CN117514147A - 工程勘察钻孔深度及原位测试信息自动采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种工程勘察钻孔深度及原位测试信息自动采集系统，包括钻探平台，所述钻探平台上设有钻机轨杆，所述钻机轨杆的顶部设有可用于提拉钻具或标贯锤的牵引器；所述钻机轨杆的上部或钻具的上部设有激光测距仪，所述激光测距仪的探测端朝下布置，并可用于测量钻机轨杆上部相对于钻具顶部的高度或测量钻具上部相对于钻探平台的高度。采用本发明，通过激光测距仪自动采集自身相对于钻机轨杆上部或钻探平台的高度，当用于工程勘察中的钻孔深度采集时，可获得每根钻杆的钻入深度；当用于原位测试中的钻杆沉入深度自动采集时，可在标贯锤每次打击时准确记录钻杆沉入深度；提高了数据准确性。

Description

工程勘察钻孔深度及原位测试信息自动采集系统

技术领域

本发明涉及工程勘察设备技术领域，具体涉及一种工程勘察钻孔深度及原位测试信息自动采集系统。

背景技术

岩土工程勘察的实质性工作是揭露场地岩土工程、工程地质、水文地质等条件，为后期设计及施工提供工程建设所需的第一手地质资料。钻探是一种常用的工程勘察手段，因此对于工程勘察行业，钻探机具的发展水平，在一定程度上决定了工程勘察报告的准确、客观性，进而影响工程建设设计和施工的科学合理性。

工程勘察勘探过程中最常用泥浆护壁旋转钻机，勘探过程中，钻孔的深度是由工人手动测量，而由于每天钻探进尺的量也是钻探班组的经费计算依据，因此存在着钻探深度数据可能造假的漏洞，从而影响勘察工程师对地层性质的判断，对导致工程质量产生不利影响，或者影响项目总投资费用。可见，为了消除钻探深度数据造假的可能性，迫切需要从钻探设备方面提高技术水平，实现工程勘察钻孔深度自动采集。

此外，原位测试也是常用的工程勘察手段，原位测试包含标贯、动探锤击测试两种。即用一定质量的击锤，以一定的自由落距将一定规格的探头击入土层，根据探头沉入土层一定深度所需锤击数来判断土层的性状，和确定其承载力。这两项工作的准确性直接影响了勘察作业的准确性，从而影响勘察工程师对地层性质的判断，紧密关切到工程质量问题，或者影响项目总投资费用。

在目前原位测试时，对于沉入深度等数据的采集主要是靠人工测量，测量位置、固有习惯等均会带来误差，其准确性较差。公开号为CN215672176U的中国专利公开了一种工程勘察钻孔深度、标贯及动探测试数据自动获取装置，该装置通过钻杆上下移动带动转动机构同步转动，转动机构上的计量仪器将转动机构转动数据发送至控制装置。然而，该装置只能在提钻时依靠触动转动机构，从而对沉入深度进行测量，标贯锤每次打击时有较大的振动，对转动机构产生影响，无法在每锤击一次时准确记录钻杆沉入深度，因此该装置并不适于实时采集。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何实现工程勘察中的钻孔深度、原位测试中的钻杆沉入深度等信息的自动采集，提高数据准确性。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明提供了一种工程勘察钻孔深度及原位测试信息自动采集系统，包括钻探平台，所述钻探平台上设有钻机轨杆，所述钻机轨杆的顶部设有可用于提拉钻具或标贯锤的牵引器；所述钻机轨杆的上部或钻具的上部设有激光测距仪，所述激光测距仪的探测端朝下布置，并可用于测量钻机轨杆上部相对于钻具顶部的高度或测量钻具上部相对于钻探平台的高度。

本发明的有益效果是：

1、当用于工程勘察中的钻孔深度采集时，通过激光测距仪，在每根钻杆开始提拉时以及全部提出孔眼时，自动采集自身相对于钻机轨杆上部或钻探平台的高度，从而可获得每根钻杆的钻入深度，进而获得钻孔深度；2、当用于原位测试中的钻杆沉入深度自动采集时，通过激光传感器自动采集自身相对于钻机轨杆上部或钻探平台的高度，可在标贯锤每次打击时准确记录钻杆沉入深度；3、综上，实现了工程勘察中的钻孔深度、原位测试中的钻杆沉入深度等信息的自动采集，提高了数据准确性；且操作简便，便于推广，方便钻孔深度测量规程的管理，避免了数据造假的可能。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述牵引器下方通过索具吊有可用于扣接钻具的吊环，所述激光测距仪设于钻机轨杆的上部，并可用于测量钻机轨杆的上部相对于钻具顶部的高度。

