CN205580778U - 一种人工冻土钻探装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种人工冻土钻探装置，其特征是，包括手柄、连接杆、取样内筒、连接环和外筒；所述连接杆的上端连接手柄，下端穿过外筒连接取样内筒的上端；所述取样内筒由轴向对称的两个半合管组成；所述取样内筒的上端封闭，下端开口，外侧表面布设螺旋线；所述取样内筒的下端连接有连接环，连接环的下端低于取样内筒的下端；所述连接环的下端内壁上内嵌有电热圈，电热圈不与取样内筒接触；所述连接环的下端设置有钻头。本实用新型所达到的有益效果：本装置重量轻，装置各部分可拆卸与组装，方便携带；可控制钻取深度，满足科研需求；螺旋线与钻头可加热，能够钻取坚硬冻土层，避免卡钻，防止损害装置；提高取得完整冻土土柱的成功率。

Description

一种人工冻土钻探装置

技术领域

本实用新型涉及一种人工冻土钻探装置，属于采样设备技术领域。

背景技术

我国多年冻土广泛分布在青藏高原、西北高山和东北地区，这些地区自然地形条件、交通设施以及生存生活条件较为不利，而季节性冻土几乎在全国都有分布。冻土的存在和发展，给我国经济社会发展带来巨大影响。目前我国在冻土科学研究方面的需求日益殷切，冻土中地下冰、土壤组成的研究将对于冻土区的基础设施的建设、土地资源利用、环境生态保护等方面提供重要参考价值。

冻土结构较为复杂，其中含有大量的地下冰成分，其冻融过程及分布特性对于地区的土地工程建设具有重大影响，因而，钻取完整的、高质量的冻土样品能够推动冻土工程的科研发展。

当前，我国在研制冻土取样设备方面的工作开展较少，主要集中于中国科学院寒区旱区环境与工程研究所、青藏高原研究所等自制的野外冻土钻具。这些自制的冻土钻具分为人力型和动力型，人力型结构简单，人工操作方便；动力型效率高，可取得数十米的冻土土柱，一定程度上能够适合野外工作的需求。但是，现有的冻土钻具并不适用于位于青藏高原东北部的三江源区，原因有以下两方面：第一，该区域属于多年冻土、季节冻土交错分布地区，野外环境恶劣，冻土埋藏条件复杂，难以使用大型动力进行钻探；第二，该地区气候条件复杂，地面以下垂向温度变化剧烈，钻取时存在地下冰反复冻融现象，钻取时容易破坏冻土土柱结构，并且，渗出的水再结冰会导致卡钻现象，拔出钻头十分困难，常常会对钻具造成损伤。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种人工冻土钻探装置，操作便捷，易于钻取完整冻土土柱，能够有效避免卡钻现象。

为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：

一种人工冻土钻探装置，其特征是，包括手柄、连接杆、取样内筒、连接环和外筒；所述连接杆的上端连接手柄，下端穿过外筒连接取样内筒的上端；所述连接杆上均匀设置有刻度；所述取样内筒由轴向对称的两个半合管组成；所述取样内筒的上端封闭，下端开口，外侧表面布设螺旋线；所述螺旋线内设置有螺旋式电热丝；所述取样内筒的下端连接有连接环，连接环的下端低于取样内筒的下端；所述连接环的下端内壁上内嵌有电热圈，电热圈不与取样内筒接触；所述连接环的下端设置有钻头；所述连接环的内径、钻头下缘的内径均等于取样外筒的外径，外筒内径大于取样内筒的外径，外筒的长度大于取样内筒的长度。

前述的一种人工冻土钻探装置，其特征是，所述手柄上开有螺丝孔，连接杆的端部设置有与所述螺丝孔相匹配的十字螺丝；所述手柄采用不锈钢。

前述的一种人工冻土钻探装置，其特征是，所述连接环下端露出取样内筒的下端5cm。

前述的一种人工冻土钻探装置，其特征是，所述钻头采用环形刀刃口。

前述的一种人工冻土钻探装置，其特征是，所述取样内筒的内壁上设置有隔热层。

前述的一种人工冻土钻探装置，其特征是，所述电热圈与螺旋式电热丝串联。

前述的一种人工冻土钻探装置，其特征是，所述外筒的内径大于取样内筒外径与螺旋线凸起高度的总和。

前述的一种人工冻土钻探装置，其特征是，所述外筒下端设置为环形入土削口，外筒下缘的内径小于外筒的内径。

本实用新型所达到的有益效果：本装置重量轻，装置各部分可拆卸与组装，方便携带；可控制钻取深度，满足科研需求；螺旋线与钻头可加热，能够钻取坚硬冻土层，避免卡钻，防止损害装置；提高取得完整冻土土柱的成功率。

附图说明

图1是本装置的结构示意图；

图2是连接环的截面结构示意图。

图中附图标记的含义：

1-手柄，2-连接杆，3-刻度，4-取样内筒，5-螺旋线，6-螺旋式电热丝，7-连接环，8-电热圈，9-钻头，10-外筒。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

