CN116752955A - 一种基于矿产地质勘察的倾角测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于地质勘察装置技术领域，具体为一种基于矿产地质勘察的倾角测量装置，包括固定柱，固定柱连接有吊绳，通过吊绳将测斜仪吊在钻孔中以进行斜度测量，固定柱固接有测斜仪，固定柱转动连接有旋转套筒，旋转套筒的两端均滑动连接有对称分布的滚轮架，滚轮架与旋转套筒之间设置有第一弹簧，滚轮架滑动连接有滚轮轴，滚轮轴转动连接有对称分布的滚动轮，滚轮轴设置有锁止机构。本发明通过设置的可自由转动的旋转套筒与对称分布的第一弹簧和滚动轮等零件使测斜仪在钻孔内始终保持与当前钻孔段轴心一致，以提高测量精度。

Description

一种基于矿产地质勘察的倾角测量装置

技术领域

本发明属于地质勘察装置技术领域，具体为一种基于矿产地质勘察的倾角测量装置。

背景技术

在地质勘察中，为了确定地层的倾角和方向，需要将测斜仪通过数据线与数据分析仪连接，将测斜仪吊入孔内，直至测斜仪到达孔底，然后通过导线向上提起测斜仪，每提起一定长度测斜读数仪进行一次读数，直至测斜仪提到孔口，对钻孔的斜度进行测量。

授权公告号为CN115478839B的专利公开了一种地质勘查钻孔倾角的可定距监测系统及使用方法，包括测斜探头、装配卡头和读数仪对接口，所述装配卡头与所述读数仪对接口固定连接，所述装配卡头与所述测斜探头螺接固定。

上述专利通过对钻孔中的测斜仪支撑固定并多次补测以提高测量精度，然而上述专利仅在同一点位进行补测，如果该点位受地质环境影响产生了形变，在该点位测出的大量误差数据反而会在计算均值时影响数据的准确性。

发明内容

为了克服测斜仪容易受钻孔变形的影响而产生测量误差的缺陷，本发明的目的是提供一种基于矿产地质勘察的倾角测量装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于矿产地质勘察的倾角测量装置，包括固定柱，固定柱连接有吊绳，固定柱固接有测斜仪，固定柱转动连接有旋转套筒，旋转套筒的两端均滑动连接有对称分布的滚轮架，滚轮架与旋转套筒之间设置有第一弹簧，滚轮架滑动连接有滚轮轴，滚轮轴转动连接有对称分布的滚动轮，滚轮轴设置有锁止机构。

作为上述方案的改进，第一弹簧的自然状态下的长度大于所测钻孔的半径。

作为上述方案的改进，锁止机构包括单向齿轮，单向齿轮转动连接于相邻的滚轮轴，单向齿轮与相邻的滚动轮固接，滚轮架转动连接有限位板，滚轮架与相邻的限位板之间设置有扭簧，限位板与相邻的单向齿轮配合，旋转套筒上下两端同侧的限位板之间连接有连接绳，滚轮架设置有脱离组件。

作为上述方案的改进，脱离组件包括对称分布的限位环架，对称分布的限位环架分别固接于相邻滚轮架的两侧，限位环架转动连接有限位转环，限位环架与相邻的限位转环之间设置有扭簧，限位转环与旋转套筒之间连接有限位绳，限位绳的长度为当滚动轮经过未变形的钻孔区域时，位于限位转环与旋转套筒上限位绳的两个连接端之间的直线距离，滚轮架与相邻的滚轮轴之间设置有第二弹簧，固定柱设置有解锁组件。

作为上述方案的改进，第二弹簧的弹力小于第一弹簧的弹力。

作为上述方案的改进，解锁组件包括固定滑筒，固定滑筒固接于固定柱，固定滑筒滑动连接有滑动环，滑动环转动连接有转动环，对称分布的连接绳的中部均与转动环滑动连接，滑动环连接有解锁绳，解锁绳的另一端穿过固定滑筒与吊绳同步收卷。

作为上述方案的改进，限位筒与对称分布的滚轮架相邻的一侧均设置有凸块，且对称分布的滚轮架与凸块相邻的一侧均设置有L形凹槽，凸块均与相邻的L形凹槽配合。

作为上述方案的改进，旋转套筒滑动连接有限位筒，对称分布的滚轮架均与限位筒配合，限位筒与旋转套筒之间设置有第三弹簧。

作为上述方案的改进，第三弹簧的弹力小于旋转套筒及其连接的各零件的总重量。

作为上述方案的改进，还包括引导机构，用于对测斜仪扭动朝向进行引导，引导机构设置于固定滑筒上，引导机构包括气密筒，气密筒固接于固定滑筒上，气密筒滑动连接有对称分布的气密柱，对称分布的气密柱共同与气密筒配合形成空腔，气密柱球接有滚动球，气密柱连接有引导绳，对称分布的引导绳另一端分别于洞口的两侧拉直。