用于工程勘察中的钻孔深度采集，通过吊环提拉钻杆，操作方便；通过激光测距仪测量钻机轨杆的上部相对于吊环的高度，即可视为钻机轨杆上部相对于钻具顶部的高度。

进一步的，所述吊环上设有第一反光板，第一反光板的上表面为反光面，所述激光测距仪的探测端正对第一反光板，并可用于测量钻机轨杆的上部相对于第一反光板的高度。

通过激光测距仪测量钻机轨杆的上部相对于第一反光板的高度，即可视为钻机轨杆上部相对于钻具顶部的高度；第一反光板提高了灵敏度。

进一步的，所述钻具下端的钻头部位设有电磁触发件，所述钻探平台下部设有触发螺线圈，触发螺线圈围绕钻具布置且可用于感应电磁触发件并产生电流，触发螺线圈与激光测距仪电连接并可用于触发激光测距仪工作。

用于工程勘察中的钻孔深度采集，钻具的最后一根岩心管提拉出井孔时，电磁触发件经过触发螺线圈产生电流，电流触发激光测距仪工作，从而开始测量岩心管顶部与激光测距仪的距离，便于自动获取最后一个关键数据，从而可通过计算获得钻入深度，从技术上杜绝了数据造假的可能。

进一步的，所述电磁触发件为磁体块，磁体块通过螺纹连接在钻具的下端。

磁体块通过触发螺线圈时产生电磁感应，便于使触发螺线圈产生电流；通过螺纹连接在钻具的下端，安装方便，且结构稳固。

进一步的，还包括可用于将钻具卡接在钻探平台上的卡钳，卡钳上设有触发开关，触发开关通过蓝牙模块信号连接激光测距仪。

在提拉一根钻杆后，采用卡钳对下一根钻杆做卡，使之固定在钻探平台上，便于司钻员按压触发开关来触发激光测距仪工作，从而获得激光测距仪与钻杆顶部的距离，操作方便。

进一步的，所述卡钳上设有可用于将自身挂在钻机轨杆上的挂钩。

便于在无需做卡时将卡钳挂在钻机轨杆上，方便取用及管理，避免遗失。

进一步的，所述钻探平台的上表面还围绕钻具布置有第二反光板，所述激光测距仪可用于测量自身相对于第二反光板的高度。

工程勘察中的钻孔深度采集时，钻探平台的上表面为做卡位置，激光测距仪设于钻机轨杆上，便于在做卡时测量自身与钻杆顶部的距离h21；原位测试中的钻杆沉入深度自动采集时，激光测距仪设于钻具上部，第二反光板便于提高激光测距仪的灵敏性。

进一步的，所述激光测距仪设于钻具的上部，并可用于测量钻具上部相对于钻探平台的高度；所述钻具的上部还设有接近传感器，接近传感器的探测端朝上布置并可用于感应并记录标贯锤的靠近次数。

用于原位测试中的钻杆沉入深度自动采集，标贯锤每贯入一次，激光传感器记录一次深度，同时接近传感器记录贯入的次数，便于使接收仪器根据贯入的次数和每次贯入的深度自动计算标贯/动探数据，操作方便，采集的数据准确性高。

进一步的，所述钻具的上部还设有安装架，安装架的两端沿钻具的相对两侧水平伸出，所述激光测距仪与所述接近传感器分别设于安装架的两端。

使激光测距仪与接近传感器的重力相互平衡，同时，增大激光测距仪与接近传感器的安装范围，使接近传感器避开标贯锤固定于钻具上的承台部分，使激光测距仪避开井口并正对钻探平台的上表面的第二反光板。

附图说明

图1为本发明用于工程勘察中的钻孔深度采集时的示意图。

图2为本发明用于原位测试中的钻杆沉入深度自动采集时的示意图。

图3为吊环的结构示意图。

图4为电磁触发件与触发螺线圈的安装示意图。

附图中，各附图标记所代表的技术特征如下：

1-钻探平台；2-钻机轨杆；3-牵引器；4-标贯锤；5-钻具；6-激光测距仪；7-吊环；8-第一反光板；9-钻头；10-电磁触发件；11-触发螺线圈；12-卡钳；13-触发开关；14-挂钩；15-第二反光板；16-接近传感器；17-安装架；18-承台。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明参见图1-4。

