CN109085014B - 一种岩土高效率采样装置及采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩土高效率采样装置及采样方法，属于岩土勘探设备领域，具有提高取样效率的优点，其技术方案要点是：一种岩土高效采样装置，包括固定支架组件，安装在固定支架组件上并依次连接的汽油发动机、传动组件、钻孔组件，钻孔组件外连有水冷却***，汽油发动机连接传动组件；传动组件安装在一个安装盒内，安装盒内设有主动轮、与主动轮同轴安装的主动轴，从动轮、与从动轮同轴安装的从动轴，设置在主动轮和从动轮之间的传动链，主动轴与汽油发动机的活塞通过联轴器连接；主动轴和从动轴远离汽油发动机的一端各连接有一组钻孔组件；汽油发动机与固定支架组件之间连接有滑动组件，且汽油发动机沿固定支架组件上下移动。

Description

一种岩土高效率采样装置及采样方法

技术领域

本发明涉及岩土采样领域，更具体地说，它涉及一种岩土高效率采样装置及采样方法。

背景技术

在山地、丘陵地区的岩土工程勘察工作中，由于工程区域海拔较高，大型工程勘察钻机搬运、取水困难，适用性差。由此逐步发展出一种岩芯采样套装组件，整体质量约20kg，具有轻便、高效的特点。具体包括：主机、探杆、钻具、钻头、供水***、定位件等。

现有专利CN207703520U公开了一种岩土工程中岩土取样装置，包括汽油机、对剖取样杆和支架，汽油机的下方输出轴与齿轮组齿轮啮合，齿轮组与对剖取样杆螺纹连接，对剖取样杆与钻头螺纹连接，钻头的顶端固定设有钻头刀刃，所述对剖取样杆的杆身套有支架，所述支架的底端支脚上设有减震弹簧。该实用新型轻巧便携，采用多组钻头，还有扶持的支架，以及可以分开的对剖取样杆。

但是在一些基岩风化裂隙带，一般在强、中、弱风化裂隙带中分别采取，砂岩类、泥岩类均需要取样，这样需要取6组，样本组一般较多。另一方面，泥岩岩层质软容易泥包、砂岩颗粒不易上返等情况均容易造成取样量不够，需要反复取样，这样就比较耗时。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一目的在于提供一种岩土高效率采样装置，具有提高取样效率的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种岩土高效采样装置，包括固定支架组件，安装在固定支架组件上并依次连接的汽油发动机、传动组件、钻孔组件，钻孔组件外连有水冷却***，所述汽油发动机连接传动组件；

所述传动组件安装在一个安装盒内，安装盒内设有主动轮、与主动轮同轴安装的主动轴，从动轮、与从动轮同轴安装的从动轴，设置在主动轮和从动轮之间的传动链，所述主动轴与汽油发动机的活塞通过联轴器连接；

所述主动轴和从动轴远离汽油发动机的一端各连接有一组钻孔组件；

所述汽油发动机与固定支架组件之间连接有滑动组件，且汽油发动机沿固定支架组件上下移动。

通过采用上述技术方案，由一台汽油发动机驱动两组钻孔组件，在不同的强、中、弱风化裂隙带的砂岩和泥岩中分别采取时，可快速满足取样量的需求，取满6组的量，节省时耗，提高效率。

进一步的，所述钻孔组件包括依次相互之间螺纹连接的钻杆、取芯管和取芯钻头，所述钻杆通过联轴器与主动轴或从动轴连接，所述钻杆上设有供水接头，所述取芯钻头远离取芯管的一端面设有四个围绕取芯管圆心中心轴朝向一致的拱起，且拱起向中央聚合并形成采样孔，每个所述拱起的脊背上设有一列朝向一致的钻齿。

通过采用上述技术方案，对取芯钻头的形状进行了改进，在工作时，拱起脊背上的钻齿相对于现有技术的取芯钻头，增大了与砂岩和泥岩的接触面积，提供了更大的钻挖能力，从而节省时耗，提高效率。