和现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过可自由转动的旋转套筒与对称分布的第一弹簧和滚动轮等零件使测斜仪在钻孔内始终保持与当前钻孔段轴心一致，以提高测量精度。

通过锁止机构用于当本发明移动到平整的钻孔段后对滚动轮锁止，进行钻孔测斜，保证每次测量数据的有效性。

通过脱离组件使本发明移动到扩张式形变的钻孔区域时不会锁止，减小测量误差。

通过解锁组件在完成一次测量之后主动接触锁止，并在上移一定距离后再次恢复锁止机构的功能，从而提高测量的效率和可控性。

通过限位筒和第三弹簧在本发明接触到钻孔的地面之前对滚动轮进行限位，避免滚动轮在下移过程中刮擦钻孔壁，对测斜仪或钻孔壁造成损伤。

通过引导机构在不影响本发明水平轴心位置变化的同时使本发明的水平扭向保持不变。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明旋转套筒、固定滑筒和限位筒等零件的立体结构示意图；

图3为本发明固定柱、旋转套筒和滚轮架等零件的立体结构示意图；

图4为本发明第一弹簧、滚轮轴和滚动轮等零件的立体结构示意图；

图5为本发明单向齿轮、限位板和连接绳等零件的立体结构示意图；

图6为本发明限位环架和限位转环等零件的立体结构示意图；

图7为本发明限位绳和第二弹簧等零件的立体结构示意图；

图8为本发明固定滑筒、滑动环和转动环等零件的立体结构示意图；

图9为本发明限位筒和第三弹簧等零件的立体结构示意图；

图10为本发明滚轮架和限位筒等零件的立体结构示意图；

图11为本发明限位绳、限位筒和第三弹簧等零件的立体结构示意图；

图12为本发明气密筒、气密柱和滚动球等零件的立体结构示意图。

图中：1、固定柱；2、旋转套筒；3、滚轮架；4、第一弹簧；5、滚轮轴；6、滚动轮；7、单向齿轮；8、限位板；9、连接绳；10、限位环架；11、限位转环；12、限位绳；13、第二弹簧；14、固定滑筒；15、滑动环；16、转动环；17、解锁绳；18、限位筒；19、第三弹簧；20、气密筒；21、气密柱；22、滚动球；23、引导绳。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述，所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识；附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制，且以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：一种基于矿产地质勘察的倾角测量装置，如图1-图3所示，包括固定柱1，固定柱1连接有吊绳，通过吊绳将测斜仪吊在钻孔中以进行斜度测量，固定柱1的下侧固接有测斜仪，测斜仪的上侧连接有数据线，数据线与固定柱1贯穿式滑动连接，数据线的另一端连接有数据分析仪，固定柱1转动连接有旋转套筒2，旋转套筒2滑动连接有对称分布的四个滚轮架3，对称分布的四个滚轮架3与旋转套筒2之间均设置有第一弹簧4，每个滚轮架3均滑动连接有滚轮轴5，每个滚轮轴5均转动连接有前后对称分布的两个滚动轮6，第一弹簧4自然伸长的距离大于所测钻孔的半径，因此在测斜过程中对称分布的八个滚动轮6始终被相邻的第一弹簧4挤压而贴于钻孔壁，测量过程中测斜仪在滚动轮6与第一弹簧4的作用下始终处于孔壁的中心，滚轮轴5设置有锁止机构，用于对滚动轮6进行锁止。

如图4和图5所示，锁止机构包括单向齿轮7，单向齿轮7固接于相邻且对称分布的滚动轮6之间，滚轮架3转动连接有限位板8，滚轮架3与限位板8之间设置有扭簧，初始状态时在滚轮架3与限位板8之间扭簧的作用下限位板8不对相邻的单向齿轮7锁止，同侧的限位板8之间连接有连接绳9，当本发明处于未形变的钻孔区段时，对称分布的滚动轮6带动限位板8向外移动至使连接绳9刚好绷直的位置，从而连接绳9使其两端连接的限位板8均发生转动，当对称分布的滚动轮6均与未形变的钻孔孔壁接触时，连接绳9绷直并拉动相邻的限位板8转动至使其与相邻的单向齿轮7配合，以对相邻的单向齿轮7锁止，因此当滚动轮6移动到平整的钻孔段（即滚动轮6向外伸出至特定距离）后，限位板8对滚动轮6锁止，以进行钻孔测斜，滚轮架3设置有脱离组件，用于使单向齿轮7脱离锁止。

