CN116044335A - 一种地质建模用钻孔数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地质建模用钻孔数据采集装置，包括外管、内管和打捞器，外管底部具有空心钻头，外管内设有用于获取岩芯的内管，内管内壁设置有岩芯卡板，外管与内管之间设置有取碎料管，取碎料管上设置有卡爪机构，外管侧壁设置有与卡爪机构匹配的定位槽，打捞器的矛头嵌入卡爪机构以将卡爪机构与定位槽脱离定位，取碎料管与内管转动连接，取碎料管内壁与内管之间形成螺旋输料通道，空心钻头上设置有随空心钻头旋转以向中心集料的推料板，内管顶部设置有碎料存储腔。有效减少岩石碎片与外管的摩擦，增加外管的使用寿命，并且在需要更换空心钻头时将外管取出也不会出现侧壁岩石碎片坍落的情况，减少外管重新进入时的重复钻孔工作量。

Description

一种地质建模用钻孔数据采集装置

技术领域

本发明属于地质数据采集装置技术领域，具体是一种地质建模用钻孔数据采集装置。

背景技术

随着科技的发展，以及管理便利性的需求，越来越多的行业进行着数字化的转型，其中也包括工程勘察，基建施工等行业。通过采集地质样本进行检测得到地质数据，然后根据地质数据来建立BIM模型以及管理***，从而在后续的工程建设中发挥高效规划设计的用途。

现有的地质数据采集方式一般是通过在钻取岩芯，对岩芯进行材质分析的方式来进行，通过多个地点的数据汇集来获得完整的地质模型，从而进行建模。 获取岩芯的设备也叫岩芯钻机，岩芯钻机有很多种，针对浅层取岩芯的岩芯钻机一般包括驱动装置，以及连接在驱动装置上的外管，外管底部具有空心钻头，驱动装置驱动外管转动和下探时，空心钻头切碎地层，切割出岩芯，随着外管转动和下探，岩芯进入外管中，通过外管中的卡板卡住岩芯，完全提起外管即可将岩芯取出。这种岩芯钻机仅适用于浅层取岩芯，外管的升降耗费大量时间，取岩芯效率低下。

针对深层取岩芯的岩芯钻机为了提升取岩芯的效率，一般在取岩芯时不再将全部外管提起，一般包括驱动装置，由驱动装置驱动的外管，外管底部具有空心钻头，外管内设有一个用于获取岩芯的内管，内管顶部设有卡爪，通过卡爪卡在外管内的定位槽中将内管定位在外管底部，在外管转动下探时，空心钻头切碎地层，切割出岩芯，随着外管转动和下探，岩芯进入内管中，并被内管中的卡板卡住，这种岩芯钻机还包括有打捞器，打捞器上端连接绳索，下端设有打捞矛头，在内管中获取预定量的岩芯之后，从外管的顶部开口中放下打捞器，打捞器由自身重力落下，打捞矛头与卡爪配合定位，在打捞矛头于卡爪定位之后，卡爪与外管内的定位槽脱离，通过提升绳索将打捞器连同内管一同提升到地表，然后取出岩芯。这种取岩芯钻机能够适用于较深层的岩芯钻取，提高取岩芯的效率，一般仅在空心钻头需要更换时才将外管取出，但是这种岩芯钻机在取芯时一般将水从外管内冲入，一方面用于对外管和空心钻头降温，以方面将岩石碎片冲到外管外侧被钻出的孔洞中，而这一方式不能保证岩石碎片完全被冲到外管外侧，而且这导致岩石碎片与外管的摩擦大增，使得外管磨损和发热量较大，影响外管的使用寿命，而且在需要更换空心钻头时将外管取出后，侧壁的岩石碎片容易坍落，外管重新进入时会有大量的重复钻孔的工作。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提供了一种地质建模用钻孔数据采集装置，可在取岩芯过程中同时将切碎的岩石碎片取出，有效减少岩石碎片与外管的摩擦，增加外管的使用寿命，并且在需要更换空心钻头时将外管取出也不会出现侧壁岩石碎片坍落的情况，减少外管重新进入时的重复钻孔工作量。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种地质建模用钻孔数据采集装置，包括外管、内管和打捞器，所述外管底部具有空心钻头，所述外管内设有用于获取岩芯的所述内管，所述内管内壁设置有岩芯卡板，所述外管与所述内管之间设置有取碎料管，所述取碎料管上设置有卡爪机构，所述外管侧壁设置有与所述卡爪机构匹配的定位槽，所述打捞器的矛头嵌入所述卡爪机构以将卡爪机构与所述定位槽脱离定位，所述取碎料管与所述内管转动连接，所述取碎料管内壁与所述内管之间形成螺旋输料通道，所述空心钻头上设置有随所述空心钻头旋转以向中心集料的推料板，所述内管顶部设置有碎料存储腔。这种地质建模用钻孔数据采集装置在取岩芯时，取碎料管通过卡爪机构固定在外管上，内管转动连接在取碎料管上，在外管转动和下探切出岩芯的过程中，碎料由空心钻头上的推料板推料向岩芯侧推挤，并在取碎料管的转动下带动碎料从螺旋输料通道上移输送进入碎料存储腔，通过提升取碎料管可将取碎料管和内管一同取出，切下来的碎料可与岩芯一同被取出，有效减少岩石碎片与外管的摩擦，增加外管的使用寿命，并且在需要更换空心钻头时将外管取出也不会出现侧壁岩石碎片坍落的情况，减少外管重新进入时的重复钻孔工作量。

