CN117988752A - 一种复杂地质用快速成孔旋挖装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复杂地质用快速成孔旋挖装置，包括支撑平台，所述支撑平台上沿竖向活动设有钻探装置，钻探装置上设有取样筒，取样筒侧壁设有取样口，取样筒下端设有钻头，支撑平台上设有钻探装置运动的驱动装置，取样筒内部为中空状，取样筒内设有与钻头顶部连接的连接筒，连接筒与取样筒之间形成样品腔，连接筒的侧壁为双层壁，双层壁之间形成有过水流道，钻头内设有多个与过水流道接通的出水流道，钻头中部设有滑动腔，滑动腔内滑动设有芯杆，芯杆上部位于连接筒内，芯杆下端延伸至钻头下端，钻头内设有与滑动腔接通的燃气流道，钻头内还嵌入有点火件。本发明无需经常更换钻头，节约勘探成本，降低人工钻探的劳动强度，提高地质勘探的效率。

Description

一种复杂地质用快速成孔旋挖装置

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域，具体涉及一种复杂地质用快速成孔旋挖装置。

背景技术

地质勘探是依据先进的地质科学理论，在占有大量野外地质观察和搜集整理有关地质资料的基础上，采用地质测量、物化探、钻坑探工程等综合地质手段和方法，取得可靠的地质信息资料；包括查明矿产储量、矿石质量、采选取冶加工条件和矿床技术经济评价，从而为矿山设计建设提供依据。

地质勘探离不开钻孔取样，在大多数地质取样的过程中；通过地质勘探装置上的钻头先向地面以下钻进，然后通过取样筒进行取样，由于地面以下是无法清晰的看到，在一些地质成分复杂的区域，钻头在钻进过程中经常遇到坚硬的岩石层，此时，继续钻进会给钻头带来较大的磨损或者损坏，目前的解决办法是频繁的更换钻头，而频繁更换钻头也较为麻烦，勘探成本增高，同时导致成孔效率也较低，人工劳动强度增大，因此，亟需一种复杂地质用快速成孔旋挖装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复杂地质用快速成孔旋挖装置，在长期的地质勘探工作中，对坚硬的岩石层钻进后，无需经常更换钻头，节约勘探成本，降低人工钻探的劳动强度，提高地质勘探的效率。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下方案：

一种复杂地质用快速成孔旋挖装置，包括支撑平台，所述支撑平台上沿竖向活动设有钻探装置，钻探装置上设有取样筒，取样筒侧壁设有取样口，取样筒下端设有钻头，支撑平台上设有钻探装置运动的驱动装置，取样筒内部为中空状，取样筒内设有与钻头顶部连接的连接筒，连接筒与取样筒之间形成样品腔，连接筒的侧壁为双层壁，双层壁之间形成有过水流道，钻头内设有多个与过水流道接通的出水流道，钻头中部设有滑动腔，滑动腔内滑动设有芯杆，芯杆上部位于连接筒内，芯杆下端延伸至钻头下端，钻头内设有与滑动腔接通的燃气流道，钻头内还嵌入有点火件。

由于采用上述技术方案，钻探装置设置于支撑平台上，驱动装置可以驱动钻探装置运动并进行钻探，通过取样口将样品带入到取样筒的样品腔内，在钻探装置钻进的过程中，若钻头的掘进速度大幅度降低时，从而判断处钻头是碰到坚硬的岩石层，此时如果继续强行钻进，则钻头的磨损程度加剧甚至损坏，此时，可以先将取样筒回收一定距离，停止驱动装置工作，然后要将芯杆回缩，然后向燃气管道内通入可燃气体，通过点火件点燃可燃气体，形成明火对前方的岩石进行灼烧，灼烧一端时间后，停止可燃气供给，然后通过向过水流道通入冷却水，冷却水由出水流道输送到下方被烘烤的过的岩石上，根据热胀冷缩的原理，坚硬的岩石脆性增大，甚至直接碎裂开，然后停止冷却水供给，将芯杆恢复至原位，然后再次启动驱动装置，驱动装置驱动取样杆带动钻头对脆性增大或者碎裂的岩石进行钻进，这样钻头钻进时更为容易，岩石对钻头的磨损程度大大降低，避免钻头被损坏，这样就无需经常更换钻头，节约了勘探成本，更换钻头的频率降低后，使得人工钻探过程中的劳动强度也降低，无需花费更多时间去更换钻头，有效的提高了地质勘探成孔的效率。

