CN213869722U

CN213869722U - 一种水平地质取芯钻机

Info

Publication number: CN213869722U
Application number: CN202023066795.6U
Authority: CN
Inventors: 万步炎; 金永平; 彭奋飞; 王佳亮; 刘欢
Original assignee: Hunan University of Science and Technology
Current assignee: Hunan University of Science and Technology
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2021-08-03
Anticipated expiration: 2030-12-18

Abstract

本实用新型公开了一种水平地质取芯钻机，包括支撑架、钢管、直管机构、送管机构、冲洗水泵、动力头、钻杆、旋转卡盘、夹持器、岩芯管、打捞器及推进油缸；直管机构、送管机构、旋转卡盘、夹持器从左至右依次固定在支撑架上；推进油缸一端与支撑架铰接，另一端与动力头连接；动力头的主动钻杆连接钻杆，能驱动钻杆转动；所述钢管两端均设有外螺纹，多根钢管通过螺母依次连接形成一条钢管串；钢管串绕在钢管存储架上，钢管串一端与钻杆内的打捞器连接；打捞器的打捞头与岩芯管的捞矛头连接。本实用新型通过一次往返即可实现“投送岩芯管”与“打捞岩芯管”的作业效果，能极大地缩短辅助作业时间，本实用新型还具有结构简单紧凑、操控方便的优点。

Description

一种水平地质取芯钻机

技术领域

本实用新型属于钻孔设备技术领域，尤其是涉及一种水平地质取芯钻机。

背景技术

随着我国经济建设的快速发展，对地下资源的利用以及地下工程的大规模建设需求不断增加。为了获取地下资源分布情况以及地下工程地质情况，对地下资源以及地下工程地质进行勘探是必不可少的。水平钻机作为一种常用的工程地质勘探设备在地质勘探中发挥了重要作用。

现有钢绞线水平绳索取芯钻机一个完整的投送和打捞一根岩芯管作业过程包括以下步骤：（1）脱开导向管与钻杆之间的螺母；（2）放入岩芯管；（3）将钢绞线头部的打捞器与岩芯管的捞矛头连接；（4）钢绞线投送机构将岩芯管投送至钻具底部取芯位置；（5）将钢绞线头部的打捞器与岩芯管的捞矛头脱开，并回收钢绞线和打捞器；（6）再接上动力头实现钻进（7）回次钻进结束后，利用投送器将打捞器送入钻杆底部与岩芯管的捞矛头连接将岩芯管提出钻孔，再脱开打捞器。现有的钢绞线水平绳索取芯钻机能够满足短距离以及辅助作业时间较短的取芯作业需求，但是存在以下问题：现有钢绞线水平绳索取芯钻机的一个完整投送和打捞一根岩芯管作业过程，至少需要操控钢绞线输出2次和回收2次，并且打捞器需要与捞矛头对接2次和脱开2次，其辅助作业时间较长。随着取芯深度的加大，特别是当取芯深度达到数百米和数千米后，其辅助作业时间将变得非常长，严重制约了整个钻探取芯的作业效率。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单紧凑、操控方便，钻进作业效率高，可大幅度缩短作业时间的水平地质取芯钻机。

本实用新型采用的技术方案是：一种水平地质取芯钻机，包括支撑架、钢管、直管机构、送管机构、冲洗水泵、动力头、钻杆、岩芯管、打捞器及推进油缸；所述直管机构和送管机构固定在支撑架上；推进油缸一端与支撑架铰接，另一端通过连接块与动力头连接，动力头置于支撑架上的滑轨上，推进油缸的活塞杆伸缩能带动动力头在滑轨上移动；动力头的主动钻杆连接钻杆，能驱动钻杆转动；所述钢管两端均设有外螺纹，多根钢管通过螺母依次连接形成一条钢管串；钢管串绕在钢管存储架上，钢管串一端穿过直管机构、送管机构、密封接头与钻杆内的打捞器连接；密封接头安装在动力头上，密封接头连通主动钻杆的内腔；打捞器的打捞头与岩芯管的捞矛头连接；冲洗水泵的出水口通过旋转给水装置与主动钻杆内腔连通，旋转给水装置设置在动力头上。

上述的水平地质取芯钻机中，所述直管机构包括多组滚动轮，多组滚动轮固定安装在支撑架上，每组滚动轮包括两个滚动轮，两个滚动轮的轴线位于一竖直平面内，多组滚动轮轴线所在的平面平行。

