CN116718418B - 用于多层地层的钻进采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地质钻探技术领域，具体为用于多层地层的钻进采样装置，包括：支架，支架上设置有用于引导移动座左右运动的导向装置，且导向装置上设置有用于收卷复合式牵引绳的收卷装置；底部连接杆，底部连接杆包括用于安装中空钻头的底部中空管，且支架上设置有用于驱动底部连接杆旋转和上下运动的驱动装置。本发明所设计的钻进装置中用于提取样本的取料装置可以自由的沿着底部连接杆和连接套管进行上下运动，从而进行样本的采集，并且采集的过程中不需要反复的拆装底部连接杆和连接套管，同时也不需要水流将岩石和泥土带出孔外，有效的避免了样本之间的互相污染，方便了后续对样本的精准分析。

Description

用于多层地层的钻进采样装置

技术领域

本发明涉及地质钻探技术领域，具体为用于多层地层的钻进采样装置。

背景技术

水力地质勘测时需要对地下的岩层进行采样方便后续的分析，传统的采样方式主要是钻孔后通过灌注大量的水流来将孔内的岩石和泥浆冲上来，但这种方式会破坏孔内的样本，尤其是当孔内存在多层岩石时不同岩层之间可能具有相似的成分，经过水流冲刷后容易混合造成样本污染，从而导致后续分析困难。

而现有的采用中空钻头配合取样管直接取样的设备在取样较深处岩层的时候需要将全部的钻杆都从孔内提出并拆卸掉，然后才能取出样本再进行下一次的钻取，整个钻取流程中反复的拆装钻杆和提拉放入钻杆占用了大量的时间，因此作业效率低下。

如果发明一种不需要反复拆装钻杆就能够直接快速的提取样本，并且能够尽量避免样本混合污染的新型采样用钻进设备就能够有效的解决此类问题，为此我们提供了用于多层地层的钻进采样装置。

发明内容

本发明的目的在于提供用于多层地层的钻进采样装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：用于多层地层的钻进采样装置，包括：

支架，所述支架上设置有用于引导移动座左右运动的导向装置，且导向装置上设置有用于收卷复合式牵引绳的收卷装置；

底部连接杆，所述底部连接杆包括用于安装中空钻头的底部中空管，且支架上设置有用于驱动底部连接杆旋转和上下运动的驱动装置，所述底部连接杆直接固定在驱动装置的底部或者通过可以串联的连接套管间接固定在驱动装置的底部，且支架通过一对第一固定装置固定底部连接杆和连接套管；

取料装置，所述取料装置包括插接固定在中空管内部并可取样后向上取出的取料套筒，且取料套筒的顶部通过连接架与复合式牵引绳的底部连接，所述取料套筒上固定安装有推料推杆，且推料推杆的输出端驱动有位于取料套筒内的推板和输送绞龙，所述取料套筒上固定安装有顶压推杆，且顶压推杆的输出端驱动有调整电机，所述调整电机的输出端驱动有顶压板，且底部中空管内设置有与顶压板配合的配合环；

控制器，所述控制器固定在支架上，且控制器分别与顶压推杆、调整电机和推料推杆电性连接。

优选的，所述支架的底部固定安装有底架，且底架的地方通过固定桩插入地下。

优选的，所述移动座上固定安装有用于引导复合式牵引绳运动方向的引导环，且移动座上设置有用于夹紧取料装置的一对第二固定装置，所述第二固定装置包括与移动座通过螺栓固定的第二固定推杆，且第二固定推杆的输出端驱动有用于夹紧取料装置的第二夹紧座，所述第二固定推杆与控制器电性连接。

优选的，所述导向装置包括横向安装在支架上端的导向架，且导向架上设置有用于滑动安装移动座的导轨，所述导轨上设置有导向齿条，且移动座上固定安装有与控制器电性连接的驱动电机，且驱动电机的输出端驱动有与导向齿条啮合连接并用于驱动移动座沿着导轨滑动的第二驱动齿轮。

优选的，所述收卷装置包括固定安装在移动座上端的安装架，且安装架上固定安装有与控制器电性连接的收卷电机，所述收卷电机的输出端驱动有用于收卷复合式牵引绳的收卷滚筒。

优选的，所述复合式牵引绳由钢缆和电缆相互缠绕形成，且复合式牵引绳中钢缆的底部通过转动配合座与连接架转动安装，所述复合式牵引绳中电缆的底部通过集电环与推料推杆、调整电机和顶压推杆电性连接，且复合式牵引绳的顶部与控制器电性连接。

