启动循环组件的水泵及所述高压气举组件的空压机，确保所述勘察孔取样装置完全密封后开始作业；
S2.通过施力使所述削钻组件的钻头于勘察孔处削切土体而产生渣土，所述渣土进入钻杆主体的内腔中；
S3.水泵泵送水流经循环组件的喷口喷出至所述钻杆主体的内腔中；所述渣土与所述水流在所述内腔中形成固液混合物；
S4.所述固液混合物与所述高压气举组件的浆气混合器排出的高压气体混合形成三相混合物，所述三相混合物被排至所述沉淀分离组件的沉淀池，在所述沉淀池中对所述三相混合物进行处理得到取样土样。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤S4中处理得到的水流流入水泵，实现循环利用。
本发明的有益技术效果
本发明实施例提供的一种勘察孔取样装置，所述勘察孔取样装置包括削钻组件、高压气举组件、高压送浆组件、沉淀分离组件和连接转换组件；其中，所述削钻组件与所述连接转换组件相连，通过所述连接转换组件接受施力；所述高压气举组件与所述削钻组件连接，用于提供高压气体；所述高压送浆组件的一端与所述削钻组件连接，另一端与所述沉淀分离组件相连接，用于将所述削钻组件中的三相混合物输送至所述沉淀分离组件；所述沉淀分离组件用于对接收到的所述三相混合物进行处理，得到取样土样。本发明能够实现在挖取勘查孔时持续提取土样，无需拔取套管即可完成超深串联溶洞的探查，避免了塌孔漏浆等工程事故的发生，在提升溶洞区钻孔安全性的前提下达到提高施工效率的效果，同时无需人工提取敲击钻杆，提升施工自动化程度。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：
图1为本发明的实施例中的勘察孔取样装置的结构示意图；
图2为本发明的实施例中的可加接钻杆剖面示意图。
图中：1、连接转换头；2、混合输浆管；3、输液管；4、空压机；5、沉淀池；6、输气管；7、连接管；8、高压水泵；9、浆气混合器；10、液体喷口；11、钻头；12、渣土；13、钻杆主体；51、出渣口。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本发明勘察孔取样装置为气液混合明矾反洗式装置，取出的固液混合物在沉淀池中使用明矾作为絮凝剂进行沉淀反洗，沉淀后固液分离取渣土压缩塑形，所述勘察孔取样装置包括削钻组件、高压气举组件、高压送浆组件、沉淀分离组件和连接转换组件；
其中，所述削钻组件与所述连接转换组件相连，通过所述连接转换组件接受施力；
所述高压气举组件与所述削钻组件连接，用于提供高压气体；
所述高压送浆组件的一端与所述削钻组件连接，另一端与所述沉淀分离组件相连接，用于将所述削钻组件中的三相混合物输送至所述沉淀分离组件；
所述沉淀分离组件用于对接收到的所述三相混合物进行处理，得到取样土样。
优选地，本发明的高压送浆组件包括混合输浆管2，混合输浆管2的第一端连接所述钻杆主体13的内腔，第二端连接所述沉淀分离组件，钻杆主体13内腔中的固液混合物在高压气体作用下通过混合输浆管2排至所述沉淀分离组件的沉淀池。
优选地，所述削钻组件包括钻杆主体13和钻头11，其中所述钻头11设置在所述钻杆主体13的底端开口处。
优选地，所述连接转换组件为连接转换头1，该连接转换头1的上下两端均设置有卡接件，卡接件为卡口，上端所述卡接件连接外部施力装置，下端所述卡接件连接钻杆主体13，外部施力装置为锤击组件，锤击组件用于对勘察孔取样装置施加冲量；下端所述卡接件还可用于连接可加接钻杆，增加可加接钻杆，用于增加勘察孔取样装置的长度，以适应不同深度的钻进取样要求。
优选地，所述高压气举组件包括空压机4和输气管6，所述空压机4连接所述输气管6，所述输气管6设置于所述钻杆主体13的左侧壁内部。所述输气管6延伸通过连接转换头1与所述空压机4进行连接，所述输气管6的下端设置有浆气混合器9，浆气混合器9向钻杆主体13内腔排入高压气体，对内腔中的固液混合物产生上升初动力。
所述浆气混合器9伸入至所述钻杆主体13的内腔，与所述钻杆主体13的内腔连通，空压机4产生并泵送高压气体通过输气管6到达钻杆主体13的侧壁下端，通过其下端的浆气混合器9输送至钻杆主体13的内腔中。