上述的水平地质取芯钻机中，所述送管机构包括箱体、上摩擦轮和下摩擦轮，上摩擦轮和下摩擦轮固定安装在箱体内，上摩擦轮和下摩擦轮轴线平行，且上摩擦轮和下摩擦轮轴线位于一竖直平面内，该竖直平面与每组滚动轮的轴线所在的竖直平面平行；箱体上设有供钢管串通过的通孔，下摩擦轮的轮轴通过减速器与马达连接。

上述的水平地质取芯钻机中，还包括旋转卡盘、夹持器，旋转卡盘、夹持器设置在支撑架上，位于支撑架靠近钻孔的一端；夹持器夹持钻杆，旋转卡盘用于实现钻杆与主动钻杆连接。

上述的水平地质取芯钻机中，钢管串中，同一螺母连接的两个钢管的连接端的螺纹旋向相反，螺母两端的螺纹旋向相反。

上述的水平地质取芯钻机中，所述的动力头包括马达、减速箱、传动轴及主动钻杆；所述的马达安装在减速箱上，马达的输出轴位于减速箱内；马达的输出轴上安装有主动齿轮；所述的传动轴安装在减速箱内，传动轴上设有从动齿轮I、从动齿轮Ⅱ，所述的主动钻杆安装在减速箱上，主动钻杆上安装有从动齿轮Ⅲ；主动齿轮与从动齿轮I啮合，从动齿轮Ⅱ与从动齿轮Ⅲ啮合；马达的输出轴的轴线与传动轴及主动钻杆平行；所述的主动钻杆伸出减速箱的一端设有螺纹。

上述的水平地质取芯钻机中，密封接头直径大于钢管直径，密封接头内设有密封圈。

上述的水平地质取芯钻机中，所述夹持器包括油缸I、油缸Ⅱ、两卡瓦组件、夹持器顶板、夹持器底板、两夹持器侧板；所述的夹持器顶板、夹持器底板和两夹持器侧板围成方形筒状结构，方形筒状结构安装在支撑架上；所述的夹持器顶板和夹持器底板上分别设有供钻杆通过钻杆孔，两钻杆孔同轴；所述的两卡瓦组件分别位于钻杆孔的两侧，两卡瓦组件的卡瓦相对设置；所述的油缸I、油缸Ⅱ安装在支撑架上，位于方形筒状结构的两端处，油缸I、油缸Ⅱ的活塞杆相对设置，油缸I、油缸Ⅱ的活塞杆分别与两卡瓦组件连接。

上述的水平地质取芯钻机中，所述的旋转卡盘包括油马达、齿轮箱、传动轴Ⅰ、传动轴Ⅱ、护筒、旋转分油筒、固定分油筒、卡瓦组件及对中器；所述油马达安装在齿轮箱上，油马达的输出轴位于齿轮箱内；油马达的输出轴上安装有主动齿轮Ⅱ；所述传动轴Ⅰ安装在减速箱内，传动轴Ⅰ、传动轴Ⅱ安装在齿轮箱内，传动轴Ⅰ上设有从动齿轮Ⅳ、从动齿轮Ⅴ；所述传动轴Ⅱ安装在减速箱内，传动轴Ⅱ上设有从动齿轮Ⅵ、从动齿轮Ⅶ；所述的固定分油筒安装在齿轮箱底板上，固定分油筒侧面上设有环形油槽，固定分油筒套在旋转分油筒内；所述的旋转分油筒上安装有从动齿轮Ⅷ；主动齿轮Ⅱ与从动齿轮Ⅳ啮合，从动齿轮Ⅴ与从动齿轮Ⅵ啮合；从动齿轮Ⅶ与从动齿轮Ⅷ啮合；所述油马达的输出轴与传动轴、传动轴、固定分油筒的轴线平行，且位于同一平面内；所述护筒通过螺栓与齿轮箱连接；所述卡瓦组件位于护筒内且与旋转分油筒连接；所述对中器安装在护筒上；所述的齿轮箱固定安装在支撑架上，固定分油筒与钻杆同轴。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用流体介质压力以及钢管串的顶推输送实现水平钻机的钻具输送与回收，同时钢管串中的钢管两端均设有外螺纹，多根钢管通过螺母依次首尾连接便于拆卸与组装，能够快速、有效地实现钻具投送至预定位置，回收时利用具备安全脱卡功能的打捞机构将钻具快速、安全、有效地回收至孔口。具体实施：钢管串穿过密封接头与打捞器连接，密封接头处装有螺母可实现动力头与钢管串之间地分离，当岩芯管释放到位后，分离动力头与钢管串，此时动力头由油缸推动实现钻进过程，回次结束后将钢管串从钢管储存架上牵拉至主动钻杆的密封接头内组装，再通过推进油缸将动力头与岩芯管一起提携至初始位置，从而实现一次往返即可达到迅速、有效地实现钻具的投送与回收。本实用新型还具有结构简单紧凑、操控方便等优点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的动力头剖面示意图。