优选的，所述驱动装置包括与支架固定安装的高度调整推杆，且高度调整推杆的输出端驱动有升降架，所述升降架上转动安装有转动座，且转动座的底部通过固定螺钮与底部连接杆或者连接套管固定，所述转动座的顶部固定安装有齿圈，且升降架上开设有与支架滑动配合并引导升降架运动方向的导向槽，所述升降架上固定安装有与控制器电性连接的旋转电机，且旋转电机的输出端驱动有与齿圈啮合的第一驱动齿轮。

优选的，所述底部中空管内设置有限位配合槽，且限位配合槽的顶部设置有倾斜引导口，所述取料套筒的外壁面设置有与限位配合槽配合插接的限位配合凸起，且限位配合凸起的底部设置有便于限位配合凸起沿着倾斜引导口进入限位配合槽内的倾斜引导凸起，所述底部中空管的底部设置有用于限位取料套筒向下运动位置的底部限位环。

优选的，所述第一固定装置包括与支架固定安装并与控制器电性连接的第一固定推杆，且第一固定推杆的输出端驱动有用于夹紧底部连接杆或者连接套管的第一夹紧座。

优选的，所述支架的底部固定安装有用于防止底部连接杆或者连接套管偏转的防偏引导装置，且防偏引导装置包括与支架固定连接的引导架体，且引导架体上设置有套设在底部连接杆或者连接套管外部的环形座，所述环形座上转动安装有与底部连接杆或者连接套管贴合的转动环，且环形座和转动环之间设置有承压滚珠。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所设计的钻进装置中用于提取样本的取料装置可以自由的沿着底部连接杆和连接套管进行上下运动，从而进行样本的采集，并且采集的过程中不需要反复的拆装底部连接杆和连接套管，同时也不需要水流将岩石和泥土带出孔外，有效的避免了样本之间的互相污染，方便了后续对样本的精准分析，因此具有很高的实用价值。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例1的结构剖视图；

图3为本发明实施例1中驱动装置的结构示意图；

图4为本发明实施例1中收卷装置的结构示意图；

图5为本发明实施例1中取料装置的结构剖视图；

图6为本发明实施例1中取料装置的结构示意图；

图7为本发明实施例1中底部连接杆的内部结构示意图；

图8为本发明实施例2的结构示意图；

图9为本发明实施例2中防偏引导装置的结构示意图。

图中：1、底架；2、防偏引导装置；201、引导架体；202、承压滚珠；203、环形座；204、转动环；3、底部连接杆；301、配合环；302、底部中空管；303、倾斜引导口；304、限位配合槽；305、底部限位环；4、取料装置；401、推料推杆；402、连接架；403、顶压板；404、调整电机；405、顶压推杆；406、限位配合凸起；407、倾斜引导凸起；408、取料套筒；409、推板；410、输送绞龙；5、驱动装置；501、高度调整推杆；502、第一驱动齿轮；503、齿圈；504、旋转电机；505、转动座；506、升降架；6、导向装置；601、导向齿条；602、导轨；603、导向架；7、收卷装置；701、收卷电机；702、安装架；703、收卷滚筒；8、第一固定装置；801、第一固定推杆；802、第一夹紧座；9、第二固定装置；901、第二固定推杆；902、第二夹紧座；10、中空钻头；11、复合式牵引绳；12、转动配合座；13、固定螺钮；14、连接套管；15、控制器；16、引导环；17、移动座；18、支架；19、固定桩；20、导向槽；21、第二驱动齿轮；22、驱动电机。

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。基于本发明中的技术方案，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。

实施例1：请参阅图1至图7，本发明提供一种技术方案：用于多层地层的钻进采样装置，包括：

支架18，请参阅图1和图2，支架18上设置有用于引导移动座17左右运动的导向装置6，且导向装置6上设置有用于收卷复合式牵引绳11的收卷装置7，导向装置6包括横向安装在支架18上端的导向架603，且导向架603上设置有用于滑动安装移动座17的导轨602，导轨602上设置有导向齿条601，且移动座17上固定安装有与控制器15电性连接的驱动电机22，且驱动电机22的输出端驱动有与导向齿条601啮合连接并用于驱动移动座17沿着导轨602滑动的第二驱动齿轮21，支架18的底部固定安装有底架1，且底架1的地方通过固定桩19插入地下；

