CN115586034A - 一种地质勘探用岩层取样装置及地质勘探方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地质勘测领域，涉及一种地质勘探用岩层取样装置及地质勘探方法，其技术方案要点包括取样部、钻管、连接机构和内管，取样部下端通过连接机构与钻管可拆卸相连，内管穿设于取样部的内部和钻管的内部，取样部由多个套管首尾连接而成，相邻的两个套管之间通过连接机构可拆卸相连，套管的内部和钻管内部均开设有容纳腔，内管设置于容纳腔内部，且内管的外壁与容纳腔内壁贴合，钻管的下端四周环设有齿牙，本发明方便根据不同地质取样深度，自由调节设备钻取深度，同时方便对地质层样本进行完整保留，避免样本混合影响检测数据准确性。

Description

一种地质勘探用岩层取样装置及地质勘探方法

技术领域

本发明涉及地质勘测领域，更具体地说，涉及一种地质勘探用岩层取样装置及地质勘探方法。

背景技术

“地质勘探”即是通过各种手段、方法对地质进行勘查、探测，确定合适的持力层，根据持力层的地基承载力，确定基础类型，计算基础参数的调查研究活动，是在对矿产普查中发现有工业意义的矿床；

而在地质勘测时，一板会遇到岩石层、砂石层、泥沙层等地貌等地质，而在地质层取样时，常采用钻杆钻孔取样方式，对不同深度地质层进行取样；

传统的取样方式存在缺点在于，不同深度的地质层在采集后，其地质层样本之间容易混合，影响测量数据准确性，且传统的钻杆结构相对固定，在采集时，不能根据需要自由改变钻杆的钻取深度，需要进行改进。

另外，传统的钻杆为直筒圆柱形式，多杆对接而成，相邻两杆的内径相同且拼接处为直角对接，在下钻过程中，由于钻头的工作震动，相邻杆件的拼接处必然存在横向滑移，则上端杆件的直角端部将露出，形成台阶，杆件下钻的过程中，岩芯会撞击该台阶，造成杆件弯曲、震动、损坏，以及岩芯碎裂的问题；特别是对于深孔钻探，由于长钻杆的刚性较弱，岩芯与拼接处台阶的撞击将造成钻杆的摆动增大、偏离导向，钻杆与孔壁的摩擦将增大，造成钻头驱动力不足、钻杆扭断等问题。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种地质勘测用岩层取样装置，其优点在于，能够在地质层取样时，避免不同地质层之间因采集时，发生不同深度的地质层样本混合，影响数据的问题，同时套管之间可拆卸连接方式，方便根据不同深度的钻取需要，改变钻杆的长度，满足不同深度的钻取需要，套管与钻管可拆卸连接的问题，方便更换钻管。

同时，通过在内管下端设置圆弧过渡部，避免了传统直杆对接中，由于横向滑移暴露处对接台阶而产生的冲击问题；同时，在圆弧过渡部上涂设润滑涂层，圆弧过渡部可以引导震动中的上部套管摆正位置，准确套入已钻取的岩芯，对套管也有引导作用，避免了杆件整体的摆动；此外，圆弧过渡部分为上侧的第一过渡圈和下侧的第二过渡圈，二者相切，且第二过渡圈的曲率半径大于所述第一过渡圈的曲率半径，即下部的第二过渡圈的斜度更大，对岩芯的引导性更好。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种地质勘测用岩层取样装置，包括取样部、钻管、连接机构和内管；

所述取样部下端通过所述连接机构与所述钻管可拆卸相连；

所述内管穿设于所述取样部的内部和所述钻管的内部；

所述取样部由多个套管首尾连接而成，相邻的两个套管之间通过所述连接机构可拆卸相连。

所述套管的内部和钻管内部均开设有容纳腔，所述内管设置于所述容纳腔内部，且所述内管的外壁与所述容纳腔内壁贴合，所述钻管的下端四周环设有齿牙。

为了方便更换套管下的钻管和对取样部的长度进行调节，进一步的，所述连接机构包括契合部和契合槽，所述契合槽开设在所述套管的下端四周，所述契合部分别环设在所述钻管上端四周和所述套管上端四周，所述契合部与所述契合槽相互匹配。