图3是本实用新型的夹持器的主视图。

图4是图3中B-B剖视图。

图5是本实用新型的旋转卡盘的剖视图。

图6是本实用新型的钻进示意图。

图7是本实用新型的打捞岩芯管示意图。

图中：1-钢管存储架，2-钢管，3-螺母，4-直管机构，5-送管机构，6-冲洗水泵，7-水管，8-马达，9-动力头，10-密封头，11-旋转给水装置，12-主动钻杆，13-打捞器，14-岩芯管，15-旋转卡盘，16-夹持器，17-钻杆，18-钻具，19-支撑架，20-推进油缸，21-连接块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示,本实用新型包括钢管存储架1、钢管2、螺母3、直管机构4、送管机构5、冲洗水泵6、水管7、马达8、动力头9、密封接头10、旋转给水装置11、主动钻杆12、打捞器13、岩芯管14、旋转卡盘15、夹持器16、钻杆17、钻具18、支撑架19、推进油缸20及连接块21。所述直管机构4、送管机构5、旋转卡盘15、夹持器16从左至右依次固定在支撑架19上，支撑架19的右端靠近钻孔设置。推进油缸20一端与支撑架19铰接，另一端通过连接块21与动力头9连接，动力头9置于支撑架19上的滑轨上，推进油缸20的活塞杆伸缩能带动动力头9在滑轨上前后移动。

如图2所示，所述的动力头9包括马达8、减速箱901、传动轴903及主动钻杆12；所述的马达8安装在减速箱901上，马达的输出轴801位于减速箱内；马达8的输出轴801上安装有主动齿轮902；所述的传动轴903安装在减速箱901内，传动轴903上设有从动齿轮I、从动齿轮Ⅱ，所述的主动钻杆12安装在减速箱上，主动钻杆上安装有从动齿轮Ⅲ；主动齿轮902与从动齿轮I啮合，从动齿轮Ⅱ与从动齿轮Ⅲ啮合；马达8的输出轴801的轴线与传动轴903及主动钻杆12平行；所述的主动钻杆12伸出减速箱901的一端设有螺纹，与钻杆17连接。夹持器16夹持钻杆17，实现钻杆17的导向。

如图3、4所示，所述夹持器包括油缸I1601、油缸Ⅱ1604、卡瓦组件1603、夹持器顶板1605、夹持器底板1602及两个夹持器侧板1607；所述的夹持器顶板1605、夹持器底板1602和两夹持器侧板1607通过螺栓1608连接，围成方形筒状结构，方形筒状结构安装在支撑架19上。所述的夹持器顶板1605和夹持器底板1602上分别设有供钻杆通过钻杆孔，两钻杆孔同轴。所述的两卡瓦组件1603分别位于钻杆孔的两侧，两卡瓦组件的卡瓦相对设置；所述的油缸I、油缸Ⅱ安装在支撑架上，位于方形筒状结构的两端处，油缸I1601、油缸Ⅱ1604的活塞杆相对设置，油缸I1601、油缸Ⅱ1604的活塞杆分别与两卡瓦组件1603连接。油缸I1601、油缸Ⅱ1604推动两卡瓦组件1603相对运动，实现对钻杆17的夹紧。

如图5所示，所述的旋转卡盘15包括油马达1501、齿轮箱1503、传动轴1505、传动轴1514、护筒1512、旋转分油筒1510、固定分油筒1508、卡瓦组件1511以及对中器1513；所述油马达1501安装在齿轮箱1503上，油马达1501的输出轴1504位于齿轮箱1503内；油马达1501的输出轴上安装有主动齿轮Ⅱ1502；传动轴Ⅰ1505、传动轴Ⅱ安装在齿轮箱内，传动轴Ⅰ1505上设有从动齿轮Ⅳ1516、从动齿轮Ⅴ1506；传动轴Ⅱ1514上设有从动齿轮Ⅶ1515、从动齿轮Ⅵ1507。所述的固定分油筒1508安装在齿轮箱1503底板上，侧面上设有环形油槽，固定分油筒1508嵌套在旋转分油筒1510内。所述的旋转分油筒1510上安装有从动齿轮Ⅷ1509；主动齿轮Ⅱ1502与从动齿轮Ⅳ1516啮合，从动齿轮Ⅴ1506与从动齿轮Ⅵ1507啮合；从动齿轮Ⅶ1515与从动齿轮Ⅷ1509啮合。所述输出轴1504与传动轴1505、传动轴1514、固定分油筒1508的轴线平行，且位于同一平面内。所述护筒1512通过螺栓与齿轮箱1503连接；所述卡瓦组件1511位于护筒1512内且与旋转分油筒1510连接。所述对中器1513位于护筒1512上，对钻杆起对中作用。所述的齿轮箱固定安装在支撑架上，固定分油筒与钻杆同轴。