本发明提供了一种工程勘察钻孔深度及原位测试信息自动采集系统，包括钻探平台1，所述钻探平台1上设有钻机轨杆2，所述钻机轨杆2的顶部设有可用于提拉钻具5或标贯锤4的牵引器3；所述钻机轨杆2的上部或钻具5的上部设有激光测距仪6，所述激光测距仪6的探测端朝下布置，并可用于测量钻机轨杆2上部相对于钻具5顶部的高度或测量钻具5上部相对于钻探平台1的高度。

原理：

1、当用于工程勘察中的钻孔深度采集时，如图1所示：在钻探后提拉钻具5时使用，钻具5包括若干根钻杆，第一根为主动钻杆，主动钻杆下方为若干根从动钻杆。①将牵引器3连接钻杆时，激光测距仪6测量自身与钻杆顶部的垂直距离(以下直接统称激光测距仪6与钻杆顶部的距离)。②牵引器3开始提拉钻具5时启动激光测距仪6，测量激光测距仪6与主动钻杆顶部的距离hx，当主动钻杆全部提出孔眼时，在钻探平台1上对下一根从动钻杆顶部做卡，此时激光测距仪6测出与主动钻杆顶部的距离h12，则主动钻杆的钻入深度为hz1＝hx-h12。③将牵引器3连接下一根从动钻杆，开始提拉时激光测距仪6测出与该从动钻杆顶部的距离h21，当该从动钻杆全部提出孔眼时，重复上述做卡的操作，此时激光测距仪6测出与从动钻杆顶部的距离h22，则该钻杆的长度hz2＝h21-h22。④参照以上进行提拉钻杆和测量工作，待所有钻杆提拉出时，可计算获得钻入深度＝hz1(主动钻杆的钻入深度)+Σhz2(其余所有钻杆的长度之和)。

注：钻探平台1是钻探机上的孔口上方夹持器平台，钻机轨杆2、牵引器3等工具设备都是钻探机上的原有设施。钻杆顶部做卡是工程勘察钻孔提钻工作的常见操作，同一钻探机上每次做卡的位置是一样的，所以除主动钻杆外，每根从动钻杆开始提拉时，其顶部与激光测距仪6的距离h21都是相同的，所以从动钻杆的长度实际上只需获取该从动钻杆全部提出孔眼时，其顶部与激光测距仪6测的距离h22，即可计算得出。此外，当激光测距仪6设于钻具5的上部时，以上距离还可以通过激光测距仪6与钻探平台1的高度得出。

2、当用于原位测试中的钻杆沉入深度自动采集时，如图2所示：标贯和动探的测试均在上一回次完成，提出孔中钻具5，然后下放标贯器或动探头及钻具5至孔底后立即进行。因此提钻、下放钻具5完成后，得到当前的深度，即原位测试起始点深度，此后钻机人员按下钻机的标贯/动探按钮，设备开始计量，试验过程中每贯入一次，激光传感器记录一下深度，激光传感器配套的接收仪器自动计算标贯/动探数据，当达到规范要求的可以不再进行贯入时，指示灯闪烁提示司钻可停止试验。试验完成后，钻机人员按下完成标贯/动探试验按钮，设备停止计量标贯/动探数据。

注：激光传感器配套的接收仪器、计算标贯/动探数据的方法与本发明的技术问题无关，本发明的目的在于自动采集直接测量的数据，例如贯入深度、钻探深度等。

采用本发明，1、当用于工程勘察中的钻孔深度采集时，通过激光测距仪6，在每根钻杆开始提拉时以及全部提出孔眼时，自动采集自身相对于钻机轨杆2上部或钻探平台1的高度，从而可获得每根钻杆的钻入深度，进而获得钻孔深度；2、当用于原位测试中的钻杆沉入深度自动采集时，通过激光传感器自动采集自身相对于钻机轨杆2上部或钻探平台1的高度，可在标贯锤4每次打击时准确记录钻杆沉入深度；3、综上，实现了工程勘察中的钻孔深度、原位测试中的钻杆沉入深度等信息的自动采集，提高了数据准确性；且操作简便，便于推广，方便钻孔深度测量规程的管理，避免了数据造假的可能。

进一步的，如图1、3所示：所述牵引器3下方通过索具吊有可用于扣接钻具5的吊环7，所述激光测距仪6设于钻机轨杆2的上部，并可用于测量钻机轨杆2的上部相对于钻具5顶部的高度。

注：吊环7为钻探机上的原有设施，用于提拉钻具5。

用于工程勘察中的钻孔深度采集，通过吊环7提拉钻杆，操作方便；通过激光测距仪6测量钻机轨杆2的上部相对于吊环7的高度，即可视为钻机轨杆2上部相对于钻具5顶部的高度。