优选的，所述驱动装置为升降电机，升降电机固定于支撑平台上，升降电机的输出轴与取样筒顶端之间设有连接件。

优选的，所述连接件包括三根L的连接杆，三根连接杆呈环形分布，连接杆一端与取样筒侧壁固定连接，另一端与升降电机输出轴连接。

优选的，所述取样筒顶部设有盖板，盖板上设有伸缩气缸，伸缩气缸的输出端向下贯穿盖板与芯杆上端连接。

优选的，所述钻头下端为平面状，钻头内设有氧气流道，氧气流道呈环形分布在滑动腔周向，氧气流道的出口位于钻头下端面上。

优选的，所述滑动腔的尺寸与芯杆的尺寸适配，芯杆由上方的竖直部和下方的锥形部一体成型构成，锥形部下端为尖锐状，锥形部位于钻头外侧时，锥形部与竖直部交界处与钻头底端面齐平，钻进时，芯杆的锥形部位于钻头外侧，点火时，芯杆的锥形部位于滑动腔内且位于燃气流道出口上方。

优选的，所述芯杆侧壁上开设有一圈凹槽，凹槽内嵌入有密封圈。

优选的，所述出水流道靠近底部出口的内径小于出水流道的内径。

优选的，所述燃气流道的进气端连接有燃气软管，燃气软管上端设有燃气阀门。

优选的，所述氧气流道的进气端连接有氧气软管，氧气软管上端连接有氧气阀门。

本发明具有的有益效果：

1、本发明中，在钻探装置钻进的过程中，若钻头的掘进速度大幅度降低时，从而判断处钻头是碰到坚硬的岩石层，此时如果继续强行钻进，则钻头的磨损程度加剧甚至损坏，此时，可以先将取样筒回收一定距离，停止驱动装置工作，然后要将芯杆回缩，然后向燃气管道内通入可燃气体，通过点火件点燃可燃气体，形成明火对前方的岩石进行灼烧，灼烧一端时间后，停止可燃气供给，然后通过向过水流道通入冷却水，冷却水由出水流道输送到下方被烘烤的过的岩石上，根据热胀冷缩的原理，坚硬的岩石脆性增大，甚至直接碎裂开，更易于后续钻进，同时还可以对钻头进行降温，保护钻头，然后停止冷却水供给，将芯杆恢复至原位，然后再次启动驱动装置，驱动装置驱动取样杆带动钻头对脆性增大或者碎裂的岩石进行钻进，这样钻头钻进时更为容易，岩石对钻头的磨损程度大大降低，避免钻头被损坏，这样就无需经常更换钻头，节约了勘探成本，更换钻头的频率降低后，使得人工钻探过程中的劳动强度也降低，无需花费更多时间去更换钻头，有效的提高了地质勘探的效率。

2、在钻头内设有氧气流道，可以通过向氧气流道输送氧气，氧气扩散出来使得可燃气更容易点燃，同时充足的氧气可以提高可燃气燃烧的充分性，减少黑烟的产生，避免污染环境，同时可以通入高压氧气，对可燃气燃烧是产生的火焰进行吹扫，这样能提高火焰的加温能力，能快速的将岩石加热到一定温度，提高作业效率。

3、出水流道靠近底部出口的内径小于出水流道的内径，首先，该设置增加了冷却水喷出的速度，进而有利于热量更好的散去，有利于散热效果；再者，此设置使泥土砂石不易进入出水流道内，减少了泥土砂石将出水流道堵住的概率；此外泥土砂石难免进入出水流道内，故可增加水压，将泥土砂石冲出出水流道避免堵塞，为了进一步避免泥沙进入出水流道内，可以在内部嵌入滤网。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为正常钻进时钻探装置的结构示意图；

图3为对岩石加热时的钻探装置的结构示意图；

图4为钻探装置的立体结构图。

附图标记：1-驱动装置，2-支撑平台，3-连接杆，4-取样口，5-取样筒，6-样品腔，7-钻头，8-芯杆，801-竖直部，802-锥形部，9-连接筒，10-固定板，11-伸缩气缸，12-氧气阀门，13-盖板，14-氧气软管，15-取样板，16-过水流道，17-氧气流道，18-出水流道，19-点火件，20-密封圈，21-燃气流道，22-燃气软管，23-增压泵，24-燃气阀门，25-滑动腔。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作优选的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件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。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接 ，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

