CN115494111A - 一种土体热导率测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种土体热导率测试装置及方法，包括底座，所述底座上固定安装有防撞外壳，所述防撞外壳上滑动安装有中心轴，所述中心轴的一端固定安装有空心外壳，所述空心外壳上滑动安装有钻体支撑架，所述钻体支撑架上转动安装有钻杆外壳，所述钻杆外壳上固定安装有钻杆弹簧，所述钻杆弹簧的另一端固定安装有钻杆圆柱，所述钻杆圆柱与钻杆外壳滑动连接，所述钻杆圆柱上固定安装有钻杆钻头，所述钻杆圆柱上还转动安装有多个弹压条，所述弹压条上转动安装有温度检测块，通过装置将多个温度检测块深入土壤，可使得检测结果更加准确。

Description

一种土体热导率测试装置及方法

技术领域

本发明涉及土体热导率测试技术领域，具体为一种土体热导率测试装置及方法。

背景技术

目前，在查找地热资源时需要用到地热探测装置，目前大多数地质勘探用的地热探测装置一般都是通过感应器测量地表的红外进行探测的，但是有些地热资源散发热量而产生的红外，由于地表泥土的阻隔，导致红外线无法传输到地面，使得普通探测器无法探测到而失去了地热资源开采的机会。

公告号为CN110261165B的中国专利，公开了一种可多方位检测的地热探测装置，所述可多方位检测的地热探测装置包括套筒、限位套、传动结构、取样结构、密封结构、驱动结构和限位结构；所述限位套设于所述套筒的端部；所述传动结构设于所述套筒的内部，所述传动结构包括第一传动块、多个第二传动块和滑套，圆柱体结构的所述滑套与所述套筒之间滑动连接；所述取样结构与所述第一传动块一一对应，所述取样结构包括限位块和取样桶；所述密封结构与所述套筒之间转动连接，所述密封结构包括通孔和密封套；所述驱动结构与所述套筒之间转动连接，所述驱动结构包括驱动杆，此发明提供的可多方位检测的地热探测装置具有便于对不同方位的泥土进行采样、采样效率高、采样准确的优点。

上述装置虽然提高效率，并且使用方便，但是在探测钻井或人工掘坑刚刚完成，地下地层仍没有恢复到初始状态，只有数个月后测试结果会更接近真实地层状态，而且在检测中将钻杆拔出后又将检测设备伸入地下，则对于松软的位置来说，很容易出现钻孔迷失，影响检测效果，而如果直接将地热探测头钻入地下，则探测头在钻如土体的过程中，很容易受到地下岩石等坚硬物质的损坏，影响探测头的寿命。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种土体热导率测试装置及方法，包括底座，所述底座上固定安装有防撞外壳，所述防撞外壳上滑动安装有中心轴，所述中心轴的一端固定安装有空心外壳，所述空心外壳上滑动安装有钻体支撑架，所述钻体支撑架上转动安装有钻杆外壳，所述钻杆外壳上固定安装有钻杆弹簧，所述钻杆弹簧的另一端固定安装有钻杆圆柱，所述钻杆圆柱与钻杆外壳滑动连接，所述钻杆圆柱上固定安装有钻杆钻头，所述钻杆圆柱上还转动安装有多个弹压条，所述弹压条上转动安装有温度检测块。

进一步的，所述空心外壳上还固定安装有液压底部弹簧，所述液压底部弹簧的另一端固定安装有液压缸体，所述液压缸体与空心外壳滑动连接，所述液压缸体上还滑动安装有液压拉杆，所述液压拉杆上固定安装有液压内弹簧，所述液压内弹簧的另一端固定安装有液压十字架，所述液压十字架与液压缸体固定连接，所述液压拉杆上还固定安装有凸出板，所述凸出板上还固定安装有移动平板。

进一步的，所述移动平板上还滑动安装有柔性管道，所述柔性管道上固定安装有连接管道，所述连接管道上固定安装有多个管道阀门管，所述管道阀门管上固定安装有回流弹簧，所述回流弹簧的另一端固定安装有回流堵块，所述回流堵块与管道阀门管滑动连接，所述管道阀门管上还固定安装有被动倾斜块。

进一步的，所述液压缸体上还固定安装有滑动阀门管，所述滑动阀门管上还固定安装有滑动弹簧，所述滑动弹簧的另一端固定安装有阀门堵块，所述阀门堵块与滑动阀门管滑动连接，所述阀门堵块上还固定安装有主动挤压块，所述主动挤压块还与滑动阀门管滑动连接。