进一步的，所述吊环7上设有第一反光板8，第一反光板8的上表面为反光面，所述激光测距仪6的探测端正对第一反光板8，并可用于测量钻机轨杆2的上部相对于第一反光板8的高度。

通过激光测距仪6测量钻机轨杆2的上部相对于第一反光板8的高度，即可视为钻机轨杆2上部相对于钻具5顶部的高度；第一反光板8提高了灵敏度。

进一步的，如图1、4所示：所述钻具5下端的钻头9部位设有电磁触发件10，所述钻探平台1下部设有触发螺线圈11，触发螺线圈11围绕钻具5布置且可用于感应电磁触发件10并产生电流，触发螺线圈11与激光测距仪6电连接并可用于触发激光测距仪6工作。

注：现实中，钻具5包括若干根钻杆，其最下一根为岩心管，钻头9与电磁触发件10即设于岩心管下端。提拉岩心管是最后一次提拉动作，提拉后不需要再做卡，因此在技术上存在数据造假的可能。

用于工程勘察中的钻孔深度采集，钻具5的最后一根岩心管提拉出井孔时，电磁触发件10经过触发螺线圈11产生电流，电流触发激光测距仪6工作，从而开始测量岩心管顶部与激光测距仪6的距离，便于自动获取最后一个关键数据，从而可通过计算获得钻入深度，从技术上杜绝了数据造假的可能。

进一步的，所述电磁触发件10为磁体块，磁体块通过螺纹连接在钻具5的下端。

磁体块通过触发螺线圈11时产生电磁感应，便于使触发螺线圈11产生电流；通过螺纹连接在钻具5的下端，安装方便，且结构稳固。

进一步的，如图1所示：还包括可用于将钻具5卡接在钻探平台1上的卡钳12，卡钳12上设有触发开关13，触发开关13通过蓝牙模块信号连接激光测距仪6。

注：卡钳12是钻探机上用于做卡的原有设施。

在提拉一根钻杆后，采用卡钳12对下一根钻杆做卡，使之固定在钻探平台1上，便于司钻员按压触发开关13来触发激光测距仪6工作，从而获得激光测距仪6与钻杆顶部的距离，操作方便。

进一步的，所述卡钳12上设有可用于将自身挂在钻机轨杆2上的挂钩14。

便于在无需做卡时将卡钳12挂在钻机轨杆2上，方便取用及管理，避免遗失。

进一步的，如图1、4所示：所述钻探平台1的上表面还围绕钻具5布置有第二反光板15，所述激光测距仪6可用于测量自身相对于第二反光板15的高度。

工程勘察中的钻孔深度采集时，钻探平台1的上表面为做卡位置，激光测距仪6设于钻机轨杆2上，便于在做卡时测量自身与钻杆顶部的距离h21；原位测试中的钻杆沉入深度自动采集时，激光测距仪6设于钻具5上部，第二反光板15便于提高激光测距仪6的灵敏性。

进一步的，如图2所示：所述激光测距仪6设于钻具5的上部，并可用于测量钻具5上部相对于钻探平台1的高度；所述钻具5的上部还设有接近传感器16，接近传感器16的探测端朝上布置并可用于感应并记录标贯锤4的靠近次数。

用于原位测试中的钻杆沉入深度自动采集，标贯锤4每贯入一次，激光传感器记录一次深度，同时接近传感器16记录贯入的次数，便于使接收仪器根据贯入的次数和每次贯入的深度自动计算标贯/动探数据，操作方便，采集的数据准确性高。

进一步的，所述钻具5的上部还设有安装架17，安装架17的两端沿钻具5的相对两侧水平伸出，所述激光测距仪6与所述接近传感器16分别设于安装架17的两端。

使激光测距仪6与接近传感器16的重力相互平衡，同时，增大激光测距仪6与接近传感器16的安装范围，使接近传感器16避开标贯锤4固定于钻具5上的承台18部分，使激光测距仪6避开井口并正对钻探平台1的上表面的第二反光板15。

在本发明的描述中，需要理解的是，如果出现了指示方位、方向或位置关系的描述用语，例如：“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，在本说明书中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，仅是为了方便理解本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的部分、元件或整体必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，如果出现了次序描述用语，例如：“第一”、“第二”等，在本说明书中的用途是为了便于理解或简化描述，例如，为了区分多个具有相同类型或功能的技术特征，而又不得不单独提及时，本说明书可能采用前缀或后缀次序描述用语的方式将其区分。因此，不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，如果采用了结构相对作用关系描述用语，例如：“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，除非另有明确的规定和限定，否则应做广义的理解。例如，“安装”、“相连”、“连接”等，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系；“固定”可以是形成一体的固定，也可以是通过紧固件可拆卸的固定；可以是直接固定，也可以是通过中间媒介固定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况、所处的语境、前后文的文意连贯性等理解上述描述用语在本发明中的具体含义。