一种复杂地质用快速成孔旋挖装置，包括支撑平台2，所述支撑平台2上沿竖向活动设有钻探装置，钻探装置上设有取样筒5，取样筒5侧壁设有取样口4，取样筒5下端设有钻头7，支撑平台2上设有钻探装置运动的驱动装置1，取样筒5内部为中空状，取样筒5内设有与钻头7顶部连接的连接筒9，连接筒9与取样筒5之间形成样品腔6，连接筒9的侧壁为双层壁，双层壁之间形成有过水流道16，钻头7内设有多个与过水流道16接通的出水流道18，钻头7中部设有滑动腔25，滑动腔25内滑动设有芯杆8，芯杆8上部位于连接筒9内，芯杆8下端延伸至钻头7下端，钻头7内设有与滑动腔25接通的燃气流道21，钻头7内还嵌入有点火件19。

本实施例中，如图1所示，支撑平台2安装于待钻探的地面，钻探装置设置于支撑平台2上，驱动装置1可以驱动钻探装置运动并进行钻探，通过取样口4将样品带入到取样筒5的样品腔6内，取样口4沿取样筒5长度方向开设多个，取样口4边沿可以设置向外突出的 取样板15，突出的长度不易过大，取样板15倾斜朝上设置，取样板15采用烧水壶上壶口的形状，取样板15与取样筒5是一体成型，采用相同的材质制成，取样板15使得地质样品可以更为容易的进入到样品腔6内，这样可以提高取样的效率，在钻探装置钻进的过程中，若钻头7的掘进速度大幅度降低时，从而判断处钻头7是碰到坚硬的岩石层，此时如果继续强行钻进，则钻头7的磨损程度加剧甚至损坏，此时，如图3所示，可以先将取样筒5回收一定距离，停止驱动装置1工作，然后要将芯杆8回缩，然后向燃气管道内通入可燃气体，通过点火件19点燃可燃气体，形成明火对前方的岩石进行灼烧，可燃气选用乙炔，点火件19为点火器、点火棒或者点火针等现有产品，点火件19的控制端设置于取样筒5上端外部，这样便于作业人员控制点火件19对可燃气进行点火，岩石被灼烧一端时间后，停止可燃气供给，然后通过向过水流道16通入冷却水，冷却水由出水流道18输送到下方被烘烤的过的岩石上，根据热胀冷缩的原理，坚硬的岩石脆性增大，甚至直接碎裂开，然后停止冷却水供给，如图2所示，将芯杆8恢复至原位，然后再次启动驱动装置1，驱动装置1驱动取样杆带动钻头7对脆性增大或者碎裂的岩石进行钻进，这样钻头7钻进时更为容易，岩石对钻头7的磨损程度大大降低，避免钻头7被损坏，这样就无需经常更换钻头7，节约了勘探成本，更换钻头7的频率降低后，使得人工钻探过程中的劳动强度也降低，无需花费更多时间去更换钻头7，有效的提高了地质勘探的效率。

实施例

优选的，所述驱动装置1为升降电机，升降电机固定于支撑平台2上，升降电机的输出轴与取样筒5顶端之间设有连接件。

优选的，所述连接件包括三根L的连接杆3，三根连接杆3呈环形分布，连接杆3一端与取样筒5侧壁固定连接，另一端与升降电机输出轴连接。

本实施例中，驱动装置1采用升降电机，升降电机可以驱动取样通带动钻头7旋转，同时还可以带动取样筒5在竖向上下移动，从而实现掘进以及取样后的回收，升降电机通过螺栓固定于支撑平台2顶面，其输出轴朝下与取样筒5连接，为了提高对取样的连接稳固性，在输出轴与取样筒5之间设置连接件，连接件由三根L形的连接呈环形构成，三根连接杆3的夹角为120°，三根连接杆3的下端与取样筒5外壁焊接固定，上端焊接到一个圆形的固定板10上，固定板10与输出轴连接，这样升降电机带动取样筒5旋转时扭矩更大，钻进的效率更高。