进一步的，所述契合部为弧形片状结构，所述契合槽形状同样为弧形槽，所述契合部容置与所述契合槽的内部。

进一步的，所述连接机构还包括螺杆，所述契合部通过所述螺杆螺接与所述契合槽的内部，所述契合部的内部开设有与所述螺杆相适配螺孔，所述螺孔对应开设在所述契合槽的一侧且位于所述套管的表面。

进一步的，所述契合部为棱柱结构，所述契合槽形状为与所述棱柱结构相互匹配的棱柱孔。

进一步的，所述契合槽内壁设有磁铁，所述契合部为金属材质制成。

进一步的，所述连接机构还包括加强部和加强槽，所述加强部设置在所述契合部的上端，二者截面形成T字型结构，所述加强槽设置在所述套管的内部且位于所述契合槽的上端，所述加强槽和契合槽之间同样组成T字形结构，所述加强部穿过所述契合槽容置于所述加强槽的内部，所述加强槽端部至所述契合槽内壁之间距离大于所述加强部端部至契合部的表面之间距离。

进一步的，所述内管的内壁下端设有弧形过渡部，所述弧形过渡部的上下两端分别为第一过渡圈和第二过渡圈；所述第一过渡圈的上端直径与所述内管的内径相同，所述第一过渡圈的下端与所述第二过渡圈的上端相切，所述第二过渡圈的下端直径与所述内管的外壁直径相同；所述第二过渡圈的曲率半径大于所述第一过渡圈的曲率半径。

进一步的，所述内管的直线段上涂设有耐磨涂层，在所述圆弧过渡部上涂设有润滑涂层，所述内管的壁厚大于相邻套管的横移摆动量，所述横移摆动量通过预先试验得到，所述钻头的内径小于所述内管直线段的内径。

进一步的，所述齿牙截面为三角形结构，所述齿牙的两侧分别为第一齿边和第二齿边，所述第一齿边与第二齿边之间形成有夹角a，所述a角度范围为30°至90°之间。

一种地质勘探方法，该地质勘探方法使用了如权利要求1-8任一项所述的一种地质勘测用岩层取样装置。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案中内管容置于套管的内部和钻管内部，从而在钻管旋转带动齿牙旋动，从而对不同深度的地质层进行钻孔取样时，钻管钻取的地质层样本能够通过钻管中间的容纳腔进入到内管内部，从而伴着这钻管下降，从而使不同深度的地质层持续不断的进入到内管中，从而得以保留完整的地质层样本，避免传统的钻管钻孔取样方式，造成不同地质层之间样本错落混合，影响测量数据的问题；

(2)本方案多个套管之间通过连接机构可拆卸连接设计，从而方便针对不同深度的钻取需要，通过多个套管之间首尾拼接组合，从而改变取样部的长度，从而满足不同深度的取样需要，简单实用；

(3)本方案中取样部中套管与钻管之间可拆卸连接设计，方便对钻管进行更换，从而在钻管下端四周的齿牙发生磨损过度时，及时对钻管进行更换，方便维护。

附图说明

图1为本发明的组合后结构示意图；

图2为本发明的第一实施例结构示意图；

图3为本发明的第二实施例结构示意图；

图4为本发明的第三实施例结构示意图；

图5为本发明的第三实施例中套管内壁纵切图；

图6为本发明的第三实施例中套管的横截面图；

图7为本发明的钻头中齿牙截面图；

图8为本发明的内管中弧形过渡部结构示意图；

图9为图2中A处结构放大图。

图中标号说明：

1、套管；2、钻管；3、内管；4、齿牙；5、弧形过渡部；6、第一过渡圈；7、第二过渡圈；8、第一齿边；9、第二齿边；10、契合部；11、契合槽；12、加强部；13、加强槽；14、螺杆；15、螺孔；16、容纳腔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-9，本发明实施例中，一种地质勘测用岩层取样装置，包括取样部、钻管2、连接机构和内管3；

