CN116697863A - 一种用于勘测喀斯特地貌的地下空洞或缝隙深度的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及喀斯特地貌的勘测技术领域，具体提供了一种用于勘测喀斯特地貌的地下空洞或缝隙深度的设备，目的在于弥补现有技术的不足，以解决吊坠部件在往裂缝中下落时容易被卡住以及适应不同尺寸或者走势的孔洞或缝隙等问题。本发明几大部分包括支撑机构，支撑机构上设有位置调节机构，支撑机构连接测量机构，测量机构连接动力机构，其中支撑机构和位置调节机构，用于使装置整体能够适应不同适应不同尺寸或者走势的孔洞或缝隙；测量机构采用了吊坠部件，吊坠部件通过测量线绳下放至孔洞或者缝隙之中；动力机构提供了卷拉测量线绳的动力。

Description

一种用于勘测喀斯特地貌的地下空洞或缝隙深度的设备

技术领域

本发明涉及喀斯特地貌的勘测技术领域，具体是一种用于勘测喀斯特地貌的地下空洞或缝隙深度的设备。

背景技术

喀斯特（KARST）即岩溶，是水对可溶性岩石（碳酸盐岩、石膏、岩盐等）进行以化学溶蚀作用为主，流水的冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用，以及由这些作用所产生的现象的总称。由喀斯特作用所造成地貌，称喀斯特地貌（岩溶地貌）。中国喀斯特地貌分布之广泛，类型之多，为世界所罕见，主要集中在云贵高原和四川西南部。在中国，作为喀斯特地貌发育的物质基础──碳酸盐类岩石(如石灰石、白云岩、石膏和岩盐等)分布很广。

贵州省位于云贵高原向平原过渡的斜坡地带，为亚热带湿热季风气候，雨量丰沛，具有良好的喀斯特洞穴发育所必需的动力条件，在最新的地质年代里，地壳间隙性的强烈上升，地表侵蚀、剥蚀、溶蚀极为迅速。因此，贵州大地地下孔洞、地下河四通八达，“无山不洞，无洞不奇” ，是世界上喀斯特洞穴数量最多、类型最丰富的地区之一。

对于广大地质工作者来说，全方位掌握地下孔洞、地下河的空间形态分布等特征是十分繁重却意义非凡的工作。周文龙等发表的《基于3种测量技术的贵州潜龙洞探测数据对比研究》指出了喀斯特洞穴测量属于一种特殊的地下空间测量。在结合贵州潜龙洞早期传统手绘测量成果的基础上，又分别采用基于移动终端的无纸化测量技术与三维激光扫描技术对其进行了重复测量，并对以上3种探测数据分别从时效性、数据精度与准确性、操作便捷性、数据存储与处理等方面进行了对比研究。

对于地下孔洞或裂隙来说，其深度的测量是一项主要的工作。对于空间测量的方法或者设备，现有技术人员也提出过一些可行的方案。如山东大学的杜毓超等人提出的一种工程地质地表裂缝深度测量装置（公开号为CN115681710A）主要考虑到在地质裂缝深度测量时，需要检测同一方向上的不同数据时，往往依靠手动移动测量仪位置，导致测量结果的平稳性差，从而影响数据结果的准确性，其方案主要通过设计一种U型装载架及其调节机构来实现。另外，郑州光力科技股份有限公司的赵彤宇等人发明的一种轮式钻孔深度测量仪及钻孔深度测量方法主要是针对人工钻孔深度的测量，是采用轮架能随转轮受力而旋转的轮式测深装置，不限制转轮的扭动而是用角度传感器实时获得其扭动角度，并通过三角定律正弦算法将转轮的位移量与相应时刻的轮架转动量进行对应计算来获得钻进深度，但该方案对于天然孔洞深度的测量并无太大的启示。

事实上，目前对于大部分孔洞或者人工钻孔深度测量可以采用超声波测距或者激光测距的方式，然后都各有缺点。首先在喀斯特复杂地质条件下，许多大型地质探测设备难以携带，另外成本也是一个重要考虑因素。另一方面，无论是超声波测距或者激光设备，在使用中都有一定的局限性，譬如超声波有一定的扩散角，发射信号和余振的信号都会对回波信号造成覆盖或者干扰，而光传感器有一个致命的缺点，就是怕水怕灰，在复杂地质条件下的准确率难以保证。