如图6和图7所示，脱离组件包括对称分布的八个限位环架10，对称分布的八个限位环架10分别固接于相邻的滚轮架3的两侧，限位环架10转动连接有限位转环11，对称分布的八个限位环架10与相邻的限位转环11之间均设置有扭簧，限位转环11用于对相邻的滚轮轴5限位，每个限位转环11与旋转套筒2之间均连接有限位绳12，限位绳12的长度为当滚动轮6经过未变形的钻孔区域时，位于限位转环11与旋转套筒2上限位绳12的两个连接端之间的直线距离，因此当滚动轮6经过未变形的钻孔区域时，限位绳12刚好拉直，且此时限位转环11仍对滚轮轴5限位，滚轮架3与相邻的滚轮轴5之间设置有第二弹簧13，第二弹簧13的弹力小于第一弹簧4的弹力，因此当本发明移动到扩张式形变的钻孔区段时，滚轮轴5带动滚动轮6和单向齿轮7继续伸出，使单向齿轮7远离限位板8而不会被其锁止，固定柱1设置有解锁组件，用于对单向齿轮7解锁。

如图8所示，解锁组件包括固定滑筒14，固定滑筒14固接于固定柱1的上侧，固定滑筒14下侧的凹槽中滑动连接有滑动环15，滑动环15转动连接有转动环16，对称分布的连接绳9均贯穿转动环16并与其滑动连接，滑动环15顶面的左右两侧均连接有解锁绳17，解锁绳17的另一端穿过固定滑筒14与吊绳同步收卷，因此可以通过控制解锁绳17而停用或恢复锁止机构的功能。

如图9-图11所示旋转套筒2滑动连接有限位筒18，限位筒18与对称分布的滚轮架3相邻的一侧均设置有凸块，且对称分布的四个滚轮架3与上述凸块相邻的一侧均设置有L形凹槽，上述凸块均与相邻的L形凹槽配合，以对滚轮架3进行单向限位，限位筒18与旋转套筒2之间设置有第三弹簧19，第三弹簧19的弹力小于旋转套筒2及其连接的各零件的总重量，以使本发明接触钻孔底面时压缩第三弹簧19，从而解锁对称分布的滚轮架3，因此本发明在接触到钻孔的地面之前收起滚动轮6，避免滚动轮6在下移过程中刮擦钻孔壁。

进行钻孔测量前，通过数据线将测斜仪与数据分析仪连接并保证数据线足够长以使本发明顺利吊至孔底，然后压缩第一弹簧4和第三弹簧19并使限位筒18的每个与滚轮架3相邻的凸块分别滑入对应滚轮架3的L形凹槽中，接着使第三弹簧19自然伸展带动限位筒18向下移动从而对滚轮架3限位，使滚轮架3无法向外滑动，最后于钻孔口处同时下放吊绳、解锁绳17和引导绳23，从而通过固定柱1将本发明吊入钻孔中，使本发明在钻孔中向下移动。

在测斜仪向下移动的过程中，滚轮架3始终收于旋转套筒2与固定滑筒14之间，以减少对钻孔孔壁的触碰，在大幅度形变的区域滚动轮6会贴壁滚动，且旋转套筒2可以在测斜仪和固定柱1外部自由转动，以使滚动轮6水平转动从而避免形变的孔壁单侧过窄而使本发明卡在钻孔中，同时避免滚动轮6对钻孔孔壁刮擦导致孔壁的岩层或土块脱落影响钻孔完整度。

当本发明下移至钻孔孔底时，限位筒18接触地面停止下移，旋转套筒2继续下移与限位筒18配合挤压第三弹簧19，从而使限位筒18相对于旋转套筒2进行滑动，直至限位筒18的每个与滚轮架3相邻的凸块滑动至对应滚轮架3L形凹槽的顶部，限位筒18失去对滚轮架3的锁止，第一弹簧4释放弹力使滚轮架3向外滑动，直至两侧的滚动轮6充分接触钻孔孔壁，此时连接绳9和限位绳12刚好绷直，滚轮轴5和滚轮架3未产生相对位移，对称分布的限位板8均在对应连接绳9的拉动下与相邻的单向齿轮7配合，同时测斜仪和旋转套筒2的上下两侧均被相邻的第一弹簧4以同等大小的弹力挤压而处于钻孔中心，从而使测斜仪轴线与钻孔轴线保持一致，提高测量精度。