所述钢管2两端均设有外螺纹，多根钢管通过螺母3依次连接形成一条钢管串。螺母3两端的螺纹旋向相反，同一螺母3连接的两根钢管2的连接端的螺纹旋向相反。钢管串绕在钢管存储架1上，钢管串的一端穿过直管机构4、送管机构5、密封接头10与置于钻杆17内的打捞器13连接。密封接头10安装在动力头9上，密封接头10连通主动钻杆12的内腔。打捞器13的打捞头与钻具的岩芯管14的捞矛头连接；冲洗水泵6通过水管7和旋转给水装置11与动力头上的主动钻杆12内腔连通，旋转给水装置11套装在动力头9上。

如图1所示，所述直管机构4包括多组滚动轮，多组滚动轮固定安装在支撑架上，每组滚动轮包括两个滚动轮，两个滚动轮的轴线位于一竖直平面内，多组滚动轮轴线所在的平面平行。所述送管机构5包括箱体、上摩擦轮和下摩擦轮，上摩擦轮和下摩擦轮固定安装在箱体内，上摩擦轮和下摩擦轮轴线平行，且上摩擦轮和下摩擦轮轴线位于一竖直平面内，该竖直平面与每组滚动轮的轴线所在的竖直平面平行。箱体上设有供钢管串通过的通孔，下摩擦轮的轮轴通过减速器与马达连接，马达带动下摩擦轮转动，进而实现钢管串的送管过程。

如图6所示，本实用新型在钻进开始前，主动钻杆12与钻杆17后端通过螺纹连接，钻杆17的前端螺纹部分置于旋转卡盘15内，通过旋转卡盘15实现钻杆17与钻具18的外管总成相连接，夹持器16将钻杆17夹持固定。支撑架19上的钢管串穿过密封接头10与打捞器13连接，打捞器13与钻具18岩芯管14上的捞矛头连接，通过送管机构5的马达驱动实现岩芯管14下放到位。钻进开始时，钢管串从密封接头10处卸开，此时动力头9通过马达8驱动旋转钻进，同时通过驱动推进油缸20的伸缩进而带动动力头9在支撑架19滑轨上前后移动，直至回次结束。

如图7所示，本实用新型在钻进回次结束后，推进油缸20停止向前移动，动力头9停止旋转，冲洗水泵6停止泵水，此时岩芯管内充满岩芯样品，旋转卡盘15拧开主动钻杆12与钻杆17处螺纹，再将支撑架19上的钢管串通过送管机构5驱动至回次钻进结束后的主动钻杆12上的密封接头10内，将钢管串与打捞器13连接。推进油缸20带动动力头9向后移动至钻进前的位置，与此同时将被打捞器13抓住的岩芯管14提至孔口，完成一次打捞作业。再换上一根新的岩芯管14并将新的钻杆17通过旋转卡盘15的旋转将其与主动钻杆17连接起来，重复之前的操作，实现快速有效地取芯作业。

Claims

1.一种水平地质取芯钻机，其特征是：包括支撑架、钢管、直管机构、送管机构、冲洗水泵、动力头、钻杆、岩芯管、打捞器及推进油缸；所述直管机构和送管机构固定在支撑架上；推进油缸一端与支撑架铰接，另一端通过连接块与动力头连接，动力头置于支撑架上的滑轨上，推进油缸的活塞杆伸缩能带动动力头在滑轨上移动；动力头通过主动钻杆连接钻杆，驱动钻杆转动；所述钢管两端均设有外螺纹，多根钢管通过螺母依次连接形成一条钢管串；钢管串绕在钢管存储架上，钢管串一端穿过直管机构、送管机构、密封接头与钻杆内的打捞器连接；密封接头安装在动力头上，密封接头连通主动钻杆的内腔；打捞器的打捞头与岩芯管的捞矛头连接；冲洗水泵的出水口通过旋转给水装置与主动钻杆内腔连通，旋转给水装置设置在动力头上。