内管3的内壁下端设有弧形过渡部5，所述弧形过渡部5的上下两端分别为第一过渡圈6和第二过渡圈7；所述第一过渡圈6的上端直径与所述内管3的内径相同，所述第一过渡圈6的下端与所述第二过渡圈7的上端相切，所述第二过渡圈7的下端直径与所述内管3的外壁直径相同；所述第二过渡圈7的曲率半径大于所述第一过渡圈6的曲率半径。

取样部下端通过连接机构与钻管2可拆卸相连；取样部与钻管2之间采用可拆卸连接设计，从而钻管2发生损坏时，方便及时将钻管2与取样部分离，从而方便对钻管2进行维护；

内管3穿设于取样部的内部和钻管2的内部，内管3穿设与取样部的内部和钻管2的内部，从而在钻管2对地质层进行旋转取样时，地质层的样本能够进入到内管3的内部，从而能够完整保留不同深度的地质层样本形态；

取样部由多个套管1首尾连接而成，相邻的两个套管1之间通过连接机构可拆卸相连，方便将多个套管1之间组合起来，从而改变取样部的长度，从而满足不同深度的钻取样本需要；

套管1的内部和钻管2内部均开设有容纳腔16，内管3设置于容纳腔16内部，且内管3的外壁与容纳腔16内壁贴合；容纳腔16方便对内管3进行收纳，从而使内管3能够插入到套管1的内部，同时在需要取出内管3时，可以直接将内管3从套管1中取出；

钻管2的下端四周环设有齿牙4，齿牙4的设置，从而在钻管2旋转时，对不同地质层进行切割钻取。

参阅图2或3或4，连接机构包括契合部10和契合槽11，契合槽11开设在套管1的下端四周，契合部10分别环设在钻管2上端四周和套管1上端四周，契合部10与契合槽11相互匹配，通过契合部10插入到契合槽11中，从而能够快速完成多个套管1之间的组合，从而改变取样部的长度，从而满足不同深度地质层钻取需要，同时钻管2与套管1之间通过契合部10嵌套在契合槽11中设计，方便将钻管2与套管1快速分离，从而方便对钻管2进行维护或者更换。

作为本发明第一实施例，参阅图2，契合部10为弧形片状结构，契合槽11形状同样为弧形槽，契合部10容置与契合槽11的内部，契合部10的内部开设有与螺杆14相适配螺孔15，螺孔15对应开设在契合槽11的一侧且位于套管1的表面，契合部10在插入到契合槽11中后，可以通过螺杆14螺接与螺孔15内部，从而将契合部10锁紧在契合槽11内部，从而有效提高两个套管1之间连接强度或者套管1与钻管2之间连接强度，避免多个套管1在连接使用时发生松动。

进一步，螺杆14为柱状，表面设有螺纹，如图9所示，柱状结构方便使螺杆14在旋入到螺孔15的内部时，在套管1的表面不形成凸起，同时可在螺杆14的一端设置棱柱凹槽，从而方便六棱角或者螺丝刀对螺杆14进行固定旋转，从而方便将螺杆14从螺孔15中旋进或者旋出。

作为本发明第二实施例，参阅图3或4，契合部10为棱柱结构，契合槽11为与棱柱结构相互匹配的棱柱孔，棱柱结构方便插卸组合。

作为本发明第二实施例，参阅图3或4，契合槽11内壁设有磁铁，契合部10为金属材质制成，磁铁与金属材质具有相互吸引的性质，从而使得契合部10插入到契合槽11中时，能够保证契合部10在契合槽11中的连接稳定性。

作为本发明第三实施例，参阅图4和5，连接机构还包括加强部12和加强槽13，加强部12设置在契合部10的上端，二者截面形成T字型结构，加强槽13设置在套管1的内部且位于契合槽11的上端，加强槽13和契合槽11之间同样组成T字形结构，加强部12穿过契合槽11容置于加强槽13的内部，T字形结构，方便加强部12在通过契合槽11插入到加强槽13内部后，在套管1围绕同一方向旋转时，加强部12在加强槽13内部能够相对移动，从而利用加强部12一端与加强槽13内部一端贴合，从而使加强部12卡紧在加强槽13的内部，从而在套管1保持同一方向转动时，加强部12一端始终与加强槽13一端贴合，从而保证了契合部10在契合槽11中的结构稳定性，从而保证多个套管1之间连接稳定性，或者套管1与钻管2之间结构稳定性；

