CN117052323B - 一种用于地热勘探的钻孔推进装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种用于地热勘探的钻孔推进装置，主要涉及地热勘探设备的技术领域，其包括底座、设在所述底座上的门形梁、垂直穿设在所述门形梁上的钻孔机构、两个分别垂直穿设在所述门形梁两侧上的推进机构和设在所述门形梁上的驱动机构；所述钻孔机构包括与所述门形梁在竖直方向上螺纹配合的钻杆、套设在所述钻杆上的连接环、对称设在所述连接环两侧的压板和设在所述压板上的滑块；所述压板与所述推进机构铰接，所述滑块与所述推进机构沿水平方向滑动连接，所述钻杆与所述驱动机构相连。本申请具有钻孔成型质量高的优点。
Description
技术领域
本申请涉及地热勘探设备的技术领域，尤其是涉及一种用于地热勘探的钻孔推进装置。
背景技术
地热勘探是一种通过进行地质调查、地层理化性质测定、地热钻探等方式探寻地热流体分布情况，评估地热资源开发利用条件的综合性技术手段。钻孔勘探是地热勘探的重要手段之一，钻孔技术及相关设备应用对地热勘探的发展具有重要意义。
目前，行业内常见的钻孔设备为液压设备或电机推杆推动的钻杆。钻杆会在液压设备或电机推杆的作用下产生垂直于地面向下的正压力，从而使钻头向土层中推进。这种钻孔设备结构简单，钻探效率高，适合土壤性质比较单一，地底无岩层分布的区域。但是，这种钻孔设备在钻头进入分布不均匀的岩层中时，钻头的两侧受到的来自岩层的阻力大小不一致，然后钻孔设备产生的正压力无法根据钻头的受力情况重新进行分配，这将导致钻杆中轴线偏离垂直方向，钻孔产生歪斜。这一情况对于地热勘探的精度造成了不利影响。
针对上述中的相关技术，可以得知现有的钻孔设备在对地下岩层分布不均匀的区域进行地热勘探钻孔作业时，容易由于钻头受力不均匀而产生钻孔歪斜，勘探结果精度受影响的缺陷。
发明内容
为了提高地下钻孔成型质量，提高地热勘探测量结构的精确度，本申请提供一种用于地热勘探的钻孔推进装置。
本申请提供的一种用于地热勘探的钻孔推进装置采用如下的技术方案：
一种用于地热勘探的钻孔推进装置，包括底座、设在所述底座上的门形梁、垂直穿设在所述门形梁上的钻孔机构、两个分别垂直穿设在所述门形梁两侧上的推进机构和设在所述门形梁上的驱动机构；所述钻孔机构包括与所述门形梁在竖直方向上螺纹配合的钻杆、套设在所述钻杆上的连接环、对称设在所述连接环两侧的压板和设在所述压板上的滑块；所述压板与所述推进机构铰接，所述滑块与所述推进机构沿水平方向滑动连接，所述钻杆与所述驱动机构相连。
通过采用上述技术方案，底座对本申请其他部分结构起到了支撑和限位的作用，使其他部分结构连接成为一个联动整体，安装在底座上的门形梁对钻孔机构和驱动机构以及推进机构均起到了支撑限位的作用，钻孔机构中的钻杆与门形梁之间螺纹配合，钻杆在驱动机构的驱动作用下发生旋转并且沿着垂直于地面的方向做升降运动，实现钻孔动作，安装在钻杆上的连接环起到了均匀传递压力的作用，压板起到了将压力传递至连接环的作用，压板与推进机构铰接的结构配合压板上的滑块结构使得推进机构的压力向钻孔机构的传递可以根据实际情况进行重新分配和调整，使得钻杆两侧受到的压力差保持在一定范围内，实现了提高地下钻孔成型质量，提高地热勘探测量结构的精确度的发明目的。
可选的，钻孔机构还包括电动推杆，所述电动推杆设在所述压板上，且所述电动推杆的伸缩端与所述滑块相连。
通过采用上述技术方案，安装在压板上的电动推杆对滑块的往复运动起到了驱动作用，起到了增加本申请自动化程度，减少人力消耗的作用。
可选的，驱动机构包括固定设在所述门形梁远离所述底座一端的减速电机和设在所述钻杆上的压力传感器；所述压力传感器与所述减速电机和所述电动推杆电性连接，用于检测所述钻杆端部的压应力情况，并转化为电信号控制所述减速电机的启停和所述电动推杆的伸缩动作。