2.根据权利要求1所述的水平地质取芯钻机，其特征是：所述直管机构包括多组滚动轮，多组滚动轮固定安装在支撑架上，每组滚动轮包括两个滚动轮，两个滚动轮的轴线位于一竖直平面内，多组滚动轮轴线所在的平面相互平行。

3.根据权利要求2所述的水平地质取芯钻机，其特征是：所述送管机构包括箱体、上摩擦轮和下摩擦轮，上摩擦轮和下摩擦轮固定安装在箱体内，上摩擦轮和下摩擦轮轴线平行，且上摩擦轮和下摩擦轮轴线位于一竖直平面内，该竖直平面与每组滚动轮的轴线所在的竖直平面平行；箱体上设有供钢管串通过的通孔，下摩擦轮的轮轴通过减速器与马达连接。

4.根据权利要求1所述的水平地质取芯钻机，其特征是：还包括旋转卡盘、夹持器，旋转卡盘、夹持器设置在支撑架上，位于支撑架靠近钻孔的一端；夹持器夹持钻杆，旋转卡盘用于连接钻杆和主动钻杆或分离钻杆与主动钻杆。

5.根据权利要求1所述的水平地质取芯钻机，其特征是：钢管串中，同一螺母连接的两个钢管的连接端的螺纹旋向相反，螺母两端的螺纹旋向相反。

6.根据权利要求1所述的水平地质取芯钻机，其特征是：所述的动力头包括马达、减速箱、传动轴及主动钻杆；所述的马达安装在减速箱上，马达的输出轴位于减速箱内；马达的输出轴上安装有主动齿轮；所述的传动轴安装在减速箱内，传动轴上设有从动齿轮I、从动齿轮Ⅱ，所述的主动钻杆安装在减速箱上，主动钻杆上安装有从动齿轮Ⅲ；主动齿轮与从动齿轮I啮合，从动齿轮Ⅱ与从动齿轮Ⅲ啮合；马达的输出轴的轴线与传动轴及主动钻杆平行；所述的主动钻杆伸出减速箱的一端设有螺纹，与钻杆连接。

7.根据权利要求1所述的水平地质取芯钻机，其特征是：密封接头直径大于钢管直径，密封接头内设有密封圈。

8.根据权利要求4所述的水平地质取芯钻机，其特征是：所述的旋转卡盘包括油马达、齿轮箱、传动轴Ⅰ、传动轴Ⅱ、护筒、旋转分油筒、固定分油筒、卡瓦组件及对中器；所述油马达安装在齿轮箱上，油马达的输出轴位于齿轮箱内；油马达的输出轴上安装有主动齿轮Ⅱ；所述传动轴Ⅰ安装在减速箱内，传动轴Ⅰ、传动轴Ⅱ安装在齿轮箱内，传动轴Ⅰ上设有从动齿轮Ⅳ、从动齿轮Ⅴ；所述传动轴Ⅱ安装在减速箱内，传动轴Ⅱ上设有从动齿轮Ⅵ、从动齿轮Ⅶ；所述的固定分油筒安装在齿轮箱底板上，固定分油筒侧面上设有环形油槽，固定分油筒套在旋转分油筒内；所述的旋转分油筒上安装有从动齿轮Ⅷ；主动齿轮Ⅱ与从动齿轮Ⅳ啮合，从动齿轮Ⅴ与从动齿轮Ⅵ啮合；从动齿轮Ⅶ与从动齿轮Ⅷ啮合；所述油马达的输出轴与传动轴、传动轴、固定分油筒的轴线平行，且位于同一平面内；所述护筒通过螺栓与齿轮箱连接；所述卡瓦组件位于护筒内且与旋转分油筒连接；所述对中器安装在护筒上；所述的齿轮箱固定安装在支撑架上，固定分油筒与钻杆同轴。

9.根据权利要求4所述的水平地质取芯钻机，其特征是：所述夹持器包括油缸I、油缸Ⅱ、两卡瓦组件、夹持器顶板、夹持器底板、两夹持器侧板；所述的夹持器顶板、夹持器底板和两夹持器侧板围成方形筒状结构，方形筒状结构安装在支撑架上；所述的夹持器顶板和夹持器底板上分别设有供钻杆通过钻杆孔，两钻杆孔同轴；所述的两卡瓦组件分别位于钻杆孔的两侧，两卡瓦组件的卡瓦相对设置；所述的油缸I、油缸Ⅱ安装在支撑架上，位于方形筒状结构的两端处，油缸I、油缸Ⅱ的活塞杆相对设置，油缸I、油缸Ⅱ的活塞杆分别与两卡瓦组件连接。