因此在一些情况下需要进行人工实探，而人工实探可能存在一定危险性，且不少孔洞过于狭窄难以进入，采用一些便捷工具进行深度的粗探是有必要的，譬如测杆或者设有吊坠部件的工具。由于天然孔洞或者缝隙的发育可能并非是垂直向下或者呈直线形，其中的某些洞段可能存在斜坡或者有阻塞物存在，吊坠部件可能被卡住从而需要频繁人工提拉，增加了测量的难度。而且，由于孔洞的洞口尺寸、缝隙的宽度等各不相同，探测工具需要能够适应不同尺寸或者走势的孔洞或缝隙。如何解决这些问题，是需要地质工作者予以考虑的。

发明内容

针对现有的孔洞深度探测工具存在的一些缺陷，本发明提供一种用于勘测喀斯特地貌的地下空洞或缝隙深度的设备，目的在于弥补现有技术的不足，以解决吊坠部件在往裂缝中下落时容易被卡住以及适应不同尺寸或者走势的孔洞或缝隙等问题。

本发明采用如下技术方案实现发明目的：

一种用于勘测喀斯特地貌的地下空洞或缝隙深度的设备，几大部分包括支撑机构，支撑机构上设有位置调节机构，支撑机构连接测量机构，测量机构连接动力机构。其中，支撑机构和位置调节机构，用于使装置整体能够适应不同适应不同尺寸或者走势的孔洞或缝隙；测量机构采用了吊坠部件，吊坠部件通过测量线绳下放至孔洞或者缝隙之中；动力机构提供了卷拉测量线绳的动力。

进一步的，所述支撑机构包括横撑梁杆，横撑梁杆的两端分别与一处倒置设置的T形支架的顶端连接。其中，横撑梁杆和两端的T形支架构成了一个小型龙门吊模式的整体支撑构造。在这个总体思路下，T形支架也可以采用其它利用在各种地形支撑的构建，甚至可以考虑安装移动轮。

进一步的，所述位置调节机构包括设置在横撑梁杆的顶部左右两部的两处定位环以及两处T形支架的顶端对向设置的两处六棱滑轴，两处六棱滑轴对应与两处定位环贯穿滑动配合设置；所述定位环上设置有顶紧螺栓。具体的设置方式可以是这样的：在横撑梁杆的上顶部设有相应的供六棱滑轴进行滑动的滑槽，采用六棱滑轴的结构相比采用圆柱滑轴的优点是防止滑轴在滑槽中发生转动。两端的六棱滑轴在滑槽中左右滑动的过程，实际上就调节了两个T形支架的间距，为了使得六棱滑轴滑动到某个位置时能够得到固定，因此设置了两处顶紧螺栓，将两处顶紧螺栓向下旋拧卡紧时便将六棱滑轴在该位置处固定住。

进一步的，所述T形支架的竖撑杆的底部段上滑动套设有凵状结构的定位插框，定位插框的两处竖向插锥与T形支架的触地横向底杆的两端部贯穿插接配合；定位插框的顶端中间设有杆套，且杆套与T形支架的竖撑杆滑动配合设置，杆套上设置有锁紧螺栓。该设计有利于竖向插锥伸入土层或者岩层将装置整体固定，而采用定位插框的结构可以确保插锥不发生偏移或者歪斜，将其位置限位在插框范围内，提高整体的安装稳定性，另外，这样的设计也利于支撑机构的快速安装和拆卸；而杆套便于与T形支架的竖撑杆的连接以及锁紧，同时也利于支撑机构的快速安装和拆卸。

本方案中，动力机构和测量机构都是设置在横撑梁杆的底部，为了便于提供安装动力机构和测量机构的位置。

进一步的，所述横撑梁杆的底部连接有两处竖撑支杆，两处竖撑支杆的底端上设置有两处安装环；所述测量机构包括在两处安装环之间转动设置的绕线辊，绕线辊上绕缠有带有刻度的测量线绳，测量线绳的首端系接有配重吊球。为便于安装测量机构而设置安装环。

进一步的，所述绕线辊的左右端部分别设置有限位挡环。该设计可以避免测量线绳在卷绕过程中脱离绕线辊或者绞缠在一起。

进一步的，所述两处安装环的底部设置有两处L状吊杆，两处L状吊杆之间设有限位套环；所述配重吊球上设有凵状结构的安装框，安装框收起时与限位套环插接配合。限位套环可阻挡限位配重吊球避免在转移测量机构整体时，配重吊球摇晃乱窜，造成碰撞变形并发出噪声。