限位筒18接触孔底而解除对滚轮架3的锁止后，当测斜仪在对称分布的四个第一弹簧4和滚动轮6的作用下处于当前测斜仪所在的钻孔区段的中心时，开启数据分析仪以准备记录数据，然后拉动吊绳使本发明向上移动，每拉动测斜仪上移一定距离后进行一次测斜，直至将测斜仪从钻孔口完全拉出，完成测斜工作，但钻孔由于土地挤压力以及钻孔地质的不同，常会有缩径和扩径形变产生，由于钻孔发生形变后其内壁并不规则，因此上述已发生形变的钻孔区段的轴线中心可能并不与钻孔整体的轴线保持一致，因此在该区段的测量会产生一定误差。

在本发明在向上移动的过程中，当滚动轮6经过缩径形变的钻孔区段时，内缩的钻孔壁挤压滚动轮6向内移动，从而通过滚轮轴5和滚轮架3带动限位板8向内移动（即限位板8与旋转套筒2的距离缩短），连接上下两个限位板8且延旋转套筒2外壁滑动的连接绳9不会绷直，限位板8不会对单向齿轮7进行限位，若可轻易将测斜仪向上拉动即表示当前测斜仪位于不适合测量的形变区域，需继续使测斜仪上移以寻找适合测量的未形变钻孔区段。

当滚动轮6经过扩径形变的钻孔区段时，滚轮架3滑动距离超过预设的经过平整钻孔孔壁时的距离，限位绳12绷直并拉扯限位转环11的侧壁使限位转环11转动，限位转环11与限位环架10之间的扭簧积蓄扭力，当限位转环11转动至最大角度时解除对滚轮轴5的限位时，同时限位绳12拉紧使滚轮架3不再向外滑动，此时第二弹簧13释放弹力使滚轮轴5带动滚动轮6和单向齿轮7一同相对于滚轮架3向外滑动，直至滚动轮6再次贴合钻孔孔壁，此时限位板8无法与单向齿轮7配合，因而滚动轮6仍可继续转动，即本发明移动到扩张式形变的钻孔区域时不会锁止，若可轻易将测斜仪向上拉动即表示当前测斜仪位于不适合测量的形变区域，需继续使测斜仪上移以寻找适合测量的未形变钻孔区段。

当滚动轮6经过扩径形变的钻孔区段后，因第一弹簧4的弹力大于第二弹簧13的弹力，第二弹簧13先压缩直至滚轮轴5重新与滚轮架3接触，同时限位绳12不再拉扯限位转环11，限位转环11与限位环架10之间的扭簧释放扭力使限位转环11反向转动直至恢复初始状态，重新对滚轮轴5限位，当本发明再次经过扩张式形变的钻孔孔壁区域时重复上述过程。

当滚动轮6刚好处于未扩径或缩径形变的钻孔区段时，滚轮轴5为相对于滚轮架3产生滑动，且与滚轮架3滑动距离刚好为预设的经过平整钻孔孔壁时的距离，连接绳9刚好绷直并带动限位板8转动，相邻的限位板8与滚轮架3间的扭簧蓄力，限位板8对单向齿轮7锁止而使滚动轮6停止转动，工作人员因无法继续拉动吊绳而得知此时测斜仪处于能够更精确测量的位置，从而开始控制数据分析仪进行测量，以保证每次测量数据的有效性。

测量完成后，下放解锁绳17，使滑动环15向下滑动，从而带动转动环16向下移动，使原本拉紧的连接绳9松弛，限位板8在限位板8与滚轮架3之间扭簧的作用下复位，单向齿轮7不再被限位板8限位，滚动轮6恢复在滚轮轴5上自由转动，工作人员能够继续拉动吊绳，直至向上拉动一定距离后再次寻找测量位置时，拉动解锁绳17使解锁绳17、滑动环15和转动环16恢复初始状态，并重复上述过程完成全部测量。

实施例二：在实施例一的基础上，如图12所示，还包括引导机构，用于对测斜仪扭动朝向进行引导，引导机构设置于固定滑筒14，引导机构包括气密筒20，气密筒20固接于固定滑筒14的上侧，气密筒20的左右两侧分别滑动连接有气密柱21，左右对称分布的气密柱21共同与气密筒20配合形成空腔，左右对称分布的气密柱21均球接有滚动球22，气密柱21的顶面靠近钻孔壁的一侧连接有引导绳23，左右对称分布的引导绳23另一端分别于钻孔洞口外的两侧拉直。