进一步的，所述底座上还滑动安装有主轴杆，所述主轴杆上滑动安装有外部中空轴，所述外部中空轴上滑动安装有中间中空轴，所述中间中空轴上滑动安装有第一空轴，所述第一空轴与中心轴滑动连接。

进一步的，所述主轴杆上固定安装有内部气缸，所述内部气缸的另一端固定安装有内部拉动条，所述内部拉动条与多个移动平板固定连接，所述内部拉动条还与第一空轴滑动连接。

进一步的，所述主轴杆上还固定安装有中间气缸，所述中间气缸上固定安装有中间滑条，所述中间滑条与中间中空轴滑动连接，所述中间滑条还与外部中空轴滑动连接。

进一步的，所述主轴杆上还固定安装有外部气缸，所述外部气缸上固定安装有外部滑条，所述外部滑条与外部中空轴滑动连接，所述外部滑条还与主轴杆滑动连接，所述底座上还转动安装有多个侧边外壳，所述侧边外壳上固定安装有插地气缸，所述插地气缸的另一端固定安装有插地支架，所述插地支架滑动安装有在侧边外壳上。

本发明的第二个目的在于提供一种土体热导率测试方法，包括以下步骤：

步骤一：将侧边外壳完全打开后启动插地气缸，使插地气缸驱动插地支架深入土壤内；

步骤二：驱动中心轴向土壤内已被打好的实验井内运动，在装置内的多个钻杆外壳深入预定位置后，装置停止运动；

步骤三：依次启动内部气缸、中间气缸、外部气缸使得深入实验井内不同深度的钻杆外壳探出装置并钻入坑洞周围的土壤中；

步骤四：在钻杆外壳钻入实验井周围土壤后，钻杆外壳内的钻杆钻头会朝着钻杆外壳的轴向方向继续向土壤深处运动，再次同时展开钻杆钻头上的温度检测块，之后启动发热部件对土壤进行加温；

步骤五：测量结束后，通过依次启动内部气缸、中间气缸、外部气缸将钻杆外壳收回，之后再驱动中心轴将装置收回。

本发明与现有技术相比的有益效果是：（1）通过设置插地支架将装置固定在实验井上，再通过驱动中心轴带动装置进入实验井内，可增加装置在实验时的可靠性；（2）通过设置多个钻杆外壳与温度检测块，使得装置的检测装置深入土壤内部，避免土壤层被破坏后测量数值不准确的效果；（3）通过设置多个与发热部件不同距离的温度检测块，可使得本装置在实验时得到多组数据，以此增加检测的准确性。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明中间滑条结构正视图。

图3为本发明图2中E处局部放大图。

图4为本发明空心外壳结构示意图。

图5为本发明图4中C处局部放大图。

图6为本发明连接管道结构示意图。

图7为本发明图6中A处局部放大图。

图8为本发明图6中B处局部放大图。

图9为本发明钻杆圆柱结构示意图。

图10为本发明图9中D处局部放大图。

图11为本发明钻杆钻头结构示意图。

附图标记：101-底座；102-防撞外壳；103-插地气缸；104-侧边外壳；105-插地支架；106-主轴杆；108-发热部件；109-空心外壳；110-顶部外壳； 111-中心轴；112-第一空轴；201-钻杆外壳；202-钻杆钻头；203-移动平板；204-液压缸体；205-液压底部弹簧；206-液压内弹簧；207-液压十字架；208-液压拉杆；209-连接管道；210-柔性管道；211-凸出板；212-钻体支撑架；301-内部拉动条；401-滑动阀门管；402-滑动弹簧；403-主动挤压块；404-阀门堵块；405-被动倾斜块；406-回流堵块；407-回流弹簧；408-管道阀门管；501-钻杆弹簧；502-钻杆圆柱；503-弹压条；504-温度检测块；601-外部中空轴；602-中间滑条；603-外部滑条；604-内部气缸；605-中间气缸；606-中间中空轴；607-外部气缸。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，一种土体热导率测试装置及方法，包括底座101，所述底座101上还转动安装有多个用以保护本装置的侧边外壳104，侧边外壳104上固定安装有插地气缸103，插地气缸103的另一端固定安装有用以插入土壤内的插地支架105，插地支架105滑动安装在侧边外壳104上。