在本发明中，如果出现了含有附属或连接含义的描述用语，例如，第一特征在第二特征“上”或“下，除非另有明确的规定和限定，否则不应做限定性的理解，例如，“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，也可以是第一特征和第二特征通过中间媒介间接接触。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况、所处的语境、前后文的文意连贯性等理解上述描述用语在本发明中的具体含义。

进而，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述，并不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例、示例以及不同实施例、示例的特征进行结合和组合，这些结合或组合都应归入本发明所概括的范围之内。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在其公开渠道可以获得的信息范围内，结合本申请文件所给出的技术启示，可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种工程勘察钻孔深度及原位测试信息自动采集系统，其特征在于：包括钻探平台(1)，所述钻探平台(1)上设有钻机轨杆(2)，所述钻机轨杆(2)的顶部设有可用于提拉钻具(5)或标贯锤(4)的牵引器(3)；所述钻机轨杆(2)的上部或钻具(5)的上部设有激光测距仪(6)，所述激光测距仪(6)的探测端朝下布置，并可用于测量钻机轨杆(2)上部相对于钻具(5)顶部的高度或测量钻具(5)上部相对于钻探平台(1)的高度。

2.根据权利要求1所述的工程勘察钻孔深度及原位测试信息自动采集系统，其特征在于：所述牵引器(3)下方通过索具吊有可用于扣接钻具(5)的吊环(7)，所述激光测距仪(6)设于钻机轨杆(2)的上部，并可用于测量钻机轨杆(2)的上部相对于钻具(5)顶部的高度。

3.根据权利要求2所述的工程勘察钻孔深度及原位测试信息自动采集系统，其特征在于：所述吊环(7)上设有第一反光板(8)，第一反光板(8)的上表面为反光面，所述激光测距仪(6)的探测端正对第一反光板(8)，并可用于测量钻机轨杆(2)的上部相对于第一反光板(8)的高度。

4.根据权利要求2所述的工程勘察钻孔深度及原位测试信息自动采集系统，其特征在于：所述钻具(5)下端的钻头(9)部位设有电磁触发件(10)，所述钻探平台(1)下部设有触发螺线圈(11)，触发螺线圈(11)围绕钻具(5)布置且可用于感应电磁触发件(10)并产生电流，触发螺线圈(11)与激光测距仪(6)电连接并可用于触发激光测距仪(6)工作。

5.根据权利要求4所述的工程勘察钻孔深度及原位测试信息自动采集系统，其特征在于：所述电磁触发件(10)为磁体块，磁体块通过螺纹连接在钻具(5)的下端。

6.根据权利要求2所述的工程勘察钻孔深度及原位测试信息自动采集系统，其特征在于：还包括可用于将钻具(5)卡接在钻探平台(1)上的卡钳(12)，卡钳(12)上设有触发开关(13)，触发开关(13)通过蓝牙模块信号连接激光测距仪(6)。

7.根据权利要求6所述的工程勘察钻孔深度及原位测试信息自动采集系统，其特征在于：所述卡钳(12)上设有可用于将自身挂在钻机轨杆(2)上的挂钩(14)。

8.根据权利要求1所述的工程勘察钻孔深度及原位测试信息自动采集系统，其特征在于：所述钻探平台(1)的上表面还围绕钻具(5)布置有第二反光板(15)，所述激光测距仪(6)可用于测量自身相对于第二反光板(15)的高度。

9.根据权利要求1所述的工程勘察钻孔深度及原位测试信息自动采集系统，其特征在于：所述激光测距仪(6)设于钻具(5)的上部，并可用于测量钻具(5)上部相对于钻探平台(1)的高度；所述钻具(5)的上部还设有接近传感器(16)，接近传感器(16)的探测端朝上布置并可用于感应并记录标贯锤(4)的靠近次数。

10.根据权利要求9所述的工程勘察钻孔深度及原位测试信息自动采集系统，其特征在于：所述钻具(5)的上部还设有安装架(17)，安装架(17)的两端沿钻具(5)的相对两侧水平伸出，所述激光测距仪(6)与所述接近传感器(16)分别设于安装架(17)的两端。