CN116792047B - 一种深埋隧洞断裂分析的钻岩取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深埋隧洞断裂分析的钻岩取样装置，包括定位部，所述定位部包括定位架，所述定位架的端部固定连接有与隧洞内壁可拆卸安装的定位板，所述定位架通过开设在其内部的滑轨滑动连接有驱动机组，取样部，所述取样部包括冷却件，所述冷却件的端面与驱动机组的输出端相连接，本发明涉及钻岩取样技术领域。该一种深埋隧洞断裂分析的钻岩取样装置，能够有效地解决现有技术中，一般冷却水从钻杆外壁和岩壁之间送到前面给钻头冷却，岩芯随着钻进不断地进入钻杆的内孔中，但是对于下斜方位孔和水平方位孔，钻杆拔出后，岩芯依旧停留在钻孔中，岩芯的端面与隧洞内壁基本平行，钻孔中的岩芯不易快速取出的问题。

Description

一种深埋隧洞断裂分析的钻岩取样装置

技术领域

本发明涉及钻岩取样技术领域，具体涉及一种深埋隧洞断裂分析的钻岩取样装置。

背景技术

关于岩土工程中的隧道问题，在隧道施工过程中需要开展围岩质量评价和围岩分级工作，一般需要对岩体进行岩石取样进一步开展室内相关实验，来准确获取岩体相关的物理力学参数，以及后续隧洞检测分析时，为确保隧洞的施工质量，需要对隧道内部进行岩体钻芯取样工作。

在预定的芯点上将钻机就位、校正、固定，一般冷却水从钻杆外壁和岩壁之间送到前面给钻头冷却，岩芯随着钻进不断地进入钻杆的内孔中，但是对于下斜方位孔和水平方位孔，钻杆拔出后，岩芯依旧停留在钻孔中，由于岩芯的端面与隧洞内壁基本平行，所以钻孔中的岩芯不易快速取出。

发明内容

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种深埋隧洞断裂分析的钻岩取样装置，能够有效地解决现有技术中，一般冷却水从钻杆外壁和岩壁之间送到前面给钻头冷却，岩芯随着钻进不断地进入钻杆的内孔中，但是对于下斜方位孔和水平方位孔，钻杆拔出后，岩芯依旧停留在钻孔中，岩芯的端面与隧洞内壁基本平行，钻孔中的岩芯不易快速取出的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明提供一种深埋隧洞断裂分析的钻岩取样装置，包括：

定位部，所述定位部包括定位架，所述定位架的端部固定连接有与隧洞内壁可拆卸安装的定位板，所述定位架通过开设在其内部的滑轨滑动连接有驱动机组；

取样部，所述取样部包括冷却件，所述冷却件的端面与驱动机组的输出端相连接，所述冷却件远离驱动机组一端紧密贴合结合管，所述结合管通过开设在其内壁的螺纹组螺纹连接有钻杆，所述结合管靠近钻杆一侧内壁固定连接有取出器；

其中，所述取出器包括结合块，所述结合块端面与结合管内壁固定连接，所述结合块远离结合管一端固定连接有潜孔钻块，所述潜孔钻块通过开设在其内部的十字腔滑动连接有水平割块，所述潜孔钻块外表面滑动连接有可用于调节水平割块位置的环板。

进一步地，所述定位架下表面固定连接有与驱动机组外表面相连接的伸缩器，所述冷却件包括冷却壳、进料环板以及密封环板，所述冷却壳和密封环板以进料环板为中心对称分布，所述进料环板的端面分别与冷却壳和密封环板的端面密封转动连接，所述冷却壳远离进料环板一侧与驱动机组的输出端固定连接，所述密封环板远离进料环板一侧与结合管外表面紧密贴合，所述进料环板圆周外表面固定连通有进料管。