如图4到图7所示，所述底座101上固定安装有防撞外壳102，防撞外壳102上滑动安装有中心轴111，中心轴111上设置有多组检测装置，所述检测装置包括空心外壳109，空心外壳109与中心轴111固定连接，所述空心外壳109上还固定安装有液压底部弹簧205，液压底部弹簧205的另一端固定安装有多个液压缸体204，液压缸体204与空心外壳109滑动连接，所述液压缸体204上还滑动安装有液压拉杆208，液压拉杆208上固定安装有液压内弹簧206，液压内弹簧206的另一端固定安装有液压十字架207，液压十字架207与液压缸体204固定连接，在液压拉杆208与液压缸体204形成的密封腔室并包含有液压十字架207的一端中设置有液压油，所述液压拉杆208上还固定安装有凸出板211，凸出板211上还固定安装有移动平板203。

如图9、图8所示，所述液压缸体204上还固定安装有滑动阀门管401，滑动阀门管401上还固定安装有滑动弹簧402，滑动弹簧402的另一端固定安装有阀门堵块404，阀门堵块404与滑动阀门管401滑动连接，所述阀门堵块404上还固定安装有主动挤压块403，主动挤压块403还与滑动阀门管401滑动连接，所述移动平板203上还滑动安装有柔性管道210，柔性管道210上固定安装有连接管道209，连接管道209上固定安装有多个管道阀门管408，管道阀门管408上固定安装有回流弹簧407，回流弹簧407的另一端固定安装有回流堵块406，回流堵块406与管道阀门管408滑动连接，所述管道阀门管408上还固定安装有被动倾斜块405。

如图6、图9、图10所示，所述空心外壳109上滑动安装有钻体支撑架212，钻体支撑架212上还固定安装有差动弹簧，差动弹簧的另一端固定安装在移动平板203上，所述钻体支撑架212上转动安装有钻杆外壳201，钻杆外壳201上固定安装有多个管道扭簧，管道扭簧的另一端固定安装在凸出板211上，所述钻杆外壳201上固定安装有钻杆弹簧501，钻杆弹簧501的另一端固定安装有钻杆圆柱502，钻杆圆柱502与钻杆外壳201滑动连接，所述钻杆圆柱502上固定安装有钻杆钻头202，钻杆圆柱502上还转动安装有多个弹压条503，弹压条503上转动安装有温度检测块504，所述空心外壳109上还固定安装有顶部外壳110，顶部外壳110上设置有多个给钻杆外壳201提供活动空间的凹槽。

如图1到图3所示，所述底座101上还滑动安装有主轴杆106，主轴杆106上滑动安装有外部中空轴601，外部中空轴601上滑动安装有中间中空轴606，中间中空轴606上滑动安装有第一空轴112，第一空轴112与中心轴111滑动连接，所述主轴杆106上固定安装有内部气缸604，内部气缸604的另一端固定安装有内部拉动条301，内部拉动条301与多个移动平板203固定连接，所述内部拉动条301还与第一空轴112滑动连接，所述主轴杆106上还固定安装有中间气缸605，中间气缸605上固定安装有中间滑条602，中间滑条602与中间中空轴606滑动连接，所述中间滑条602还与外部中空轴601滑动连接，所述主轴杆106上还固定安装有外部气缸607，外部气缸607上固定安装有外部滑条603，外部滑条603与外部中空轴601滑动连接，所述外部滑条603还与主轴杆106滑动连接。

工作原理：在使用本装置时，转动侧边外壳104，将侧边外壳104转动到极限，之后启动插地气缸103驱动插地支架105插入土壤内，并且在此时，将发热部件108对准提前打好的实验井，此时驱动中心轴111，使得中心轴111带动发热部件108与中心轴111上多组检测装置向实验井内移动，当发热部件108运动到指定位置后中心轴111停止运动，此时中心轴111上的检测装置都处在实验井内，此时启动内部气缸604，使得内部气缸604通过内部拉动条301带动移动平板203向靠近防撞外壳102方向运动，此时移动平板203再通过液压内弹簧206带动钻杆外壳201向靠近防撞外壳102方向运动，同时移动平板203也会带动液压拉杆208去压缩处在液压缸体204内的液压油，使得液压缸体204内的液压油逐渐充满压力，同时液压缸体204内的液压油压力达到预定值时，液压拉杆208的移动将会带动液压缸体204在空心外壳109上向靠近防撞外壳102方向滑动，同时拉伸液压底部弹簧205。