图1为本装置的示意图，由手柄1、连接杆2、取样内筒4、连接环7、钻头9和外筒10组成。

手柄1中端开有螺丝孔，用于插入连接杆2上端带有的十字螺丝。手柄1由不锈钢管制成，中端上开有插入连接杆2的螺丝孔，外部套有耐磨橡胶。

连接杆2与取样内筒4上端中心直接相连。连接杆2由不锈钢空管制成，刻度3电镀于连接杆2表面。

取样内筒4由轴向对称的两个不锈钢半合管组成，上端封闭，下端开口，外侧表面布设螺旋线5。取样内筒4的内壁设置有隔热层，本实施例中采用隔热性能好的陶瓷，经抛光处理。取样内筒4内壁填充的隔热陶瓷材料，在外部加热时，取样内筒4内钻取的冻土土样将不受热量交换影响，可有效避免融化，保证取得完整的冻土土柱。

螺旋线5内芯填充为螺旋式电热丝6。螺旋线5由高硬度紫铜材料制成，为中空结构，外表面锋利光滑，具有耐磨，热传导好，抗挤压强度高的特点。螺旋式电热丝6填充在螺旋线内芯处，且螺旋式电热丝6上端可连接导线，导线穿过连接杆2内部与外界电源连接。

取样内筒4下端外侧套有连接环7，内径等于取样内筒4外径，连接环7下端露出取样内筒4的下沿约5cm左右。连接环7下端布置钻头9，钻头9为环形刀刃口。连接环7由高硬度紫铜制成。连接环7下端内壁嵌有电热圈8，且不与上方的取样内筒4下端接触，电热圈8通过内置导线与螺旋式电热丝6连接串联。

钻头9由不锈钢环型刀刃制成，且与连接环7下端相接，钻头9下缘锋利，下缘内径等于取样内筒4内径。

外筒10由不锈钢管制成，其内径略大于套筒4外径、螺旋线5凸起高度之和，外筒10长度大于取样内筒4长度，外筒10内壁填充耐磨性能较好的硬橡胶，外筒10下端设置为环形入土削口，下缘略微收紧，内径小于外筒10内径。

使用时，将本装置中的外筒10垂直插入于待采冻土层表面，同时将连接杆2、取样内筒4、连接环7、钻头9一体自上而下垂直放置于外筒10内，将手柄1对准并旋转插入连接杆2上的十字螺丝并固定。

向下用力旋转手柄1开始取样，并通过连接杆2上的刻度3的读数控制钻探深度。

取样完成后，反向旋转手柄1，将取样内筒4钻出地面，由于冻土易于冻胀的特性，此时冻土土样已嵌入取样内筒4中。打开取样内筒4的两个半合管，取出样品。

若钻取的冻土地面较为坚硬或遇钻取时水分反复冻融而导致的卡钻现象，将螺旋式电热丝6的上端导线与外部电源连接，通电。此时螺旋式电热丝6、电热圈8将产生热量并迅速将热量传递至螺旋线5、连接环8、钻头9上，使得与螺旋线5、连接环7、钻头9接触的冰融化，避免钻头卡死，此时可快速旋转手柄1，钻取出待取样品。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种人工冻土钻探装置，其特征是，包括手柄、连接杆、取样内筒、连接环和外筒；

所述连接杆的上端连接手柄，下端穿过外筒连接取样内筒的上端；所述连接杆上均匀设置有刻度；

所述取样内筒由轴向对称的两个半合管组成；所述取样内筒的上端封闭，下端开口，外侧表面布设螺旋线；所述螺旋线内设置有螺旋式电热丝；

所述取样内筒的下端连接有连接环，连接环的下端低于取样内筒的下端；所述连接环的下端内壁上内嵌有电热圈，电热圈不与取样内筒接触；

所述连接环的下端设置有钻头；

所述连接环的内径、钻头下缘的内径均等于取样外筒的外径，外筒内径大于取样内筒的外径，外筒的长度大于取样内筒的长度。

2.根据权利要求1所述的一种人工冻土钻探装置，其特征是，所述手柄上开有螺丝孔，连接杆的端部设置有与所述螺丝孔相匹配的十字螺丝；所述手柄采用不锈钢。

3.根据权利要求1所述的一种人工冻土钻探装置，其特征是，所述连接环下端露出取样内筒的下端5cm。

4.根据权利要求1所述的一种人工冻土钻探装置，其特征是，所述钻头采用环形刀刃口。

5.根据权利要求1所述的一种人工冻土钻探装置，其特征是，所述取样内筒的内壁上设置有隔热层。

6.根据权利要求1所述的一种人工冻土钻探装置，其特征是，所述电热圈与螺旋式电热丝串联。

7.根据权利要求1所述的一种人工冻土钻探装置，其特征是，所述外筒的内径大于取样内筒外径与螺旋线凸起高度的总和。

8.根据权利要求1所述的一种人工冻土钻探装置，其特征是，所述外筒下端设置为环形入土削口，外筒下缘的内径小于外筒的内径。