进一步的，所述动力机构包括设置在横撑梁杆底部的电机，电机的转轴上设置有缺齿齿轮；所述绕线辊转轴一端连接从动齿轮，从动齿轮与缺齿齿轮啮合设置。通过缺齿齿轮，电机可旋转啮合驱使绕线辊间歇性的回转，这配合配重吊球的下落重力一起使用能够实现对测量线绳的间歇性收放卷，控制配重吊球间歇性的上下滑动冲击，冲破来自裂缝的卡挡阻力，保证配重吊球能够牵引测量线绳掉落于孔洞或裂缝的最底部进行深度测量

进一步的，所述两处支撑杆之间夹持设置有电池盒，电池盒中安装有电池，电池与电机电性连接。电池与电机电性连接，以提供在有电情况下的动力。

进一步的，所述绕线辊转轴一端连接有摇杆。为便于无电条件下进行手动操作，设置摇杆，摇杆可以是Z形结构的。

有益效果

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明T形支架可左右对向滑移调整其之间的支撑间距，使测量机构能够适用支撑于宽度不同的孔洞或缝隙上进行测量，扩展了测量机构的兼容性；在对开裂于斜坡上的孔洞或缝隙实施测量时，可通过两处定位插框将测量机构整体锤击下插固定于斜坡的土层，使测量机构能够适用对斜坡上的孔洞或缝隙实施测量，进一步扩展了测量机构的兼容性，且两处锁紧螺栓可顶紧固定两处定位插框，使两处定位插框保持在上滑闲置状态。

2、本发明中，当配重吊球在下落测量被卡挡于孔洞或裂缝中时，可启动电机，通过缺齿齿轮，电机可旋转啮合驱使绕线辊间歇性的回转，这配合配重吊球的下落重力一起使用能够实现对测量线绳的间歇性收放卷，控制配重吊球间歇性的上下滑动冲击，冲破来自裂缝的卡挡阻力，保证配重吊球能够牵引测量线绳掉落于孔洞或裂缝的最底部进行深度测量，且相较于传统采用手动频繁提拉吊坠部件使其形成下滑冲击来应对卡挡阻力的形式，使用方便，省去频繁手动提拉动作的麻烦，省时、省力。

3、本发明配重吊球相较于传统采用锥形配重块作为对测量线绳实施重力牵引下落的吊坠部件，在向孔洞或裂缝中下落时可与孔洞内部两侧的土层摩擦接触转动（尤其适用于裂缝内呈倾斜开裂的倾斜土层），减小吊坠部件在下落时受到孔洞或缝隙中土层的摩擦力，减小配重吊球以及测量线绳在孔洞或缝隙中被阻挡卡住的几率，有利于配重吊球牵引测量线绳下落于孔洞或缝隙的底部。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的前侧结构示意图；

图2为本发明的后侧结构示意图；

图3为本发明的底部结构示意图；

图4为本发明T形支架的结构放大图；

图5为本发明电池安装位置的结构示意图；

图6为本发明限位套环的结构示意图；

图7为本发明绕线辊结构的结构示意图；

图8为本发明配重吊球的结构放大图；

附图标记：1-横撑梁杆；101-定位环；102-竖撑支杆；103-安装环；104-L状吊杆；105-限位套环；2-T形支架；201-六棱滑轴；202-定位插框；3-绕线辊；301-限位挡环；302-从动齿轮；4-电机；401-缺齿齿轮；5-配重吊球；501-安装框；6-电池。

实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例。一种用于勘测喀斯特地貌的地下空洞或缝隙深度的设备，首先看图1和图2，从整体上看，本设备包括横撑梁杆1，横撑梁杆1的顶端左右两侧对称焊接有两处定位环101，两处定位环101上对称滑动安装有两处T形支架2，且两处T形支架2的顶端对向支撑有两处六棱滑轴201，两处六棱滑轴201对应与两处定位环101贯穿滑动配合，且两处定位环101的顶端均贯穿旋拧安装有两处顶紧螺栓，两处顶紧螺栓可顶紧固定两处T形支架2，使两处T形支架2保持在对向滑动展开的使用状态。