底部连接杆3，请参阅图1、图2、图5和图7，底部连接杆3包括用于安装中空钻头10的底部中空管302，且支架18上设置有用于驱动底部连接杆3旋转和上下运动的驱动装置5，底部连接杆3直接固定在驱动装置5的底部或者通过可以串联的连接套管14间接固定在驱动装置5的底部，且支架18通过一对第一固定装置8固定底部连接杆3和连接套管14，第一固定装置8包括与支架18固定安装并与控制器15电性连接的第一固定推杆801，且第一固定推杆801的输出端驱动有用于夹紧底部连接杆3或者连接套管14的第一夹紧座802；

取料装置4，请参阅图1、图2、图5和图6，取料装置4包括插接固定在中空管302内部并可取样后向上取出的取料套筒408，且取料套筒408的顶部通过连接架402与复合式牵引绳11的底部连接，取料套筒408上固定安装有推料推杆401，且推料推杆401的输出端驱动有位于取料套筒408内的推板409和输送绞龙410，取料套筒408上固定安装有顶压推杆405，且顶压推杆405的输出端驱动有调整电机404，调整电机404的输出端驱动有顶压板403，且底部中空管302内设置有与顶压板403配合的配合环301，底部中空管302内设置有限位配合槽304，且限位配合槽304的顶部设置有倾斜引导口303，取料套筒408的外壁面设置有与限位配合槽304配合插接的限位配合凸起406，且限位配合凸起406的底部设置有便于限位配合凸起406沿着倾斜引导口303进入限位配合槽304内的倾斜引导凸起407，底部中空管302的底部设置有用于限位取料套筒408向下运动位置的底部限位环305；

请参阅图1，控制器15，控制器15固定在支架18上，且控制器15分别与顶压推杆405、调整电机404和推料推杆401电性连接；

请参阅图1、图2和图4，移动座17上固定安装有用于引导复合式牵引绳11运动方向的引导环16，且移动座17上设置有用于夹紧取料装置4的一对第二固定装置9，第二固定装置9包括与移动座17通过螺栓固定的第二固定推杆901，且第二固定推杆901的输出端驱动有用于夹紧取料装置4的第二夹紧座902，第二固定推杆901与控制器15电性连接，收卷装置7包括固定安装在移动座17上端的安装架702，且安装架702上固定安装有与控制器15电性连接的收卷电机701，收卷电机701的输出端驱动有用于收卷复合式牵引绳11的收卷滚筒703；

请参阅图2和图6，复合式牵引绳11由钢缆和电缆相互缠绕形成，且复合式牵引绳11中钢缆的底部通过转动配合座12与连接架402转动安装，复合式牵引绳11中电缆的底部通过集电环与推料推杆401、调整电机404和顶压推杆405电性连接，且复合式牵引绳11的顶部与控制器15电性连接；

请参阅图1、图2和图3，驱动装置5包括与支架18固定安装的高度调整推杆501，且高度调整推杆501的输出端驱动有升降架506，升降架506上转动安装有转动座505，且转动座505的底部通过固定螺钮13与底部连接杆3或者连接套管14固定，转动座505的顶部固定安装有齿圈503，且升降架506上开设有与支架18滑动配合并引导升降架506运动方向的导向槽20，升降架506上固定安装有与控制器15电性连接的旋转电机504，且旋转电机504的输出端驱动有与齿圈503啮合的第一驱动齿轮502。