下放吊绳时同步下放对称分布的引导绳23，并且使对称分布的引导绳23的上端分别位于洞口的两侧保持对称，气密筒20同时与对称分布的气密柱21配合一同形成空腔，气密筒20沿对称分布的两个气密柱21的轴线移动时，对称分布的滚动球22始终以同等压力挤压钻孔孔壁，从而使本发明的扭向始终不变而不会影响本发明轴心在水平方向的调整。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种基于矿产地质勘察的倾角测量装置，其特征在于，包括固定柱（1），固定柱（1）连接有吊绳，固定柱（1）固接有测斜仪，固定柱（1）转动连接有旋转套筒（2），旋转套筒（2）的两端均滑动连接有对称分布的滚轮架（3），滚轮架（3）与旋转套筒（2）之间设置有第一弹簧（4），滚轮架（3）滑动连接有滚轮轴（5），滚轮轴（5）转动连接有对称分布的滚动轮（6），滚轮轴（5）设置有锁止机构。

2.如权利要求1所述的基于矿产地质勘察的倾角测量装置，其特征在于，第一弹簧（4）的自然状态下的长度大于所测钻孔的半径。

3.如权利要求1所述的基于矿产地质勘察的倾角测量装置，其特征在于，锁止机构包括单向齿轮（7），单向齿轮（7）转动连接于相邻的滚轮轴（5），单向齿轮（7）与相邻的滚动轮（6）固接，滚轮架（3）转动连接有限位板（8），滚轮架（3）与相邻的限位板（8）之间设置有扭簧，限位板（8）与相邻的单向齿轮（7）配合，旋转套筒（2）上下两端同侧的限位板（8）之间连接有连接绳（9），滚轮架（3）设置有脱离组件。

4.如权利要求3所述的基于矿产地质勘察的倾角测量装置，其特征在于，脱离组件包括对称分布的限位环架（10），对称分布的限位环架（10）分别固接于相邻滚轮架（3）的两侧，限位环架（10）转动连接有限位转环（11），限位环架（10）与相邻的限位转环（11）之间设置有扭簧，限位转环（11）与旋转套筒（2）之间连接有限位绳（12），限位绳（12）的长度为当滚动轮（6）经过未变形的钻孔区域时，位于限位转环（11）与旋转套筒（2）上限位绳（12）的两个连接端之间的直线距离，滚轮架（3）与相邻的滚轮轴（5）之间设置有第二弹簧（13），固定柱（1）设置有解锁组件。

5.如权利要求4所述的基于矿产地质勘察的倾角测量装置，其特征在于，第二弹簧（13）的弹力小于第一弹簧（4）的弹力。

6.如权利要求4所述的基于矿产地质勘察的倾角测量装置，其特征在于，解锁组件包括固定滑筒（14），固定滑筒（14）固接于固定柱（1），固定滑筒（14）滑动连接有滑动环（15），滑动环（15）转动连接有转动环（16），对称分布的连接绳（9）的中部均与转动环（16）滑动连接，滑动环（15）连接有解锁绳（17），解锁绳（17）的另一端穿过固定滑筒（14）与吊绳同步收卷。

7.如权利要求1所述的基于矿产地质勘察的倾角测量装置，其特征在于，旋转套筒（2）滑动连接有限位筒（18），对称分布的滚轮架（3）均与限位筒（18）配合，限位筒（18）与旋转套筒（2）之间设置有第三弹簧（19）。

8.如权利要求7所述的基于矿产地质勘察的倾角测量装置，其特征在于，限位筒（18）与对称分布的滚轮架（3）相邻的一侧均设置有凸块，且对称分布的滚轮架（3）与凸块相邻的一侧均设置有L形凹槽，凸块均与相邻的L形凹槽配合。

9.如权利要求7所述的基于矿产地质勘察的倾角测量装置，其特征在于，第三弹簧（19）的弹力小于旋转套筒（2）及其连接的各零件的总重量。

10.如权利要求6所述的基于矿产地质勘察的倾角测量装置，其特征在于，还包括引导机构，引导机构设置于固定滑筒（14）上，引导机构包括气密筒（20），气密筒（20）固接于固定滑筒（14）上，气密筒（20）滑动连接有对称分布的气密柱（21），对称分布的气密柱（21）共同与气密筒（20）配合形成空腔，气密柱（21）球接有滚动球（22），气密柱（21）连接有引导绳（23）。