横撑梁杆1的底部对称焊接有两处竖撑支杆102，两处竖撑支杆102的底部段上对称焊接有两处安装环103，两处安装环103之间转动安装有一处绕线辊3，通过正反摇转绕线辊3，可对测量线绳实施收卷和放卷，控制配重吊球5上下升降滑动于裂缝中实施测量，绕线辊3上绕缠有带有刻度的测量线绳，且测量线绳的首端系紧连接有一处配重吊球5。配重吊球5的结构如图8所示。

如图7所示，绕线辊3转轴的右端焊接有一处Z形结构的摇杆，摇杆可用于无电情况下手动操作；如图4和图5所示，横撑梁杆1的左侧底部位置吊装有一处电机4，电机4转轴的首端套装有一处缺齿齿轮401；横撑梁杆1的中间段底部位于两处竖撑支杆102的顶端段之间通过螺丝锁紧支撑有一处电池6，电池6与电机4电性连接；两处安装环103的底部对称焊接有两处L状吊杆104，两处L状吊杆104的底部段之间焊接有一处限位套环105；绕线辊3上对称焊接有两处限位挡环301，如图7所示。

如图3和图5所示，两处T形支架2竖撑杆的底部段上均滑动套装有一处凵状结构的定位插框202，定位插框202的前后两处竖向插锥与T形支架2触地底杆的前后两端部分贯穿插接配合，T形支架2可左右对向滑移调整其之间的支撑间距，使测量机构能够适用支撑于宽度不同的缝隙上进行测量，扩展了测量机构的兼容性。

其中，如图4所示，定位插框202的顶端中间部分上焊接有一处杆套，杆套上贯穿旋拧安装有一处锁紧螺栓，且杆套与T形支架2的竖撑杆滑动配合，在对开裂于斜坡上的孔洞或缝隙实施测量时，可通过两处定位插框202将测量机构整体锤击下插固定于斜坡的土层，使测量机构能够适用对斜坡上的孔洞或缝隙实施测量，进一步扩展了测量机构的兼容性，且两处锁紧螺栓可顶紧固定两处定位插框202，使两处定位插框202保持在上滑闲置状态。

如图5所示，绕线辊3转轴的左端套装有一处小直径的从动齿轮302，且从动齿轮302与缺齿齿轮401啮合传动，当配重吊球5在下落测量被卡挡于裂缝中时，可启动电机4，通过缺齿齿轮401，电机4可旋转啮合驱使绕线辊3间歇性的回转，这配合配重吊球5的下落重力一起使用能够实现对测量线绳的间歇性收放卷，控制配重吊球5间歇性的上下滑动冲击，冲破来自裂缝的卡挡阻力，保证配重吊球5能够牵引测量线绳掉落于裂缝的最底部进行深度测量，且相较于传统采用手动频繁提拉吊坠部件使其形成下滑冲击来应对卡挡阻力的形式，使用方便，省去频繁手动提拉动作的麻烦，省时、省力。

如图8所示，配重吊球5上转动安装有一处凵状结构的安装框501，且测量线绳的首端与安装框501系紧固定在一起，配重吊球5相较于传统采用锥形配重块作为对测量线绳实施重力牵引下落的吊坠部件，在向裂缝中下落时可与裂缝内部两侧的土层摩擦接触转动（尤其适用于裂缝内呈倾斜开裂的倾斜土层），减小吊坠部件在下落时受到裂缝中土层的摩擦力，减小配重吊球5以及测量线绳在裂缝中被阻挡卡住的几率，有利于配重吊球5牵引测量线绳下落于裂缝的底部。

其中，配重吊球5以及安装框501向上滑动收起时与限位套环105插接配合，配重吊球5在被牵引上滑收起时可内插于限位套环105的内部，限位套环105可阻挡限位配重吊球5避免在转移测量机构整体时，配重吊球5摇晃乱窜，造成碰撞变形并发出噪声。

如图6所示，右侧安装环103圆周外圈的后侧位置贯穿旋拧安装有一处压紧螺栓，且压紧螺栓与绕线辊3转轴的右端段抵靠接触，压紧螺栓可顶紧定位绕线辊3，使配重吊球5保持在下落测量的高度位置和向上收起的高度位置。