进一步的，所述固定支架组件包括竖向滑杆，和安装在竖向滑杆底部的底座支架；底座支架呈“凵”字形，由3个相互转动连接的横杆组成。

通过采用上述技术方案，竖向滑杆提供了汽油发动机一侧的依靠结构，方便了操作人员的工作，省时省力，并且底座支架也十分省空间和材料，再背行搬运的过程中横杆可以折叠起来，以节省占用的空间。

进一步的，所述滑动组件包括方形滑动框，

所述方形滑动框上焊接有汽油发动机的安装平台，汽油发动机与安装平台通过螺栓紧固件连接；

所述方形滑动框内壁四面各设置有一段凹槽，凹槽内设有滚珠，所述竖向滑杆上四面设有滑道，滚珠沿滑道上下移动；

远离安装平台的所述方形滑动框的侧面顶端通过安装轴安装有单向轴承，单向轴承上安装有聚氨酯层；

所述方形滑动框对称的两侧、凹槽的下方设有锁紧螺母。

通过采用上述技术方案，滑动组件将汽油发动机安装在了竖向滑杆上；滚珠将方形滑动框的滑动摩擦变为了滚动摩擦，以减少摩擦力；单向轴承更加方便了汽油发动机向下移动，同时当钻头组件向上反窜时，单向轴承具有反向“锁紧”功能，增加了钻头组件反窜的阻力，以使钻头组件更高效地向下挖掘采样；聚氨酯层减小了单向轴承与竖向滑杆之间的摩擦损耗；锁紧螺母对方形滑动框的位置进行锁定紧固。

进一步的，所述安装平台远离竖向滑杆的另一侧、以及方形滑动框上设有隐藏式手扶把手。

通过采用上述技术方案，设置隐藏式的手扶把手在隐藏式可以方便背行减少占用的空间，另一方面取出时可以方便操作人员握住手扶把手控制汽油发动机的升降。

进一步的，还包括有定位板，

所述定位板中间设有两个定位孔，定位孔之间的距离与两组钻孔组件之间的距离相等，所述定位板两侧转动连接有挂耳，挂耳上焊接有方形罩，方形罩内设有磁片；

所述底座支架两个平行的横杆上均设有与方形罩形状相适应的方形凹槽，方形凹槽内粘接有磁片。

通过采用上述技术方案，定位板在不使用时，可通过磁片吸附在安装平台或竖向滑杆等任何金属件上，不易丢失；在工作时，定位板可嵌设并牢牢吸附在底座支架上，在汽油发动机震动时，不易发生偏移。同时定位板上设有定位孔，钻头组件通过定位孔朝下方岩芯采样，减少了汽油发动机发生震动经常造成钻头组件钻挖点偏移的现象。

进一步的，所述竖向滑杆远离汽油发动机的底部设有配重块。

通过采用上述技术方案，竖向滑杆底部的配重块解决了与竖向滑杆顶部汽油发动机配重不统一的情况，在工作时保持站立的平衡。

进一步的，所述水冷却***包括与钻杆上的供水接口连接的供水管，压力瓶以及便携式水箱。

通过采用上述技术方案，水冷却***的水沿着钻杆流入取芯钻头内，对钻头进行冷却，对孔壁进行润滑，以降低孔壁阻力，提高钻进效率。

本发明的第二目的在于提供一种岩土高效率采样装置的采样方法，具有提高取样效率的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种岩土高效率采样装置的采样方法，

步骤1：在各个不同的风化裂隙带中选择好采样区域，标定采样点，并确认采样量；

步骤2：将岩土高效率采样装置的定位板组件从安装平台上取下，安装在底座支架两个平行的横杆上，抽出隐藏在安装平台远离竖和方形滑动框上的手扶把手，将岩土高效率采样装置抬起架设在采样点上，并松开锁紧螺母；

步骤3：启动汽油发动机和压力瓶，工作人员通过手扶把手将两组钻头组件平衡地往下输送，进行同时采样；

步骤4：当钻头组件伸至尽头时，锁紧锁紧螺母，关闭压力瓶，关闭汽油发动机，打开锁紧螺母，向上移出钻头组件，取出采集的样本。

通过采用上述技术方案，本发明提供了一种高效的岩土采样方法，在不同的强、中、弱风化裂隙带的砂岩和泥岩中分别采取，快速满足取样量的需求，节省时耗，提高效率。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.通过传动组件和两组钻头组件的设置，能够起到快速满足取样量的需求、节省时耗的效果；