实施例

优选的，所述取样筒5顶部设有盖板13，盖板13上设有伸缩气缸11，伸缩气缸11的输出端向下贯穿盖板13与芯杆8上端连接。具体的，在取样筒5顶部设置一个可开启的盖板13，盖板13与取样筒5顶端之间通过合页连接，在盖板13上安装有伸缩气缸11，伸缩气缸11的出书端与芯杆8上端连接，通过伸缩气缸11可以驱动芯杆8上下移动，实现对燃气流道21出口的封闭或者阻断，从而实现对可燃气输出的控制。盖板13上可以加设增压泵23，增压泵23的出水端与过水流道16接通，这样便能向过水流道16内输送有压冷却水，有压冷却水可以对出水流道16内部的泥沙进行冲洗，避免堵塞。

实施例

优选的，所述钻头7下端为平面状，钻头7内设有氧气流道17，氧气流道17呈环形分布在滑动腔25周向，氧气流道17的出口位于钻头7下端面上。

本实施例中，如图4所示，钻头7下端为平面状，在钻头7内部设置用于氧气通过的氧气流道17，氧气流道17呈环状分布在滑动腔25轴向，氧气流道17位于燃气流道21外侧，避免两个流道干涉，同理，氧气流道17的出气口也呈环形分布在钻头7下端面上，这样可以更好的对可燃气体燃烧的火焰进行加压吹扫，增强火焰的强度，可以更快的对岩石加温。

实施例

优选的，所述滑动腔25的尺寸与芯杆8的尺寸适配，芯杆8由上方的竖直部801和下方的锥形部802一体成型构成，锥形部802下端为尖锐状，锥形部802位于钻头7外侧时，锥形部802与竖直部801交界处与钻头7底端面齐平，钻进时，芯杆8的锥形部802位于钻头7外侧，点火时，芯杆8的锥形部802位于滑动腔25内且位于燃气流道21出口上方。

优选的，所述芯杆8侧壁上开设有一圈凹槽，凹槽内嵌入有密封圈20。具体的，在芯杆8侧壁上开设一圈凹槽，凹槽内嵌入耐高温密封圈20，密封圈20位于锥形部802上方的位置，正常钻进时，密封圈20位于燃气流道21出口下方，这样可以降低泥沙进入燃气流道21内，同时还避免钻进时可燃气渗漏到外部。

本实施例中，滑动腔25是上下贯穿整个钻头7，芯杆8的尺寸与滑动腔25的尺寸适配，芯杆8由竖直部801和锥形部802一体构成，竖直部801上端与伸缩气缸11的输出端连接，伸缩气缸11的伸缩距离可以由外部控制器精准控制，正常钻进时，锥形部802与竖直部801的交界处刚好与钻头7下端齐平，锥形部802与钻头7共同构成一个锥形钻进结构，钻进效率更高，当需要对岩石进行加热时，伸缩气缸11动作向上将芯杆8提升一定距离，使得密封圈20刚好向上超过燃气流道21出口，此时便可以向燃气流道21内通入可燃气体，可燃气体从滑动腔25内逸出到外部，密封圈20此时可以避免可燃气体沿滑动腔25向上逸出，在通过打点火件19点燃可燃气体，在氧气作用下，能迅速的燃烧，同时氧气流道17输送出具有一定压力的氧气，可以对火焰进行吹扫，提高火焰强度，能加快岩石被加温的速度，加热一定温度后，停止供氧供可燃气，出水流道18喷射出冷却水，使得岩石温度骤降，这样岩石易发生碎裂或者其脆性会被提高，更有利于钻头7的钻进，降低被磨损的程度，延长使用寿命。

实施例

优选的，所述出水流道18靠近底部出口的内径小于出水流道18的内径。

本实施例中，出水流道18靠近底部出口的内径小于出水流道18的内径，首先，该设置增加了冷却水喷出的速度，进而有利于热量更好的散去，有利于散热效果；再者，此设置使泥土砂石不易进入出水流道18内，减少了泥土砂石将出水流道18堵住的概率；此外泥土砂石难免进入出水流道18内，故可增加水压，将泥土砂石冲出出水流道18避免堵塞，为了进一步避免泥沙进入出水流道18内，可以在内部嵌入滤网。