通过采用上述技术方案，驱动机构中的减速电机通电之后会发生旋转并且产生动力，安装在钻杆上的压力传感器能够将钻杆收到的来自于岩层的压力大小信号转化为电信号并且进行大小比对，从而对控制减速电机的启停提供了判断依据。
可选的，门形梁包括两个对称垂直设在所述底座上的支撑臂和固定连接在两个所述支撑臂远离所述底座一端的横梁；所述支撑臂上沿竖直方向开设有安装槽，所述横梁沿竖直方向上开设有安装孔。
通过采用上述技术方案，门形梁中的两个支撑臂分别对两个推进机构起到了支撑作用，安装在支撑臂上的横梁对驱动机构和钻孔机构起到了支撑作用，开设在横梁竖直方向上的安装孔对钻杆起到了限位作用。
可选的，推进机构包括沿所述支撑臂的长度方向垂直于地面设在所述底座上的导向杆、垂直穿设在所述支撑臂上，且与所述导向杆平行设置的推进螺杆、套设在所述导向杆和所述推进螺杆上的连接板和固定套设在所述推进螺杆顶部的传动轮；所述连接板与所述推进螺杆螺纹配合且与所述导向杆沿轴线方向滑动连接，所述连接板与所述压板铰接，所述连接板上开设有形状与所述滑块一致的滑槽；两个所述推进机构的所述传动轮均与所述驱动机构皮带连接。
通过采用上述技术方案，推进机构中的导向杆对连接板的上下移动起到了导向和限位的作用，提高了连接板的运动姿态的稳定性，推进螺杆与导向板之间螺纹配合的结构对导向板的运动提供了动力，安装在推进螺杆端部的传动轮与驱动机构之间相连，推进螺杆的转动起到了扭矩传递的作用。
可选的，底座包括底板、多个可拆卸设置在所述底板上的配重块和多个穿设在所述底板上的锚杆；多个所述锚杆关于所述底板的几何中心对称设置。
通过采用上述技术方案，底座中的底板起到了接触地面并且为其他部分结构提供支撑的作用，配重块能够提高底板自身的重量，方便锚杆安装的过程，锚杆能够将底板固定在地面上。
可选的，锚杆包括穿设在所述底板上的套筒、穿设在所述套筒内的顶杆和多个穿设在所述套筒侧壁上的膨胀块；多个所述膨胀块与所述套筒沿着垂直于轴线的方向滑动连接，且所述膨胀块位于所述套筒内的一侧平面与所述顶杆抵接。
通过采用上述技术方案，锚杆中的套筒一方面能够钻入地面并且将底板固定在地面上，另一方面对膨胀块的安装起到了限位作用，穿设在套筒中的顶杆能够在下降的过程中对膨胀块进行挤压，促使膨胀块向两侧运动，增加锚杆与土层之间的结合强度，提高底座的稳定性。
可选的，套筒远离所述底板的一端为锥形，且横截面积沿着远离所述底板的方向逐渐减小。
通过采用上述技术方案，套筒远离底板一端设置的锥形结构能够减少套筒刺入地面时受到的阻力，提高本申请的安装便捷性。
可选的，顶杆的顶部会在所述钻杆下降的过程中与所述压板的下表面接触，并且在所述压板的挤压作用下推动所述膨胀块向远离所述套筒轴心的方向运动。
通过采用上述技术方案，压板下降到一定高度的时候受到的阻力逐渐增大，底座保持稳定需要克服的反作用力也逐渐增大，当压板带动顶杆向下运动时，膨胀块在顶杆的作用下向两侧滑动，增加了底座的承载能力。
可选的，套筒靠近所述底板的一端设有手轮，所述手轮固定套设在所述套筒的外壁上。
通过采用上述技术方案，安装在套筒靠近底板一端的手轮能够方便安装者通过转动手轮的方式将套筒固定在地层以下。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
本申请中的底座对本申请其他部分结构起到了支撑和限位的作用，使其他部分结构连接成为一个联动整体，安装在底座上的门形梁对钻孔机构和驱动机构以及推进机构均起到了支撑限位的作用，钻孔机构中的钻杆与门形梁之间螺纹配合，钻杆在驱动机构的驱动作用下发生旋转并且沿着垂直于地面的方向做升降运动，实现钻孔动作，安装在钻杆上的连接环起到了均匀传递压力的作用，压板起到了将压力传递至连接环的作用，压板与推进机构铰接的结构配合压板上的滑块结构使得推进机构的压力向钻孔机构的传递可以根据实际情况进行重新分配和调整，使得钻杆两侧受到的压力差保持在一定范围内，实现了提高地下钻孔成型质量，提高地热勘探测量结构的精确度的发明目的；