2.通过滚珠和单向轴承的设置，能够起到方便操作人员下滑汽油发动机且减少钻头组件反窜的效果；

3.通过定位板组件的设置，能够起到防止定位板丢失、工作时不易晃动以及解决钻头组件钻挖时对准的钻挖点发生偏差问题的效果。

附图说明

图1是实施例的整体结构示意图；

图2是实施例中用于体现滑动组件的结构示意图；

图3是实施例中用于体现传动组件和钻孔组件的结构示意图；

图4是实施例中用于体现取芯钻头的结构示意图；

图5是实施例中用于体现定位板的结构示意图；

图6是实施例中用于体现方形凹槽的结构示意图。

图中，1、固定支架组件；11、竖向滑杆；111、滑道；112、配重块；12、底座支架；121、横杆；2、汽油发动机；3、传动组件；31、安装盒；32、主动轮；33、主动轴；34、从动轮；35、从动轴；36、传动链；37、轴承；38、联轴器；4、钻孔组件；41、钻杆；42、取芯管；43、取芯钻头；44、拱起；45、钻齿；46、供水接口；5、滑动组件；51、方形滑动框；52、安装平台；53、凹槽；54、滚珠；55、单向轴承；56、聚氨酯层；57、锁紧螺母；6、水冷却***；61、供水管；62、压力瓶；63、便携式水箱；7、手扶把手；8、定位板；81、定位孔；82、挂耳；83、方形罩；84、磁片；85、方形凹槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例：

如图1所示，一个高效的岩土采样装置，包括固定支架组件1，安装在固定支架组件1上并依次连接的汽油发动机2、传动组件3、钻孔组件4，汽油发动机2与固定支架组件1之间还连接有滑动组件5，让汽油发动机2沿固定支架组件1上下移动。钻孔组件4外连有水冷却***6。

如图1所示，固定支架组件1包括竖向滑杆11，和安装在竖向滑杆11底部的底座支架12。竖向滑杆11上设有滑道111，将来用于供一个滑动组件5沿其滑动。为了保持平衡，竖向滑杆11远离汽油发动机2的方向底部设有配重块112。配重块112可通过螺栓连接实现增加或减少。底座支架12呈“凵”字形，由3个相互转动连接的横杆121组成。转动连接方式可以为铰接，3个横杆121之间相互铰接实现转动。选择铰接点时，两个平行的横杆121中1个可以选择在其中间段位置设置铰接点，以方便转动后的折叠。同时两个平行的横杆121上设有凹槽53，将来以供一个固定板的安装。

如图2所示，滑动组件5包括方形滑动框51。方形滑动框51上焊接有汽油发动机2的安装平台52，汽油发动机2架设在安装平台52上，并通过螺栓紧固连接。方形滑动框51内壁四面各设置有一段凹槽53，凹槽53内设有滚珠54，竖向滑杆11上四面设有滑道111，滚珠54沿滑道111上下移动。远离安装平台52的方形滑动框51的侧面顶端通过安装轴安装有单向轴承55，以方便向下滑动并给钻头组件一些阻力减少反窜。单向轴承55上安装有聚氨酯层56，以减少单向轴承55和竖向滑杆11之间的摩擦损耗。在停止使用时，方形滑动框51对称的两侧、凹槽53的下方设有锁紧螺母57，可以对方形滑动框51进行位置锁紧。

如图3所示，安装平台52下方通过连接柱固定连接有一个安装盒31（参见图1），安装盒31内设有传动组件3。传动组件3包括主动轮32、与主动轮32同轴安装的主动轴33，从动轮34、与从动轮34同轴安装的从动轴35，设置在主动轮32和从动轮34之间的传动链36。汽油发动机2的活塞朝向安装盒31设置，主动轴33通过联轴器38连接活塞。主动轴33和从动轴35外均套设有轴承37，轴承37外壳焊接在安装盒31上。