上述技术方案中，优选的，所述取碎料管上设置有中心孔，所述中心孔上方设置有弹簧腔，所述内管顶部连接有转轴，所述转轴顶部转动连接有定位轴，所述定位轴穿过所述中心孔，所述弹簧腔两侧相对的设置有第一轴向腰孔，两所述第一轴向腰孔内径向插设有穿过所述定位轴的插销，所插销与所述弹簧腔之间设置有弹簧，所述取碎料管底部设置有环形凸缘，所述弹簧的弹力将所述内管底部与所述取碎料管底部之间产生进碎料间隙，当所述取碎料管提升时，所述内管相对所述取碎料管下降以封闭所述螺旋输料通道。采用该结构使得在切取岩芯的过程中，切碎的碎料能够从进碎料间隙进入到螺旋输料通道，然后经输送进入碎料存储腔，在提升取碎料管时，由于岩芯的重力会压缩弹簧使得内管下降，在内管下降后，内管外壁与环形凸缘配合封闭螺旋输料通道，以防止还在螺旋输料通道内的碎料在提升过程中落下，并且在内管和取碎料管在取出至地表之后能够通过拔出插销方便的将内管和取碎料管分离，从而将内管上的岩芯和碎料取出。

上述技术方案中，优选的，所述取碎料管底部设置有岩芯切断机构，所述岩芯切断机构包括设置于所述环形凸缘上的第一万向接头，所述第一万向接头上连接有连接套，所述连接套内可伸缩的设置有伸缩杆，所述伸缩杆另一端通过第二万向接头连接有滑块，所述滑块滑动设置于取碎料管内壁的弧形滑道内，所述伸缩杆上设置有切割刃，所述切割刃与所述连接套之间设置有拉簧，所述弧形滑道近所述第一万向接头端高于另一端，所述内管上设置有供所述切割刃穿过的缺口，当拉动所述取碎料管上升时，所述内管相对所述取碎料管下降，所述内管下压所述切割刃，所述切割刃随所述滑块在所述弧形滑道内移动以向所述内管中心转动以切断岩芯。在钻取岩芯的过程中，岩芯不断裂是取岩芯常见的问题，采用该结构在提升取碎料管时，内管内部因卡住岩芯会相对取碎料管下移，在内管下移时，内管会下压切割刃，切割刃随所述滑块在所述弧形滑道内移动以向内管中心转动以切断岩芯，从而方便取出岩芯。