在移动平板203移动的过程中，移动平板203也会通过钻体支撑架212带动钻杆外壳201向防撞外壳102方向移动，而在钻杆外壳201逐渐移动到空心外壳109外时，会通过管道扭簧带动钻杆外壳201绕着钻杆外壳201与钻体支撑架212连接处转动，使钻杆外壳201逐渐向空心外壳109移动，直到钻杆外壳201完全移动到空心外壳109外，并且转动90度，在钻杆外壳201运动到空心外壳109外后就会被卡死，而此时移动平板203继续运动将会通过压缩差动弹簧来抵消钻杆外壳201的移动，使得之后的移动平板203在移动过程中就不会带动钻杆外壳201，只会通过液压拉杆208带动液压缸体204移动。

当液压缸体204移动到预定位置后，滑动阀门管401与管道阀门管408将会对齐，而在对齐过程中主动挤压块403在运动中将会被被动倾斜块405挤压，使得主动挤压块403带动阀门堵块404向远离连接管道209方向运动并压缩滑动弹簧402，这样液压缸体204内充满压力的液压油就可通过滑动阀门管401之后再挤压回流堵块406，使得回流堵块406向远离液压拉杆208方向运动并压缩回流弹簧407，这样将充满压力的液压油就可通过管道阀门管408、连接管道209、柔性管道210流入钻杆外壳201内，此时液压就会驱动柔性管道210中的钻杆圆柱502，使钻杆圆柱502拉升钻杆弹簧501并带动钻杆钻头202向远离移动平板203方向运动，这样就可让钻杆钻头202更加深入土壤内，而随着钻杆钻头202与钻杆圆柱502的移动，将会使得弹压条503被检测扭簧驱动，绕着弹压条503与钻杆圆柱502连接处转动，使得弹压条503带动温度检测块504张开，最后达到如图11中温度检测块504与弹压条503的状态，此时逐渐张开的弹压条503会将温度检测块504更加深入送入土壤中。

之后再启动中间气缸605带动中间滑条602运动，将第二组检测装置深入土壤中，之后再启动外部气缸607带动外部滑条603运动，将第三组检测装置深入土壤中，之后进行实验时，启动发热部件108将土壤加热，之后再根据每组检测装置和发热部件108的位置来多次验算土壤导热率，之后结束实验后，根据上述运动依次回收。

采用上述热导率测试装置对土体的热导率测试方法，包括以下步骤。

步骤一：将侧边外壳104完全打开后启动插地气缸103，使插地气缸103驱动插地支架105深入土壤内。

步骤二：驱动中心轴111向土壤内已被打好的实验井内运动，在装置内的多个钻杆外壳201深入预定位置后，装置停止运动。

步骤三：依次启动内部气缸604、中间气缸605、外部气缸607使得深入实验井内不同深度的钻杆外壳201探出装置并钻入坑洞周围的土壤中。

步骤四：在钻杆外壳201钻入实验井周围土壤后，钻杆外壳201内的钻杆钻头202会朝着钻杆外壳201的轴向方向继续向土壤深处运动，再次同时展开钻杆钻头202上的温度检测块504，之后启动发热部件108对土壤进行加温。

步骤五：测量结束后，通过依次启动内部气缸604、中间气缸605、外部气缸607将钻杆外壳201收回，之后再驱动中心轴111将装置收回。

Claims (9)

1.一种土体热导率测试装置，包括底座（101），其特征在于：所述底座（101）上固定安装有防撞外壳（102），所述防撞外壳（102）上滑动安装有中心轴（111），所述中心轴（111）的一端固定安装有空心外壳（109），所述空心外壳（109）上滑动安装有钻体支撑架（212），所述钻体支撑架（212）上转动安装有钻杆外壳（201），所述钻杆外壳（201）上固定安装有钻杆弹簧（501），所述钻杆弹簧（501）的另一端固定安装有钻杆圆柱（502），所述钻杆圆柱（502）与钻杆外壳（201）滑动连接，所述钻杆圆柱（502）上固定安装有钻杆钻头（202），所述钻杆圆柱（502）上还转动安装有多个弹压条（503），所述弹压条（503）上转动安装有温度检测块（504）。