进一步地，所述冷却壳内壁固定连接有六角管，所述结合管远离结合块一侧固定连接有与六角管内壁相滑动的六角杆，所述冷却壳、六角管以及六角杆内部均开设有安装孔，且该安装孔内部设有螺纹组。

进一步地，所述结合块通过开设在其内部的内置腔滑动连接往复板，所述往复板外表面设置有与内置腔内壁相连接的强力弹簧，所述环板与往复板之间通过连接杆相连接，所述环板的内侧固定连接有与水平割块的斜面相滑动的斜块，所述环板远离往复板一侧活动安装有若干组滚珠。

进一步地，所述钻杆圆周外表面固定连接有与结合管端面相贴合的限位环，所述钻杆靠近结合管一端固定连接有与结合块圆周外表面密封滑动的内接管，所述钻杆内部开设有冷却孔，且该冷却孔的端口位于内接管和钻杆围成的空间内。

进一步地，所述结合管内部开设有与冷却件内部相连通的圆孔，所述钻杆内部开设有若干组排污孔。

进一步地，所述钻杆远离结合管一端螺纹连接有双层套管，所述双层套管的端面开设有与冷却孔相连通的方孔，所述双层套管远离钻杆一侧固定连接有钻头，且该钻头和方孔之间交错分布。

本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明设置有钻杆、取出器以及钻头，随着钻头不断向前钻进，岩芯不断地进入钻杆内孔中，当取出器接触岩芯的端面时，取出器上的潜孔钻块优先旋转钻进岩芯端面，直至环板接触岩芯的端面，岩芯对环板产生推力，带动往复板沿着内置腔内壁滑动，同时往复板内侧的斜块沿着水平割块的斜面滑动，对水平割块产生水平分力（水平割块由直三角块和割块组成），带动水平割块上的直三角块沿着十字腔内壁滑动，带动割块水平钻进岩芯，在潜孔钻块钻进过程中，对水平割块的推力不断增大，水平割块上的直三角块对割块的推力不断增大，割块受岩芯的阻力作用，割块可沿直三角块外表面发生相对滑动，割块不断地钻进，在岩芯的端面留有L型槽，方便岩芯的快速去除。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例立体的结构示意图；

图2为本发明实施例取样部立体的结构示意图；

图3为本发明实施例钻杆和双层套管立体分离的结构示意图；

图4为本发明实施例冷却壳立体局部剖面的结构示意图；

图5为本发明实施例取样部立体分离的结构示意图；

图6为本发明实施例钻杆、限位环以及内接管立体的结构示意图；

图7为本发明实施例取出器立体分离的结构示意图；

图8为本发明实施例取出器立体局部剖面的结构示意图。

图中的标号分别代表：1、定位部；11、定位架；12、定位板；13、滑轨；14、驱动机组；15、伸缩器；2、取样部；21、冷却件；211、冷却壳；2111、六角管；212、进料环板；213、密封环板；214、安装孔；22、结合管；221、六角杆；222、圆孔；23、钻杆；231、限位环；232、内接管；233、冷却孔；234、排污孔；235、双层套管；236、方孔；237、钻头；24、取出器；241、结合块；242、潜孔钻块；243、十字腔；244、水平割块；245、环板；246、内置腔；247、往复板；248、强力弹簧；249、斜块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例：请参阅图1-图8，本发明提供一种技术方案：一种深埋隧洞断裂分析的钻岩取样装置，包括：

定位部1，定位部1包括定位架11，定位架11的端部固定连接有与隧洞内壁可拆卸安装的定位板12，通过螺栓组将定位部1上的定位板12安装在外部岩体上，定位架11通过开设在其内部的滑轨13滑动连接有驱动机组14；

取样部2，取样部2包括冷却件21，冷却件21的端面与驱动机组14的输出端相连接，冷却件21远离驱动机组14一端紧密贴合结合管22，结合管22通过开设在其内壁的螺纹组螺纹连接有钻杆23，结合管22靠近钻杆23一侧内壁固定连接有取出器24；