本实施例的具体使用方式与作用：本发明测量时将测量机构支撑于孔洞或缝隙上方，T形支架2可左右对向滑移调整其之间的支撑间距，使测量机构能够适用支撑于宽度不同的孔洞或缝隙上进行测量，两处顶紧螺栓可顶紧固定两处T形支架2，使两处T形支架2保持在对向滑动展开的使用状态，通过正反摇转绕线辊3，可对测量线绳实施收卷和放卷，控制配重吊球5上下升降滑动于孔洞或缝隙中实施测量，压紧螺栓可顶紧定位绕线辊3，使配重吊球5保持在下落测量的高度位置和向上收起的高度位置，且在对开裂于斜坡上的孔洞或缝隙实施测量时，可通过两处定位插框202将测量机构整体锤击下插固定于斜坡的土层。

当配重吊球5在下落测量被卡挡于裂缝中时，可启动电机4，通过缺齿齿轮401，电机4可旋转啮合驱使绕线辊3间歇性的回转，这配合配重吊球5的下落重力一起使用能够实现对测量线绳的间歇性收放卷，控制配重吊球5间歇性的上下滑动冲击，冲破来自孔洞或缝隙的卡挡阻力，保证配重吊球5能够牵引测量线绳掉落于孔洞或缝隙的最底部进行深度测量。

该装置还可应用于人工钻孔深度、河湖深度测量等方面。

本申请涉及到电路和电子元器件和模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现。上述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于勘测喀斯特地貌的地下空洞或缝隙深度的设备，其特征在于：包括支撑机构，支撑机构上设有位置调节机构，支撑机构连接测量机构，测量机构连接动力机构。

2.根据权利要求1所述的用于勘测喀斯特地貌的地下空洞或缝隙深度的设备，其特征在于：所述支撑机构包括横撑梁杆（1），横撑梁杆（1）的两端分别与一处倒置设置的T形支架（2）的顶端连接。

3.根据权利要求2所述的用于勘测喀斯特地貌的地下空洞或缝隙深度的设备，其特征在于：所述位置调节机构包括设置在横撑梁杆（1）的顶部左右两部的两处定位环（101）以及两处T形支架（2）的顶端对向设置的两处六棱滑轴（201），两处六棱滑轴（201）对应与两处定位环（101）贯穿滑动配合设置；所述定位环（101）上设置有顶紧螺栓。

4.根据权利要求3所述的用于勘测喀斯特地貌的地下空洞或缝隙深度的设备，其特征在于：所述T形支架（2）的竖撑杆的底部段上滑动套设有凵状结构的定位插框（202），定位插框（202）的两处竖向插锥与T形支架（2）的触地横向底杆的两端部贯穿插接配合；定位插框（202）的顶端中间设有杆套，且杆套与T形支架（2）的竖撑杆滑动配合设置，杆套上设置有锁紧螺栓。

5.根据权利要求2所述的用于勘测喀斯特地貌的地下空洞或缝隙深度的设备，其特征在于：所述横撑梁杆（1）的底部连接有两处竖撑支杆（102），两处竖撑支杆（102）的底端上设置有两处安装环（103）；所述测量机构包括在两处安装环（103）之间转动设置的绕线辊（3），绕线辊（3）上绕缠有带有刻度的测量线绳，测量线绳的首端系接有配重吊球（5）。

6.根据权利要求5所述的用于勘测喀斯特地貌的地下空洞或缝隙深度的设备，其特征在于：所述绕线辊（3）的左右端部分别设置有限位挡环（301）。

7.根据权利要求5所述的用于勘测喀斯特地貌的地下空洞或缝隙深度的设备，其特征在于：所述两处安装环（103）的底部设置有两处L状吊杆（104），两处L状吊杆（104）之间设有限位套环（105）；所述配重吊球（5）上设有凵状结构的安装框（501），安装框（501）收起时与限位套环（105）插接配合。

8.根据权利要求5所述的用于勘测喀斯特地貌的地下空洞或缝隙深度的设备，其特征在于：所述动力机构包括设置在横撑梁杆（1）底部的电机（4），电机（4）的转轴上设置有缺齿齿轮（401）；所述绕线辊（3）转轴一端连接从动齿轮（302），从动齿轮（302）与缺齿齿轮（401）啮合设置。

9.根据权利要求8所述的用于勘测喀斯特地貌的地下空洞或缝隙深度的设备，其特征在于：所述两处支撑杆（102）之间夹持设置有电池盒，电池盒中安装有电池（6），电池（6）与电机（4）电性连接。

10.根据权利要求8所述的用于勘测喀斯特地貌的地下空洞或缝隙深度的设备，其特征在于：所述绕线辊（3）转轴一端连接有摇杆。