本申请中的推进机构中的导向杆对连接板的上下移动起到了导向和限位的作用，提高了连接板的运动姿态的稳定性，推进螺杆与导向板之间螺纹配合的结构对导向板的运动提供了动力，安装在推进螺杆端部的传动轮与驱动机构之间相连，推进螺杆的转动起到了扭矩传递的作用；
本申请中的压板下降到一定高度的时候受到的阻力逐渐增大，底座保持稳定需要克服的反作用力也逐渐增大，当压板带动顶杆向下运动时，膨胀块在顶杆的作用下向两侧滑动，增加了底座的承载能力。
附图说明
图1是本申请实施例公开的一种用于地热勘探的钻孔推进装置的结构示意图。
图2是本申请实施例中锚杆的结构示意图。
图3是本申请实施例中钻孔机构的结构示意图。
图4是本申请实施例中门形梁和推进机构的结构示意图。
附图标记说明：1、底座；11、底板；12、配重块；13、锚杆；131、套筒；132、顶杆；133、膨胀块；2、门形梁；21、支撑臂；22、横梁；3、钻孔机构；31、钻杆；32、连接环；33、压板；34、滑块；35、电动推杆；4、推进机构；41、导向杆；42、推进螺杆；43、连接板；44、传动轮；5、驱动机构；51、减速电机；52、压力传感器。
具体实施方式
以下结合附图1-附图4对本申请作进一步详细说明。
地热勘探是一种通过进行地质调查、地层理化性质测定、地热钻探等方式探寻地热流体分布情况，评估地热资源开发利用条件的综合性技术手段。钻孔勘探是地热勘探的重要手段之一，钻孔技术及相关设备应用对地热勘探的发展具有重要意义。目前，行业内常见的钻孔设备为液压设备或电机推杆推动的钻杆。钻杆会在液压设备或电机推杆的作用下产生垂直于地面向下的正压力，从而使钻头向土层中推进。这种钻孔设备结构简单，钻探效率高，适合土壤性质比较单一，地底无岩层分布的区域。但是，这种钻孔设备在钻头进入分布不均匀的岩层中时，钻头的两侧受到的来自岩层的阻力大小不一致，然后钻孔设备产生的正压力无法根据钻头的受力情况重新进行分配，这将导致钻杆中轴线偏离垂直方向，钻孔产生歪斜。这一情况对于地热勘探的精度造成了不利影响。为了提高地下钻孔成型质量，提高地热勘探测量结构的精确度，本申请提供一种用于地热勘探的钻孔推进装置。
本申请实施例公开了一种用于地热勘探的钻孔推进装置。参照图1，用于地热勘探的钻孔推进装置包括底座1、门形梁2、钻孔机构3、推进机构4和驱动机构5。其中，底座1固定贴合安装在水平地面上。门形梁2垂直于底座1的上表面固定安装，钻孔机构3安装在门形梁2的一侧，推进机构4和驱动机构5安装在门形梁2的顶部。
参照图1,底座1包括底板11、配重块12和锚杆13。其中，底板11是一块矩形金属板。底板11上开设有多个用于安装地脚螺栓的螺栓孔。底板11的上表面对称开设有用于固定和限位配重块12的凹槽。配重块12对称安装在底板11的上表面的凹槽中，且与底板11之间通过螺栓固定的方式实现可拆卸连接。锚杆13的数量可以是多个，在本申请实施例中锚杆13的数量为2个且对称穿设在底板11上。底板11上开设有圆形通孔，圆形通孔的位置与钻孔机构3的上下位置对应，为钻孔机构3的钻孔动作预留了空间。参照图2，锚杆13包括套筒131、顶杆132和膨胀块133。其中，套筒131是一个圆柱形的中空金属筒体。套筒131垂直穿设在底板11上，且与底板11之间螺纹配合。套筒131远离底板11的一端设置有锥形段，锥形段结构有利于减少套筒131钻入地面时遭受的阻力。套筒131靠近底板11的一端侧壁上固定套设有手轮，手轮能够方便施工人员对锚杆13进行安装。膨胀块133安装在套筒131的侧壁上，且与套筒131侧壁沿着垂直于轴线的方向滑动连接，膨胀块133位于套筒131内壁的部分设置有倾斜面。顶杆132安装在套筒131中，且与套筒131沿着轴线方向滑动连接。顶杆132的底端与两个膨胀块133的倾斜面抵接，当顶杆132向下运动时会将两个膨胀块133向远离套筒131轴心的方向挤压，从而增加锚杆13脱离土层所需克服的阻力，提高了锚杆13的锚固性能和承载能力。