其中，取出器24包括结合块241，结合块241端面与结合管22内壁固定连接，结合块241远离结合管22一端固定连接有潜孔钻块242，潜孔钻块242通过开设在其内部的十字腔243滑动连接有水平割块244，潜孔钻块242外表面滑动连接有可用于调节水平割块244位置的环板245。

定位架11下表面固定连接有与驱动机组14外表面相连接的伸缩器15，冷却件21包括冷却壳211、进料环板212以及密封环板213，冷却壳211和密封环板213以进料环板212为中心对称分布，进料环板212的端面分别与冷却壳211和密封环板213的端面密封转动连接，冷却壳211远离进料环板212一侧与驱动机组14的输出端固定连接，密封环板213远离进料环板212一侧与结合管22外表面紧密贴合，进料环板212圆周外表面固定连通有进料管，用于外部泵机的连接。

冷却壳211内壁固定连接有六角管2111，结合管22远离结合块241一侧固定连接有与六角管2111内壁相滑动的六角杆221，冷却壳211、六角管2111以及六角杆221内部均开设有安装孔214，且该安装孔214内部设有螺纹组。

结合块241通过开设在其内部的内置腔246滑动连接往复板247，往复板247外表面设置有与内置腔246内壁相连接的强力弹簧248，环板245与往复板247之间通过连接杆相连接，环板245的内侧固定连接有与水平割块244的斜面相滑动的斜块249，环板245远离往复板247一侧活动安装有若干组滚珠，减小摩擦力。

钻杆23圆周外表面固定连接有与结合管22端面相贴合的限位环231，钻杆23靠近结合管22一端固定连接有与结合块241圆周外表面密封滑动的内接管232，钻杆23内部开设有冷却孔233，且该冷却孔233的端口位于内接管232和钻杆23围成的空间内。

结合管22内部开设有与冷却件21内部相连通的圆孔222，内接管232的隔绝作用，圆孔222与钻杆23内部不连通，钻杆23内部开设有若干组排污孔234，钻头237不断旋转产生的杂质随着冷却水从钻杆23外壁和岩壁之间送到排污孔234，并通过离心力甩出。

钻杆23远离结合管22一端螺纹连接有双层套管235，双层套管235的端面开设有与冷却孔233相连通的方孔236，双层套管235远离钻杆23一侧固定连接有钻头237，且该钻头237和方孔236之间交错分布，由于冷却孔233等距分布，进而在钻头237周围排出的冷却水含量基本一致，使其钻头237能够得到充分的冷却。

参考图1-8，对隧道内部进行岩体钻芯取样时，一般冷却水从钻杆外壁和岩壁之间送到前面给钻头冷却，岩芯随着钻进不断地进入钻杆的内孔中，但是对于下斜方位孔和水平方位孔，钻杆拔出后，岩芯依旧停留在钻孔中，由于岩芯的端面与隧洞内壁基本平行，所以钻孔中的岩芯不易快速取出；

为了克服上述存在的缺陷，对此本发明设计一种深埋隧洞断裂分析的钻岩取样装置。

首先通过螺栓组将定位部1上的定位板12安装在外部岩体上，接着驱动机组14的输出轴带动取样部2整体旋转，与此同时，伸缩器15推动驱动机组14和取样部2沿着滑轨13向前滑动（定位架11上可设置支架与钻杆23圆周外表面滑动连接），取样部2对隧道内的岩体进行钻芯取样。

取样方式：

驱动机组14的输出轴优先带动冷却壳211旋转，带动六角管2111和六角杆221同步旋转，带动结合管22和钻杆23同步旋转，由于进料环板212的端面分别与冷却壳211和密封环板213的端面密封转动连接，密封环板213远离进料环板212一侧与结合管22外表面紧密贴合，所以冷却壳211旋转时，进料环板212与冷却壳211之间相互转动，进料环板212位置可保持不变，进而进料环板212圆周外表面所固定连通的进料管可与外部泵机相连通，泵机中的冷却水流入冷却壳211、进料环板212以及密封环板213围成的空间内，接着通过圆孔222流入结合管22、内接管232以及钻杆23（螺纹部位）围成的空间内（受内接管232的隔绝作用，圆孔222与钻杆23内部不连通），紧接着流入冷却孔233并通过方孔236流出，对钻头237进行冷却（钻杆23与双层套管235之间螺纹连接，方便其拆卸与更换）。