进一步的，加强槽13端部至契合槽11内壁之间距离大于加强部12端部至契合部10的表面之间距离，如图5中所示，当加强槽13端部至契合槽11内壁之间距离大于加强部12端部至契合部10的表面之间距离时，则使的加强部12能够在加强槽13的内部具有一定的滑动空间，使的加强部12能够在加强槽13内部相对一定，从而在取样部旋转时，加强部12在加强槽13内部旋动，从而使加强部12的一端与加强槽13内壁一端贴合，从而使加强部12卡扣在加强槽13的内部，从而使契合部10与契合槽11之间卡接到一起，从而在保持同一转动方向时，契合部10与契合槽11之间始终保持卡紧力，不会因为垂直方向受力而出现契合部10与契合槽11之间分离的情况，从而保证了多个套管1在连接后的结构强度以及套管1和钻管2的之间结构强度。

参阅图8，内管3的内壁下端设有弧形过渡部5，弧形过渡部5的上下两端分别为第一过渡圈6和第二过渡圈7，第一过渡圈6直径与内管3的内径相同，第二过渡圈7的直径与内管3的外壁直径相同，弧形过渡部5的设置，方便使内管3的下端与钻管2的内壁贴合，从而利用弧形过渡部5，使钻管2钻取后的岩层样本能通过弧形过渡部5顺利进入到内管3的内部，减少内管3与岩层样本之间接触冲击力。

参阅图7，齿牙4截面为三角形结构，齿牙4的两侧分别为第一齿边8和第二齿边9，第一齿边8与第二齿边9之间形成有夹角a，a角度范围为30°至90°之间。

进一步的，当齿牙4为三角形结构时，提高钻管2对岩层的切割钻取能力，同时可以应对不同地质硬度需要，通过改变a角度，从而改变钻管2对不同岩层的钻取速度；

进一步的，当待取样岩层为沙土地等，松散度较高的地质时，可以将选择a角度为90度的齿牙4，从而加快钻管2的钻取速度，同时当待取样的岩层材质较硬，比如岩石层或者砂石层时，可以选择a角度低于50度的钻管2，当待取样的地质层硬度较高，可以选择a角度较小的钻管2，从而提高钻管2对硬质材料的切割能力，从而保证钻管2的齿牙4不会损坏，保护钻管2，而当取样的地质层硬度小时，则选择a角度大的钻管2，从而提高钻取速度，当a角度越大，齿牙4的切割能力变弱，钻取材料速度块，适用松散岩层的取样，

a角度越小，齿牙4的切割能力变强，切割速度慢，但是有效提高切割能力，保护齿牙4，避免硬度过大的岩层，损坏钻管2的情况，实际使用时，可根据不同的岩层硬度取样需要，选择具有不同齿牙4角度的钻管2。

本发明的工作原理是：多个套管1之间连接时或者套管1与钻管2之间通过连接机构连接时，可选择第一实施例中连接方式，通过契合部10插入到契合槽11中，然后通过螺杆14旋入到螺孔15中，从而利用螺杆14将契合部10锁紧在契合槽11中，完成连接，同时可采用第二实施例中连接方式，如图3中，利用契合部10插入到契合槽11中，利用契合槽11内壁磁铁磁性，将金属材质的契合部10锁紧在契合槽11中，此种连接方式，契合部10和契合槽11之间结构连接作用下相对较小，适用钻取深度较浅，松散的岩层样品，同时连接机构可采用第三实施例中连接方式，通过加强部12穿过契合槽11容置在加强槽13内部，此时契合部10设置在契合槽11中，然后在同一方向的旋转作用力下，加强部12能够在加强槽13内部相对移动，从而使加强部12端部与加强槽13内壁一端贴合，然后利用加强部12锁定在加强槽13内部，从而提高契合部10与契合槽11之间连接强度，使的套管1在保持同一转动方向时，加强部12始终卡扣在加强槽13的内部，而钻管2钻取的样本，通过内管3的弧形过渡部5进入到内管3的内部，然后可将内管3从套管1内部抽取，从而可以取出完整的地质层样本，为了方便从套管1中抽取内管3，可将多个套管1之间依次拆卸开，从而方便内管3的取出。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；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，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种地质勘测用岩层取样装置，其特征在于：包括取样部、钻管(2)、连接机构和内管(3)；