实施例

优选的，所述燃气流道21的进气端连接有燃气软管22，燃气软管22上端设有燃气阀门24。

优选的，所述氧气流道17的进气端连接有氧气软管14，氧气软管14上端连接有氧气阀门12。

本实施例中，燃气流道21、氧气流道17的上端分别连接有燃气软管22、氧气软管14，燃气软管22上端向上延伸贯穿盖板13，盖板13上设有燃气阀门24，燃气软管22与燃气阀门24连接，燃气阀门24用于控制燃气的通断，同时燃气阀门24的进气端可以连接装有可燃气的气瓶（图中未标出），气瓶通过管路与燃气阀门24实现可拆卸连接，可拆用常用的减压阀实现，同理，所有氧气流道17均连接到一根氧气软管14上，氧气软管14上端向上延伸贯穿盖板13，盖板13上设有氧气阀门12，氧气软管14与氧气阀门12连接，氧气阀门12用于控制氧气的通断，同时氧气阀门12的进气端可以连接装有氧气的气瓶（图中未标出），气瓶通过管路与氧气阀门12实现可拆卸连接，可拆用常用的减压阀实现。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复杂地质用快速成孔旋挖装置，包括支撑平台（2），其特征在于，所述支撑平台（2）上沿竖向活动设有钻探装置，钻探装置上设有取样筒（5），取样筒（5）侧壁设有取样口（4），取样筒（5）下端设有钻头（7），支撑平台（2）上设有钻探装置运动的驱动装置（1），取样筒（5）内部为中空状，取样筒（5）内设有与钻头（7）顶部连接的连接筒（9），连接筒（9）与取样筒（5）之间形成样品腔（6），连接筒（9）的侧壁为双层壁，双层壁之间形成有过水流道（16），钻头（7）内设有多个与过水流道（16）接通的出水流道（18），钻头（7）中部设有滑动腔（25），滑动腔（25）内滑动设有芯杆（8），芯杆（8）上部位于连接筒（9）内，芯杆（8）下端延伸至钻头（7）下端，钻头（7）内设有与滑动腔（25）接通的燃气流道（21），钻头（7）内还嵌入有点火件（19）。

2.根据权利要求1所述的一种复杂地质用快速成孔旋挖装置，其特征在于，所述驱动装置（1）为升降电机，升降电机固定于支撑平台（2）上，升降电机的输出轴与取样筒（5）顶端之间设有连接件。

3.根据权利要求2所述的一种复杂地质用快速成孔旋挖装置，其特征在于，所述连接件包括三根L的连接杆（3），三根连接杆（3）呈环形分布，连接杆（3）一端与取样筒（5）侧壁固定连接，另一端与升降电机输出轴连接。

4.根据权利要求1所述的一种复杂地质用快速成孔旋挖装置，其特征在于，所述取样筒（5）顶部设有盖板（13），盖板（13）上设有伸缩气缸（11），伸缩气缸（11）的输出端向下贯穿盖板（13）与芯杆（8）上端连接。

5.根据权利要求1所述的一种复杂地质用快速成孔旋挖装置，其特征在于，所述钻头（7）下端为平面状，钻头（7）内设有氧气流道（17），氧气流道（17）呈环形分布在滑动腔（25）周向，氧气流道（17）的出口位于钻头（7）下端面上。

6.根据权利要求1所述的一种复杂地质用快速成孔旋挖装置，其特征在于，所述滑动腔（25）的尺寸与芯杆（8）的尺寸适配，芯杆（8）由上方的竖直部（801）和下方的锥形部（802）一体成型构成，锥形部（802）下端为尖锐状，锥形部（802）位于钻头（7）外侧时，锥形部（802）与竖直部（801）交界处与钻头（7）底端面齐平，钻进时，芯杆（8）的锥形部（802）位于钻头（7）外侧，点火时，芯杆（8）的锥形部（802）位于滑动腔（25）内且位于燃气流道（21）出口上方。

7.根据权利要求6所述的一种复杂地质用快速成孔旋挖装置，其特征在于，所述芯杆（8）侧壁上开设有一圈凹槽，凹槽内嵌入有密封圈（20）。

8.根据权利要求1所述的一种复杂地质用快速成孔旋挖装置，其特征在于，所述出水流道（18）靠近底部出口的内径小于出水流道（18）的内径。

9.根据权利要求1所述的一种复杂地质用快速成孔旋挖装置，其特征在于，所述燃气流道（21）的进气端连接有燃气软管（22），燃气软管（22）上端设有燃气阀门（24）。

10.根据权利要求5所述的一种复杂地质用快速成孔旋挖装置，其特征在于，所述氧气流道（17）的进气端连接有氧气软管（14），氧气软管（14）上端连接有氧气阀门（12）。