如图3所示，主动轴33和从动轴35远离汽油发动机2的一端各连接有一组钻孔组件4。

如图3所示，钻孔组件4包括依次相互之间螺纹连接的钻杆41、取芯管42和取芯钻头43。钻杆41通过联轴器38与主动轴33或从动轴35连接，钻杆41上设有供水接头，与外部的水冷却***6连接。如图4所示，取芯钻头43远离取芯管42的一端面设有四个围绕取芯管42圆心中心轴朝向一致的拱起44，且拱起44向中央聚合并形成采样孔，每个拱起44的脊背上设有一列朝向一致的钻齿45。

如图1所示，水冷却***6包括与钻杆41上的供水接口46连接的供水管61，压力瓶62以及便携式水箱63。便携式水箱63一般有工作人员装满水挑到取样地或就近取水。然后将水加入供水***的压力瓶62中，通过人工打气加压的方式将压力瓶62中的水压压入钻杆41上，水沿着钻杆41空腔流到取芯钻头43，取芯钻头43上，完成对钻头的冷却，对孔壁的润滑，降低孔壁阻力，提高钻进效率。

如图1所示，为了方便工作人员操作汽油发动机2及钻头组件的升降，在安装平台52远离竖向滑杆11的另一侧、以及方形滑动框51上均设有隐藏式手扶把手7。隐藏方式可以为，在安装平台52和方形滑动框51外壁上设置暗槽，暗槽内铰接手扶把手7。当需要使用时，翻折出手扶把手7即可。

如图5所示，为了解决汽油发动机2工作时钻头组件对准的钻挖点因震动发生偏差的问题，在工作时增加了定位板8。定位板8中间设有两个定位孔81，定位孔81之间的距离与两组钻孔组件4之间的距离相等。定位板8两侧转动连接有挂耳82。转动连接方式可以为，在定位板8两侧连接一个活动的可垂直翻折的扇叶，远离定位板8的一个扇叶上设置有转轴，转轴上连接有可绕转轴水平转动套环，套环与挂耳82再焊接。这样，挂耳82可相对于定位板8在垂直方向和水平方向上均翻转。挂耳82上焊接有方形罩83，方形罩83内设有磁片84。底座支架12两个平行的横杆121上均设有与方形罩83形状相适应的方形凹槽85（参见图6），方形凹槽85内粘接有磁片84。定位板8在不使用时，可通过磁片84吸附在安装平台52或竖向滑杆11等任何金属件上，不易丢失。在工作时，定位板8可嵌设并牢牢吸附在底座支架12上，在汽油发动机2震动时，不易发生偏移。

上述岩土高效率采样装置的采样方法如下，

步骤1：在各个不同的风化裂隙带中选择好采样区域，标定采样点，并确认采样量；

步骤2：将岩土高效率采样装置的定位板8组件从安装平台52上取下，安装在底座支架12两个平行的横杆121上，抽出隐藏在安装平台52远离竖和方形滑动框51上的手扶把手7，将岩土高效率采样装置抬起架设在采样点上，并松开锁紧螺母57；

步骤3：启动汽油发动机2和压力瓶62，工作人员通过手扶把手7将两组钻头组件平衡地往下输送，进行同时采样；

步骤4：当钻头组件伸至尽头时，锁紧锁紧螺母57，关闭压力瓶62，关闭汽油发动机2，打开锁紧螺母57，向上移出钻头组件，取出采集的样本。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种岩土高效率采样装置，包括固定支架组件（1），安装在固定支架组件（1）上并依次连接的汽油发动机（2）、传动组件（3）、钻孔组件（4），钻孔组件（4）外连有水冷却***（6），

其特征在于：所述汽油发动机（2）连接传动组件（3）；

所述传动组件（3）安装在一个安装盒（31）内，安装盒（31）内设有主动轮（32）、与主动轮（32）同轴安装的主动轴（33），从动轮（34）、与从动轮（34）同轴安装的从动轴（35），设置在主动轮（32）和从动轮（34）之间的传动链（36），所述主动轴（33）与汽油发动机（2）的活塞通过联轴器（38）连接；