参照图1，门形梁2包括支撑臂21和横梁22。其中，支撑臂21的数量为2个。两个支撑臂21对称垂直焊接在底座1上，横梁22安装在支撑臂21远离底座1的一端，且与支撑臂21固定连接。支撑臂21上沿竖直方向开设有安装槽，横梁22上沿竖直方向开设有安装孔。安装孔为圆形通孔。安装孔的大小与钻孔机构3适配。
参照图1和图3，钻孔机构3包括钻杆31、连接环32、压板33、滑块34和电动推杆35。其中，钻杆31垂直于地面穿设在横梁22上，且与横梁22之间螺纹配合。钻杆31上还套设有一个链轮，链轮与钻杆31的外壁卡接且沿着钻杆31的轴线方向滑动连接，链轮旋转能够带动钻杆31转动。链轮通过链条与驱动机构5相连。连接环32套设在钻杆31上，且与钻杆31之间转动连接。连接环32能够带动钻杆31上下运动，钻杆31的自身转动不会干涉连接环32的运动姿态。压板33对称固定焊接在连接环32的两侧，并且能够将压力传递至连接环32上。滑块34安装在压板33的上表面，且与压板33之间滑动连接。压板33的上表面开设有对滑块34进行限位作用的凹槽。滑块34卡接在压板33的凹槽中。电动推杆35安装在压板33的上表面，且电动推杆35的伸缩端与滑块34之间相连。电动推杆35能够驱使滑块34沿着滑槽方向发生滑动。
参照图1和图4，推进机构4包括导向杆41、推进螺杆42、连接板43和传动轮44。其中，导向杆41是一个垂直设置在底板11上，穿设在支撑臂21上的光滑实心金属杆。推进螺杆42穿设在支撑臂21上且与支撑臂21转动连接。推进螺杆42与导向杆41平行设置。传动轮44套设在推进螺杆42的顶部，且与驱动机构5相连。传动轮44能够带动推进螺杆42转动。连接板43是一个矩形金属板，连接板43套设在推进螺杆42和导向杆41上，且与推进螺杆42螺纹配合。连接板43与压板33之间通过连接合页铰接。连接板43上安装有用于限位滑块34的槽钢。当滑块34在电动推杆35的作用下推入槽钢时，连接板43与压板33固定成为一个整体，推进机构4产生的压力能够传递至钻杆31。当滑块34从槽钢中滑出时，连接板43与压板33之间的铰接结构无法继续传递压力，从而起到根据钻探的底层情况重新分配两侧压力，保证钻杆31垂直向下的效果。
参照图1，驱动机构5包括减速电机51和压力传感器52，其中，减速电机51的动力输出轴分别与两个推进机构4中的传动轮44皮带连接，且共用一个皮带，使其能够同步转动。减速电机51的动力输出轴与钻杆31之间通过链传动实现扭矩传递。压力传感器52安装在钻杆31靠近地面的一端，用于检测钻杆31受到的压力大小，并且将其转化为电信号与预设值进行判断。压力传感器52与减速电机51和电动推杆35电性连接。压力传感器52检测的电信号用于减速电机51启停和电动推杆35执行动作的判定标准，实现了设备整体的智能化和自动化作业。
本申请实施例的一种用于地热勘探的钻孔推进装置的实施原理为：施工人员首先将底座1安装在需要进行地热勘探钻孔的目标位置处，通过组装配重块12对底座1进行预固定，然后通过安装地脚螺栓和锚杆13对底座1进行固定。减速电机51通电之后，带动钻杆31向地层钻进，当钻杆31受到的阻力不均匀程度超出预设值后，收到压力较大的一侧的电动推杆35执行收缩动作，该侧的推进机构4与钻孔机构3的压力传递切断，直至钻杆31两侧压力差值缩小到预设值以下，电动推杆35执行推进动作，该侧的推进机构4与钻孔机构3重新固定连接并且实现压力传递。当压板33下降到一定高度后，会对顶杆132进行挤压，并使顶杆132推动膨胀块133向远离套筒131的方向运动，增加膨胀块133与土层之间的接触面积，提高锚杆13的锚固性能和承载能力。