本实施例中所设计的钻进装置在使用时，首先利用外部运载设备或者吊装设备将该装置搬运至施工现场，然后将底架1通过固定桩19固定在地面上，随后即可直接将底部连接杆3通过固定螺钮13固定在转动座505上，或者通过可以串联的连接套管14固定在转动座505上，连接套管14自身采用两个可拆分的半圆管扣合后通过螺栓固定形成，连接套管14可以直接连接转动座505和底部连接杆3，连接套管14之间也可以通过螺栓进行固定。随后通过收卷电机701将取料装置4放置进入底部连接杆3内，取料装置4上的限位配合凸起406与限位配合槽304正确的限位配合后即可通过调整电机404将顶压板403向外侧旋转至与配合环301对应的位置处，随后利用顶压推杆405驱动顶压板403顶压配合环301，从而使得取料装置4与底部连接杆3完全固定，为了方便该过程的进行还可以在取料套筒408的外壁上安装与控制器15电性连接的摄像头，方便操作人员通过摄像头观察底部连接杆3内部的配合情况。随后利用旋转电机504驱动转动座505带动中空钻头10旋转，同时利用高度调整推杆501向下驱动钻头10进行钻取作业，钻取作业过程中所产生的泥土和岩石碎屑将进入取料套筒408内被收集，进入取料套筒408内的物料将会在输送绞龙410的阻碍下不容易在后续的运输中掉落下来，由于钻孔所产生的泥土和岩石碎屑只能够进入取料套筒408，并且随着钻进深度的不同，相应的碎屑也会位于取料套筒408内不同的高度，因此高度相差数厘米之间的不同物料之间几乎不会发生混合，能够有效的避免不同地层样本之间的相互污染，而当向下钻进指定距离后，取料套筒408内的空间被填满至指定的高度，此时即可进行排料。排料时，首先顶压推杆405驱动顶压板403脱离与配合环301的挤压位置，随后利用调整电机404将顶压板403旋转至非工作位置处，随后即可利用收卷装置7向上牵拉取料装置4至指定的位置处，随后取料装置4被第二固定装置9上的第二夹紧座902夹住，然后在驱动电机22的带动下被运送至导向架603的末端，随后在推料推杆401的驱动下利用推板409将位于取料套筒408内的物料全部推出，推出后的物料根据操作者的经验选择抛弃或者保留成为样本，所选取的样本将会被标注深度等数据方便后续检测使用，在物料被完全从取料套筒408内排出后，取料装置4将会被重新固定在底部连接杆3内。在钻进的过程中，当升降架506向下运动指定的长度后就需要在底部连接杆3或者连接套管14上额外再串联一个连接套管14，此时首先利用第一固定推杆801驱动第一夹紧座802夹紧底部连接杆3或者连接套管14，随后将底部连接杆3或者连接套管14与转动座505之间的连接断开，随后升降架506向上运动至非工作位置处，然后将新的连接套管14连接在底部连接杆3或者原有的连接套管14上，再将该新的连接套管14的上端固定在转动座505的下端即可完成连接，随后松开第一夹紧座802即可继续进行钻进作业，而当全部的钻进工作都做完后需要取出连接套管14和底部连接杆3的时候，则可以先将连接套管14拉升至最高处，随后利用第一夹紧座802固定住下一节连接套管14或者底部连接杆3后，将该节连接套管14拆除，然后重新利用转动座505依次将全部的连接套管14和底部连接杆3提升上来后拆除即可。本发明所设计的钻进装置中用于提取样本的取料装置，可以自由的沿着底部连接杆和连接套管进行上下运动，从而进行样本的采集，并且采集的过程中不需要反复的拆装底部连接杆和连接套管，使用操作更加的简单，能够有效的提高采样作业的效率，同时也不需要水流将岩石和泥土带出孔外，有效的避免了样本之间的互相污染，方便了后续对样本的精准分析，因此具有很高的实用价值。

实施例2：请参阅图8和图9，本实施例相对于实施例1，还在支架18的底部固定安装有用于防止底部连接杆3或者连接套管14偏转的防偏引导装置2，且防偏引导装置2包括与支架18固定连接的引导架体201，且引导架体201上设置有套设在底部连接杆3或者连接套管14外部的环形座203，环形座203上转动安装有与底部连接杆3或者连接套管14贴合的转动环204，且环形座203和转动环204之间设置有承压滚珠202，由于底部连接杆3或者连接套管14被现在在了转动环204的内部中心处进行旋转，因此能够有效的防止底部连接杆3或者连接套管14发生偏转，从而保障了钻出的采样孔更直，避免了底部连接杆3或者连接套管14卡住。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.用于多层地层的钻进采样装置，其特征在于，包括：

支架（18），所述支架（18）上设置有用于引导移动座（17）左右运动的导向装置（6），且导向装置（6）上设置有用于收卷复合式牵引绳（11）的收卷装置（7）；

底部连接杆（3），所述底部连接杆（3）包括用于安装中空钻头（10）的底部中空管（302），且支架（18）上设置有用于驱动底部连接杆（3）旋转和上下运动的驱动装置（5），所述底部连接杆（3）直接固定在驱动装置（5）的底部或者通过可以串联的连接套管（14）间接固定在驱动装置（5）的底部，且支架（18）通过一对第一固定装置（8）固定底部连接杆（3）和连接套管（14）；

取料装置（4），所述取料装置（4）包括插接固定在中空管（302）内部并可取样后向上取出的取料套筒（408），且取料套筒（408）的顶部通过连接架（402）与复合式牵引绳（11）的底部连接，所述取料套筒（408）上固定安装有推料推杆（401），且推料推杆（401）的输出端驱动有位于取料套筒（408）内的推板（409）和输送绞龙（410），所述取料套筒（408）上固定安装有顶压推杆（405），且顶压推杆（405）的输出端驱动有调整电机（404），所述调整电机（404）的输出端驱动有顶压板（403），且底部中空管（302）内设置有与顶压板（403）配合的配合环（301），所述底部中空管（302）内设置有限位配合槽（304），且限位配合槽（304）的顶部设置有倾斜引导口（303），所述取料套筒（408）的外壁面设置有与限位配合槽（304）配合插接的限位配合凸起（406），且限位配合凸起（406）的底部设置有便于限位配合凸起（406）沿着倾斜引导口（303）进入限位配合槽（304）内的倾斜引导凸起（407），所述底部中空管（302）的底部设置有用于限位取料套筒（408）向下运动位置的底部限位环（305）；