优选地，所述沉淀分离组件包括沉淀池5及出渣口51，所述沉淀池5的上部连接所述混合输浆管2的第二端，所述出渣口51设置于所述沉淀池5的侧部，所述混合输浆管2用于将钻杆主体13中的混合物排出至沉淀池5中。沉淀池5中放入明矾作为为絮凝剂，用于使沉淀池5中的渣土沉降，并同时采用加压过滤的方法对渣土进行快速过滤，得到滤出的土样，土样经出渣口51排出，并在该出渣口51处进行压缩塑形处理，得到柱状土样，将柱状土样与事先存储的工程资料对比，可判断出勘察孔取样装置所进行作业处的土质类型及溶洞的填充情况。
优选地，所述勘察孔取样装置还包括循环组件，所述循环组件分别与所述沉淀分离组件和所述削钻组件连接，所述循环组件包括连接管7、输液管3和水泵8，所述输液管3的一端连接所述水泵8的输出端，另一端设置在所述钻杆主体13的右侧壁内部，所述水泵8为高压水泵，用于为勘察孔取样装置提供高压水流，所述水泵8的输入端通过连接管7与所述沉淀池5连接，连接管7用于将沉淀池5中过滤后的水流重新输送至高压水泵7中，实现水的循环利用，优选地，所述输液管3的下端设置有喷口10，所述喷口10也伸入至所述钻杆主体13的内腔，与所述钻杆主体13的内腔连通。水泵8通过输液管3泵送水流，经喷口10喷出，喷出的水流进入所述钻杆主体13的内腔，与内腔中的土渣进行混合，形成固液混合物。输液管3和输气管6在所述钻杆主体13的左右周侧侧壁上对称布置，但二者相对于所述钻杆主体13底部的高度不同，输液管3的高度低于输气管6。钻头11削切产生的土渣进入钻杆主体13的内腔后，经输液管3泵送的水流首先与土渣进行混合形成固液混合物，之后固液混合物在水流的推动下在内腔中上升，上升至浆气混合器9所在的高度时，由浆气混合器9排出的高压气体充入固液混合物，形成三相混合物，该三相混合物在高压气体和水流的推动下持续上升，进入混合输浆管2，并由混合输浆管2输送至沉淀池5，在沉淀池5中对三相混合中携带的土渣进行取样处理。
如图1所示，气液混合明矾反洗式勘察孔取样装置，包括连接转换头1，其下端通过卡口与钻杆主体13连接，且内部管道紧密对接，钻杆主体13的左侧通过输气管6与空压机4对接，右侧通过混合输浆管2与沉淀池5对接，输液管3与高压水泵8对接，连接转换头1的上端可用过卡口与锤击组件连接，实现管路转换及承接冲量的作用；沉淀池5右侧开有出渣口51，用于排出胶凝过滤加压处理得到的土样，其下端通过连接管7与高压水泵8连接，用于输送过滤后的水以实现循环；钻杆主体13上部可加接钻杆或与连接转换头1直接相连，中段周侧按高低顺序分别布置有输气管6和输液管3，下端布置有钻头11；输气管6下端通过浆气混合器9伸入钻杆主体13内腔，输液管3下端设置有喷口10。
本发明还提供了一种勘察孔取样装置的控制方法，包括如下步骤：
步骤1.所述勘察孔取样装置预启动，启动循环组件的水泵及所述高压气举组件的空压机，确保所述勘察孔取样装置完全密封后开始作业；
步骤2.通过施力使所述削钻组件的钻头于勘察孔处削切土体而产生渣土，所述渣土进入钻杆主体的内腔中；
步骤3.水泵泵送水流经循环组件的喷口喷出至所述钻杆主体的内腔中；所述渣土与所述水流在所述内腔中形成固液混合物；
步骤4.所述固液混合物与所述高压气举组件的浆气混合器排出的高压气体混合形成三相混合物，所述三相混合物被排至所述沉淀分离组件的沉淀池，在所述沉淀池中对所述三相混合物进行处理得到取样土样。
具体控制过程如下：下孔作业时，首先放置下部钻杆主体13，后安装连接转换头1并依次紧密连接各管道，按作业需求确定连接转换头1上端是否加装锤击组件等，安装完成装置如图1所示。在正式作业前需进行装置预启动，以较小的压力启动高压水泵8及空压机4，测试连接管7及连接转换头1与各管路的连接情况，确保完全密封后开始作业。
通过重锤下落锤击连接转换头1上端的锤击组件，钻杆主体13下压，其底端的钻头11削切土体产生渣土12，渣土12挤入钻杆13的内腔中并在后续压力下不断向上挪动至液体喷口10处，此时高压水泵8通过输液管3泵送水流，经喷口10喷出，渣土12与喷出的水流形成固液混合物，使挤入钻杆主体13内腔中的土体流态化，由于高压水流具有较大初动能，其推动固液混合物向上流动至浆气混合器9处，为进一步获得动力，空压机4泵送高压气体经输气管6由浆气混合器9排出，高压气体喷出后与固液混合物混合形成三相混合物，分散在钻杆主体内腔中形成大量密小气泡，受到向上的浮力并带动三相混合物向上运动，且在上升过程三相混合物的体积增大压力下降，在浆气混合器9所在高度以上形成负压，使浆气混合器9所在高度以下的固液混合物不断向上补充，达到持续排渣的效果。