本发明中的冷却水流向优点：

优先一，首先本发明中冷却水通过冷却件21流入圆孔222，接着通过冷却孔233输送至钻杆23端部，并通过方孔236排出冷却钻头237，冷却水中基本不含任何杂质，而传统的冷却水从钻杆外壁和岩壁之间送到前面给钻头冷却，冷却水在流动过程中，掺杂了大量的杂质，大大增加了钻头的旋转阻力。

优点二，冷却水通过冷却孔233输送至钻杆23端部，由于冷却孔233等距分布，进而在钻头237周围排出的冷却水含量基本一致，使其钻头237能够得到充分的冷却（传统的冷却水从钻杆外壁和岩壁之间送到前面给钻头冷却，冷却水受重力影响主要集中在下方，钻头冷却不充分）。

优点三，本发明冷却水的流入和流出相互干涉，同时利用钻头237周围杂质快速排除，方孔236排出的冷却水在钻头237四周，钻头237不断旋转产生的杂质随着冷却水从钻杆23外壁和岩壁之间送到排污孔234，并通过离心力甩出（外部设有防护罩）。

随着钻头237不断向前钻进，岩芯不断地进入钻杆23内孔中，当取出器24接触岩芯的端面时，取出器24上的潜孔钻块242优先旋转钻进岩芯端面，直至环板245接触岩芯的端面，岩芯对环板245产生推力，带动往复板247沿着内置腔246内壁滑动（强力弹簧248进一步压缩发生弹性形变），同时往复板247内侧的斜块249沿着水平割块244的斜面滑动，对水平割块244产生水平分力（水平割块244由直三角块和割块组成，直三角块和割块均在十字腔243内壁滑动，同时直三角块窄边处与割块之间磁力连接，满足取出器24的任意角度钻进），带动水平割块244上的直三角块沿着十字腔243内壁滑动，带动割块水平钻进岩芯（割块和潜孔钻块242的钻进方向成90度），在潜孔钻块242钻进过程中，对水平割块244的推力不断增大，水平割块244上的直三角块对割块的推力不断增大，割块受岩芯的阻力作用，割块可沿直三角块外表面发生相对滑动（割块钻进位置保持不变），割块不断地钻进，在岩芯的端面留有L型槽，方便岩芯的快速去除（或者取出器24与岩芯结合后同步取出）。

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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种深埋隧洞断裂分析的钻岩取样装置，其特征在于，包括：

定位部（1），所述定位部（1）包括定位架（11），所述定位架（11）的端部固定连接有与隧洞内壁可拆卸安装的定位板（12），所述定位架（11）通过开设在其内部的滑轨（13）滑动连接有驱动机组（14）；

取样部（2），所述取样部（2）包括冷却件（21），所述冷却件（21）的端面与驱动机组（14）的输出端相连接，所述冷却件（21）远离驱动机组（14）一端紧密贴合结合管（22），所述结合管（22）通过开设在其内壁的螺纹组螺纹连接有钻杆（23），所述结合管（22）靠近钻杆（23）一侧内壁固定连接有取出器（24）；

其中，所述取出器（24）包括结合块（241），所述结合块（241）端面与结合管（22）内壁固定连接，所述结合块（241）远离结合管（22）一端固定连接有潜孔钻块（242），所述潜孔钻块（242）通过开设在其内部的十字腔（243）滑动连接有水平割块（244），所述潜孔钻块（242）外表面滑动连接有可用于调节水平割块（244）位置的环板（245）；