控制器（15），所述控制器（15）固定在支架（18）上，且控制器（15）分别与顶压推杆（405）、调整电机（404）和推料推杆（401）电性连接。

2.根据权利要求1所述的用于多层地层的钻进采样装置，其特征在于：所述支架（18）的底部固定安装有底架（1），且底架（1）的地方通过固定桩（19）插入地下。

3.根据权利要求1所述的用于多层地层的钻进采样装置，其特征在于：所述移动座（17）上固定安装有用于引导复合式牵引绳（11）运动方向的引导环（16），且移动座（17）上设置有用于夹紧取料装置（4）的一对第二固定装置（9），所述第二固定装置（9）包括与移动座（17）通过螺栓固定的第二固定推杆（901），且第二固定推杆（901）的输出端驱动有用于夹紧取料装置（4）的第二夹紧座（902），所述第二固定推杆（901）与控制器（15）电性连接。

4.根据权利要求1所述的用于多层地层的钻进采样装置，其特征在于：所述导向装置（6）包括横向安装在支架（18）上端的导向架（603），且导向架（603）上设置有用于滑动安装移动座（17）的导轨（602），所述导轨（602）上设置有导向齿条（601），且移动座（17）上固定安装有与控制器（15）电性连接的驱动电机（22），且驱动电机（22）的输出端驱动有与导向齿条（601）啮合连接并用于驱动移动座（17）沿着导轨（602）滑动的第二驱动齿轮（21）。

5.根据权利要求1所述的用于多层地层的钻进采样装置，其特征在于：所述收卷装置（7）包括固定安装在移动座（17）上端的安装架（702），且安装架（702）上固定安装有与控制器（15）电性连接的收卷电机（701），所述收卷电机（701）的输出端驱动有用于收卷复合式牵引绳（11）的收卷滚筒（703）。

6.根据权利要求1所述的用于多层地层的钻进采样装置，其特征在于：所述复合式牵引绳（11）由钢缆和电缆相互缠绕形成，且复合式牵引绳（11）中钢缆的底部通过转动配合座（12）与连接架（402）转动安装，所述复合式牵引绳（11）中电缆的底部通过集电环与推料推杆（401）、调整电机（404）和顶压推杆（405）电性连接，且复合式牵引绳（11）的顶部与控制器（15）电性连接。

7.根据权利要求1所述的用于多层地层的钻进采样装置，其特征在于：所述驱动装置（5）包括与支架（18）固定安装的高度调整推杆（501），且高度调整推杆（501）的输出端驱动有升降架（506），所述升降架（506）上转动安装有转动座（505），且转动座（505）的底部通过固定螺钮（13）与底部连接杆（3）或者连接套管（14）固定，所述转动座（505）的顶部固定安装有齿圈（503），且升降架（506）上开设有与支架（18）滑动配合并引导升降架（506）运动方向的导向槽（20），所述升降架（506）上固定安装有与控制器（15）电性连接的旋转电机（504），且旋转电机（504）的输出端驱动有与齿圈（503）啮合的第一驱动齿轮（502）。

8.根据权利要求1所述的用于多层地层的钻进采样装置，其特征在于：所述第一固定装置（8）包括与支架（18）固定安装并与控制器（15）电性连接的第一固定推杆（801），且第一固定推杆（801）的输出端驱动有用于夹紧底部连接杆（3）或者连接套管（14）的第一夹紧座（802）。

9.根据权利要求1所述的用于多层地层的钻进采样装置，其特征在于：所述支架（18）的底部固定安装有用于防止底部连接杆（3）或者连接套管（14）偏转的防偏引导装置（2），且防偏引导装置（2）包括与支架（18）固定连接的引导架体（201），且引导架体（201）上设置有套设在底部连接杆（3）或者连接套管（14）外部的环形座（203），所述环形座（203）上转动安装有与底部连接杆（3）或者连接套管（14）贴合的转动环（204），且环形座（203）和转动环（204）之间设置有承压滚珠（202）。