所述主动轴（33）和从动轴（35）远离汽油发动机（2）的一端各连接有一组钻孔组件（4）；

所述汽油发动机（2）与固定支架组件（1）之间连接有滑动组件（5），且汽油发动机（2）沿固定支架组件（1）上下移动；

所述滑动组件（5）包括方形滑动框（51）；

所述方形滑动框（51）上焊接有汽油发动机（2）的安装平台（52）；

远离安装平台（52）的所述方形滑动框（51）的侧面顶端通过安装轴安装有单向轴承（55）。

2.根据权利要求1所述的一种岩土高效率采样装置，其特征在于：

所述钻孔组件（4）包括依次相互之间螺纹连接的钻杆（41）、取芯管（42）和取芯钻头（43）；所述钻杆（41）通过联轴器（38）与主动轴（33）或从动轴（35）连接，所述钻杆（41）上设有供水接头；所述取芯钻头（43）远离取芯管（42）的一端面设有四个围绕取芯管（42）圆心中心轴朝向一致的拱起（44），且拱起（44）向中央聚合并形成采样孔，每个所述拱起（44）的脊背上设有一列朝向一致的钻齿（45）。

3.根据权利要求1所述的一种岩土高效率采样装置，其特征在于：所述固定支架组件（1）包括竖向滑杆（11），和安装在竖向滑杆（11）底部的底座支架（12）；底座支架（12）呈“凵”字形，由3个相互转动连接的横杆（121）组成。

4.根据权利要求3所述的一种岩土高效率采样装置，其特征在于：

汽油发动机（2）与安装平台（52）通过螺栓紧固件连接；

所述方形滑动框（51）内壁四面各设置有一段凹槽（53），凹槽（53）内设有滚珠（54），所述竖向滑杆（11）上四面设有滑道（111），滚珠（54）沿滑道（111）上下移动；

单向轴承（55）上安装有聚氨酯层（56）；

所述方形滑动框（51）对称的两侧、凹槽（53）的下方设有锁紧螺母（57）。

5.根据权利要求4所述的一种岩土高效率采样装置，其特征在于：所述安装平台（52）远离竖向滑杆（11）的另一侧、以及方形滑动框（51）上设有隐藏式手扶把手（7）。

6.根据权利要求3所述的一种岩土高效率采样装置，其特征在于：

还包括有定位板（8），

所述定位板（8）中间设有两个定位孔（81），定位孔（81）之间的距离与两组钻孔组件（4）之间的距离相等，所述定位板（8）两侧转动连接有挂耳（82），挂耳（82）上焊接有方形罩（83），方形罩（83）内设有磁片（84）；

所述底座支架（12）两个平行的横杆（121）上均设有与方形罩（83）形状相适应的方形凹槽（85），方形凹槽（85）内粘接有磁片（84）。

7.根据权利要求3所述的一种岩土高效率采样装置，其特征在于：所述竖向滑杆（11）远离汽油发动机（2）的底部设有配重块（112）。

8.根据权利要求1所述的一种岩土高效率采样装置，其特征在于：所述水冷却***（6）包括与钻杆（41）上的供水接口（46）连接的供水管（61），压力瓶（62）以及便携式水箱（63）。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述的岩土高效率采样装置的采样方法，特征在于：

步骤1：在各个不同的风化裂隙带中选择好采样区域，标定采样点，并确认采样量；

步骤2：将岩土高效率采样装置的定位板（8）组件从安装平台（52）上取下，安装在底座支架（12）两个平行的横杆（121）上，抽出隐藏在安装平台（52）远离竖和方形滑动框（51）上的手扶把手（7），将岩土高效率采样装置抬起架设在采样点上，并松开锁紧螺母（57）；

步骤3：启动汽油发动机（2）和压力瓶（62），工作人员通过手扶把手（7）将两组钻头组件平衡地往下输送，进行同时采样；

步骤4：当钻头组件伸至尽头时，锁紧锁紧螺母（57），关闭压力瓶（62），关闭汽油发动机（2），打开锁紧螺母（57），向上移出钻头组件，取出采集的样本。

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