所述取样部下端通过所述连接机构与所述钻管(2)可拆卸相连；

所述内管(3)穿设于所述取样部的内部和所述钻管(2)的内部；

所述取样部由多个套管(1)首尾连接而成，相邻的两个套管(1)之间通过所述连接机构可拆卸相连；

所述套管(1)的内部和钻管(2)内部均开设有容纳腔(16)，所述内管(3)设置于所述容纳腔(16)内部，且所述内管(3)的外壁与所述容纳腔(16)内壁贴合；

所述钻管(2)的下端四周环设有齿牙(4)；所述内管(3)的内壁下端设有弧形过渡部(5)，所述弧形过渡部(5)的上下两端分别为第一过渡圈(6)和第二过渡圈(7)；

所述第一过渡圈(6)的上端直径与所述内管(3)的内径相同，所述第一过渡圈(6)的下端与所述第二过渡圈(7)的上端相切，所述第二过渡圈(7)的下端直径与所述内管(3)的外壁直径相同；所述第二过渡圈(7)的曲率半径大于所述第一过渡圈(6)的曲率半径。

2.根据权利要求1所述的一种地质勘测用岩层取样装置，其特征在于：所述连接机构包括契合部(10)和契合槽(11)；

所述契合槽(11)开设在所述套管(1)的下端四周，所述契合部(10)分别环设在所述钻管(2)上端四周和所述套管(1)上端四周，所述契合部(10)与所述契合槽(11)相互匹配。

3.根据权利要求1或2所述的一种地质勘测用岩层取样装置，其特征在于：所述契合部(10)为弧形片状结构，所述契合槽(11)形状同样为弧形槽，所述契合部(10)容置与所述契合槽(11)的内部。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种地质勘测用岩层取样装置，其特征在于：所述连接机构还包括螺杆(14)，所述契合部(10)通过所述螺杆(14)螺接与所述契合槽(11)的内部；

所述契合部(10)的内部开设有与所述螺杆(14)相适配螺孔(15)，所述螺孔(15)对应开设在所述契合槽(11)的一侧且位于所述套管(1)的表面。

5.根据权利要求2所述的一种地质勘测用岩层取样装置，其特征在于：所述契合部(10)为棱柱结构，所述契合槽(11)形状为与所述棱柱结构相互匹配的棱柱孔。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的一种地质勘测用岩层取样装置，其特征在于：所述契合槽(11)内壁设有磁铁，所述契合部(10)为金属材质制成。

7.根据权利要求5所述的一种地质勘测用岩层取样装置，其特征在于：所述连接机构还包括加强部(12)和加强槽(13)；

所述加强部(12)设置在所述契合部(10)的上端，二者截面形成T字型结构，所述加强槽(13)设置在所述套管(1)的内部且位于所述契合槽(11)的上端，所述加强槽(13)和契合槽(11)之间同样组成T字形结构；

所述加强部(12)穿过所述契合槽(11)容置于所述加强槽(13)的内部；

所述加强槽(13)端部至所述契合槽(11)内壁之间距离大于所述加强部(12)端部至契合部(10)的表面之间距离。

8.根据权利要求8所述的一种地质勘测用岩层取样装置，其特征在于：所述齿牙(4)截面为三角形结构；

所述齿牙(4)的两侧分别为第一齿边(8)和第二齿边(9)，所述第一齿边(8)与第二齿边(9)之间形成有夹角a，所述a角度范围为30°至90°之间。

9.一种地质勘探方法，其特征在于：该地质勘探方法使用了如权利要求1-8任一项所述的一种地质勘测用岩层取样装置。

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