其中，所述结合块（241）通过开设在其内部的内置腔（246）滑动连接往复板（247），所述往复板（247）外表面设置有与内置腔（246）内壁相连接的强力弹簧（248），所述环板（245）与往复板（247）之间通过连接杆相连接，所述环板（245）的内侧固定连接有与水平割块（244）的斜面相滑动的斜块（249），所述环板（245）远离往复板（247）一侧活动安装有若干组滚珠；

其中，钻头（237）不断向前钻进，岩芯不断地进入钻杆（23）内孔中，当取出器（24）接触岩芯的端面时，取出器（24）上的潜孔钻块（242）优先旋转钻进岩芯端面，直至环板（245）接触岩芯的端面，岩芯对环板（245）产生推力，带动往复板（247）沿着内置腔（246）内壁滑动，强力弹簧（248）进一步压缩发生弹性形变，同时往复板（247）内侧的斜块（249）沿着水平割块（244）的斜面滑动，对水平割块（244）产生水平分力，带动水平割块（244）上的直三角块沿着十字腔（243）内壁滑动，带动割块水平钻进岩芯，割块和潜孔钻块（242）的钻进方向成 90度，在潜孔钻块（242）钻进过程中，对水平割块（244）的推力不断增大，水平割块（244）上的直三角块对割块的推力不断增大，割块受岩芯的阻力作用，割块可沿直三角块外表面发生相对滑动，割块不断地钻进，在岩芯的端面留有 L 型槽，方便岩芯的快速去除。

2.根据权利要求1所述的一种深埋隧洞断裂分析的钻岩取样装置，其特征在于：所述定位架（11）下表面固定连接有与驱动机组（14）外表面相连接的伸缩器（15），所述冷却件（21）包括冷却壳（211）、进料环板（212）以及密封环板（213），所述冷却壳（211）和密封环板（213）以进料环板（212）为中心对称分布，所述进料环板（212）的端面分别与冷却壳（211）和密封环板（213）的端面密封转动连接，所述冷却壳（211）远离进料环板（212）一侧与驱动机组（14）的输出端固定连接，所述密封环板（213）远离进料环板（212）一侧与结合管（22）外表面紧密贴合，所述进料环板（212）圆周外表面固定连通有进料管。

3.根据权利要求2所述的一种深埋隧洞断裂分析的钻岩取样装置，其特征在于：所述冷却壳（211）内壁固定连接有六角管（2111），所述结合管（22）远离结合块（241）一侧固定连接有与六角管（2111）内壁相滑动的六角杆（221），所述冷却壳（211）、六角管（2111）以及六角杆（221）内部均开设有安装孔（214），且该安装孔（214）内部设有螺纹组。

4.根据权利要求1所述的一种深埋隧洞断裂分析的钻岩取样装置，其特征在于：所述钻杆（23）圆周外表面固定连接有与结合管（22）端面相贴合的限位环（231），所述钻杆（23）靠近结合管（22）一端固定连接有与结合块（241）圆周外表面密封滑动的内接管（232），所述钻杆（23）内部开设有冷却孔（233），且该冷却孔（233）的端口位于内接管（232）和钻杆（23）围成的空间内。

5.根据权利要求4所述的一种深埋隧洞断裂分析的钻岩取样装置，其特征在于：所述结合管（22）内部开设有与冷却件（21）内部相连通的圆孔（222），所述钻杆（23）内部开设有若干组排污孔（234）。

6.根据权利要求4所述的一种深埋隧洞断裂分析的钻岩取样装置，其特征在于：所述钻杆（23）远离结合管（22）一端螺纹连接有双层套管（235），所述双层套管（235）的端面开设有与冷却孔（233）相连通的方孔（236），所述双层套管（235）远离钻杆（23）一侧固定连接有钻头（237），且该钻头（237）和方孔（236）之间交错分布。