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于地热勘探的钻孔推进装置，其特征在于：包括底座（1）、设在所述底座（1）上门形梁（2）、垂直穿设在所述门形梁（2）上的钻孔机构（3）、两个分别垂直穿设在所述门形梁（2）两侧上的推进机构（4）和设在所述门形梁（2）上的驱动机构（5）；所述钻孔机构（3）包括与所述门形梁（2）在竖直方向上螺纹配合的钻杆（31）、套设在所述钻杆（31）上的连接环（32）、对称设在所述连接环（32）两侧的压板（33）和设在所述压板（33）上的滑块（34）；所述压板（33）与所述推进机构（4）铰接，所述滑块（34）与所述推进机构（4）沿水平方向滑动连接，所述钻杆（31）与所述驱动机构（5）相连；所述门形梁（2）包括两个对称垂直设在所述底座（1）上的支撑臂（21）和固定连接在两个所述支撑臂（21）远离所述底座（1）一端的横梁（22）；所述支撑臂（21）上沿竖直方向开设有安装槽，所述横梁（22）沿竖直方向上开设有安装孔；所述推进机构（4）包括沿所述支撑臂（21）的长度方向垂直于地面设在所述底座（1）上的导向杆（41）、垂直穿设在所述支撑臂（21）上，且与所述导向杆（41）平行设置的推进螺杆（42）、套设在所述导向杆（41）和所述推进螺杆（42）上的连接板（43）和固定套设在所述推进螺杆（42）顶部的传动轮（44）；所述连接板（43）与所述推进螺杆（42）螺纹配合且与所述导向杆（41）沿轴线方向滑动连接，所述连接板（43）与所述压板（33）铰接，所述连接板（43）上开设有形状与所述滑块（34）滑槽；两个所述推进机构（4）的所述传动轮（44）均与所述驱动机构（5）链传动连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于地热勘探的钻孔推进装置，其特征在于：所述钻孔机构（3）还包括电动推杆（35），所述电动推杆（35）设在所述压板（33），且所述电动推杆（35）的伸缩端与是滑块（34）相连。
3.根据权利要求2所述的一种用于地热勘探的钻孔推进装置，其特征在于：所述驱动机构（5）包括固定设在所述门形梁（2）远离所述底座（1）一端的减速电机（51）和设在所述钻杆（31）上的压力传感器（52）；所述压力传感器（52）与所述减速电机（51）和所述电动推杆（35）电性连接，用于检测所述钻杆（31）端部的压应力情况，并转化为电信号控制所述减速电机（51）的启停和所述电动推杆（35）的伸缩动作。
4.根据权利要求1所述的一种用于地热勘探的钻孔推进装置，其特征在于：所述底座（1）包括底板（11）、多个可拆卸设置在所述底板（11）上的配重块（12）和多个穿设在所述底板（11）上的锚杆（13）；多个所述锚杆（13）关于所述底板（11）的几何中心对称设置。
5.根据权利要求4所述的一种用于地热勘探的钻孔推进装置，其特征在于：所述锚杆（13）包括穿设在所述底板（11）上的套筒（131）、穿设在所述套筒（131）内的顶杆（132）和多个穿设在所述套筒（131）侧壁上的膨胀块（133）；多个所述膨胀块（133）与所述套筒（131）沿着垂直于轴线的方向滑动连接，且所述膨胀块（133）位于所述套筒（131）内的一侧平面与所述顶杆（132）抵接。
6.根据权利要求5所述的一种用于地热勘探的钻孔推进装置，其特征在于：所述套筒（131）远离所述底板（11）的一端为锥形，且横截面积沿着远离所述底板（11）的方向逐渐减小。
7.根据权利要求5所述的一种用于地热勘探的钻孔推进装置，其特征在于：所述顶杆（132）的顶部会在所述钻杆（31）下降的过程中与所述压板（33）的下表面接触，并且在所述压板（33）的挤压作用下推动所述膨胀块（133）向远离所述套筒（131）轴心的方向运动。
8.根据权利要求5所述的一种用于地热勘探的钻孔推进装置，其特征在于：所述套筒（131）靠近所述底板（11）的一端设有手轮，所述手轮固定套设在所述套筒（131）的外壁上。
Priority Applications (1)
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