排出的三相混合物经混合输浆管2排至沉淀池5，三相混合物在沉淀池5中静置，气相物质排出，形成两相固液混合物，在沉淀池5中加入明矾作为絮凝剂使固液混合物中渣土沉降，之后采用加压过滤的方法快速滤出土样，并在出渣口51处对排出的渣土进行压缩塑形处理，使其成为柱状土样进行收集，将柱状土样与工程资料对比，可判断出本装置作业处对应的土质类型及溶洞的填充情况；沉淀池5滤出的废水经连接管7流入高压水泵8中，实现循环利用。
当钻杆主体13长度无法满足钻进深度时，可在连接转换头1下端加接钻杆组件，加接钻杆组件如图2所示，同样需要保证各个管路之间紧密连接，并进行减压测试。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本发明所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求书的保护范围内。
Claims (7)
1.一种勘察孔取样装置，其特征在于，所述勘察孔取样装置包括削钻组件、高压气举组件、高压送浆组件、沉淀分离组件和连接转换组件；
其中，所述削钻组件与所述连接转换组件相连，通过所述连接转换组件接受施力，所述削钻组件包括钻杆主体；
所述高压气举组件与所述削钻组件连接，所述高压气举组件包括空压机和输气管，所述空压机连接所述输气管，所述输气管设置于所述钻杆主体的左侧壁内部，所述输气管的下端设置有浆气混合器，所述浆气混合器向钻杆主体内腔排入高压气体，对所述内腔中的固液混合物产生上升初动力；
所述高压送浆组件包括混合输浆管，所述混合输浆管的一端连接所述钻杆主体的内腔，另一端与所述沉淀分离组件相连接，所述钻杆主体内腔中的固液混合物在所述高压气体作用下通过所述混合输浆管排至所述沉淀分离组件；
所述沉淀分离组件用于对接收到的三相混合物进行处理，得到取样土样。
2.根据权利要求1所述的勘察孔取样装置，其特征在于，所述削钻组件还包括钻头，所述钻头设置在所述钻杆主体的底端。
3.根据权利要求2所述的勘察孔取样装置，其特征在于，所述连接转换组件的上下两端均设置有卡接件，上端所述卡接件连接外部施力装置，下端所述卡接件连接所述钻杆主体。
4.根据权利要求1所述的勘察孔取样装置，其特征在于，所述沉淀分离组件包括沉淀池及出渣口，所述混合输浆管的第二端连接于所述沉淀池的上部，所述出渣口设置于所述沉淀池的侧部。
5.根据权利要求4所述的勘察孔取样装置，其特征在于，还包括分别与所述沉淀分离组件和所述削钻组件连接的循环组件，所述循环组件包括输液管、连接管和水泵，所述输液管一端连接所述水泵的输出端，另一端设置在所述钻杆主体的右侧壁内部，所述连接管连接所述水泵的输入端和所述沉淀池。
6.根据权利要求5所述的勘察孔取样装置，其特征在于，所述输液管的下端设置有喷口，所述喷口与所述钻杆主体的内腔连通。
7.一种根据权利要求1-6任一所述的勘察孔取样装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.所述勘察孔取样装置预启动，启动循环组件的水泵及所述高压气举组件的空压机，确保所述勘察孔取样装置完全密封后开始作业；
S2.通过施力使所述削钻组件的钻头于勘察孔处削切土体而产生渣土，所述渣土进入钻杆主体的内腔中；
S3.水泵泵送水流经循环组件的喷口喷出至所述钻杆主体的内腔中；所述渣土与所述水流在所述内腔中形成固液混合物;
S4.所述固液混合物与所述高压气举组件的浆气混合器排出的高压气体混合形成三相混合物，所述三相混合物被排至所述沉淀分离组件的沉淀池，在所述沉淀池中对所述三相混合物进行处理得到取样土样。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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