2.根据权利要求1所述一种土体热导率测试装置，其特征在于：所述空心外壳（109）上还固定安装有液压底部弹簧（205），所述液压底部弹簧（205）的另一端固定安装有液压缸体（204），所述液压缸体（204）与空心外壳（109）滑动连接，所述液压缸体（204）上还滑动安装有液压拉杆（208），所述液压拉杆（208）上固定安装有液压内弹簧（206），所述液压内弹簧（206）的另一端固定安装有液压十字架（207），所述液压十字架（207）与液压缸体（204）固定连接，所述液压拉杆（208）上还固定安装有凸出板（211），所述凸出板（211）上还固定安装有移动平板（203）。

3.根据权利要求2所述一种土体热导率测试装置，其特征在于：所述移动平板（203）上还滑动安装有柔性管道（210），所述柔性管道（210）上固定安装有连接管道（209），所述连接管道（209）上固定安装有多个管道阀门管（408），所述管道阀门管（408）上固定安装有回流弹簧（407），所述回流弹簧（407）的另一端固定安装有回流堵块（406），所述回流堵块（406）与管道阀门管（408）滑动连接，所述管道阀门管（408）上还固定安装有被动倾斜块（405）。

4.根据权利要求2所述一种土体热导率测试装置，其特征在于：所述液压缸体（204）上还固定安装有滑动阀门管（401），所述滑动阀门管（401）上还固定安装有滑动弹簧（402），所述滑动弹簧（402）的另一端固定安装有阀门堵块（404），所述阀门堵块（404）与滑动阀门管（401）滑动连接，所述阀门堵块（404）上还固定安装有主动挤压块（403），所述主动挤压块（403）还与滑动阀门管（401）滑动连接。

5.根据权利要求1所述一种土体热导率测试装置，其特征在于：所述底座（101）上还滑动安装有主轴杆（106），所述主轴杆（106）上滑动安装有外部中空轴（601），所述外部中空轴（601）上滑动安装有中间中空轴（606），所述中间中空轴（606）上滑动安装有第一空轴（112），所述第一空轴（112）与中心轴（111）滑动连接。

6.根据权利要求5所述一种土体热导率测试装置，其特征在于：所述主轴杆（106）上固定安装有内部气缸（604），所述内部气缸（604）的另一端固定安装有内部拉动条（301），所述内部拉动条（301）与多个移动平板（203）固定连接，所述内部拉动条（301）还与第一空轴（112）滑动连接。

7.根据权利要求5所述一种土体热导率测试装置，其特征在于：所述主轴杆（106）上还固定安装有中间气缸（605），所述中间气缸（605）上固定安装有中间滑条（602），所述中间滑条（602）与中间中空轴（606）滑动连接，所述中间滑条（602）还与外部中空轴（601）滑动连接。

8.根据权利要求5所述一种土体热导率测试装置，其特征在于：所述主轴杆（106）上还固定安装有外部气缸（607），所述外部气缸（607）上固定安装有外部滑条（603），所述外部滑条（603）与外部中空轴（601）滑动连接，所述外部滑条（603）还与主轴杆（106）滑动连接，所述底座（101）上还转动安装有多个侧边外壳（104），所述侧边外壳（104）上固定安装有插地气缸（103），所述插地气缸（103）的另一端固定安装有插地支架（105），所述插地支架（105）滑动安装在侧边外壳（104）上。

9.一种使用权利要求1至8任意一项所述的土体热导率测试装置进行土体测试的方法，包括以下步骤：

步骤一：将侧边外壳（104）完全打开后启动插地气缸（103），使插地气缸（103）驱动插地支架（105）深入土壤内；

步骤二：驱动中心轴（111）向土壤内已被打好的实验井内运动，在装置内的多个钻杆外壳（201）深入预定位置后，装置停止运动；

步骤三：依次启动内部气缸（604）、中间气缸（605）、外部气缸（607）使得深入实验井内不同深度的钻杆外壳（201）探出装置并钻入坑洞周围的土壤中；

步骤四：在钻杆外壳（201）钻入实验井周围土壤后，钻杆外壳（201）内的钻杆钻头（202）会朝着钻杆外壳（201）的轴向方向继续向土壤深处运动，再次同时展开钻杆钻头（202）上的温度检测块（504），之后启动发热部件（108）对土壤进行加温；

步骤五：测量结束后，通过依次启动内部气缸（604）、中间气缸（605）、外部气缸（607）将钻杆外壳（201）收回，之后再驱动中心轴（111）将装置收回。

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