上述技术方案中，优选的，所述取碎料管底部螺纹连接有可拆卸管件，所述环形凸缘以及所述岩芯切断机构设置于所述可拆卸管件上。采用该结构使得内管和取碎料管在取出至地表之后能够将可拆卸管件拆下，防止可拆卸管件在底部阻挡内管取出，通过拔出插销可方便的将内管和取碎料管分离，从而将内管上的岩芯和碎料取出。

上述技术方案中，优选的，所述卡爪机构包括筒状连接部，所述筒状连接部内设有两转动连接的卡板，所述筒状连接部两侧相对的设置有通道，两所述卡板通过扭簧向所述通道外弹射，所述卡板上设置有与所述定位槽匹配的第一定位卡勾以及与所述打捞器的矛头配合的第二定位卡勾，所述外管内壁上设置有延伸至所述定位槽的导向槽，当矛头卡入所述第二定位卡勾时，所述第一定位卡勾可升降的限位于所述导向槽内。采用该结构在第二定位卡勾与打捞器的矛头配合时，第一定位卡勾依然可升降的限位于导向槽内，此时外管转动可带动切割刃转动切断岩芯的效果更好。

上述技术方案中，优选的，所述弹簧腔两侧相对的设置有第二轴向腰孔，所述第二轴向腰孔上缘高于所述弹簧的自然状态下顶部的高度，所述第一轴向腰孔和所述第二轴向腰孔底部连通。采用该结构在将内管与装入取碎料管时，先将内管的定位轴穿入中心孔，然后将插销从第二轴向腰孔上缘***并穿过定位轴，保证插销在弹簧的上方，然后再下压插销移入第一轴向腰孔完成弹性定位。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：这种地质建模用钻孔数据采集装置在取岩芯时，取碎料管通过卡爪机构固定在外管上，内管转动连接在取碎料管上，在外管转动和下探切出岩芯的过程中，碎料由空心钻头上的推料板推料向岩芯侧推挤，并在取碎料管的转动下带动碎料从螺旋输料通道上移输送进入碎料存储腔，通过提升取碎料管可将取碎料管和内管一同取出，切下来的碎料可与岩芯一同被取出，有效减少岩石碎片与外管的摩擦，增加外管的使用寿命，并且在需要更换空心钻头时将外管取出也不会出现侧壁岩石碎片坍落的情况，减少外管重新进入时的重复钻孔工作量。

附图说明

图1为本发明实施例的剖视结构示意图。

图2为本发明实施例打捞器与卡爪机构配合的剖视结构示意图。

图3为本发明实施例打捞器牵引取碎料管上升时的剖视结构示意图。

图4为本发明实施例中取碎料管的结构示意图。

图5为本发明实施例中取碎料管中岩芯切断机构的结构示意图。

图6为本发明实施例中取碎料管中岩芯切断机构被内管下压后的结构示意图。

图7为本发明实施例中取碎料管中取出内管时的分解结构示意图。

实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：参见图1至图7，一种地质建模用钻孔数据采集装置，包括外管1、内管2和打捞器3，外管1底部具有空心钻头4，外管1内设有用于获取岩芯的内管2，内管2内壁设置有岩芯卡板21，外管1与内管2之间设置有取碎料管5，取碎料管5上设置有卡爪机构51，外管1侧壁设置有与卡爪机构51匹配的定位槽11，打捞器3的矛头嵌入卡爪机构51以将卡爪机构51与定位槽11脱离定位，取碎料管5与内管2转动连接，取碎料管5内壁与内管2之间形成螺旋输料通道52，在本实施例中，碎料管5内壁设有螺旋筋以与内管2之间形成螺旋输料通道52，空心钻头4上设置有随空心钻头4旋转以向中心集料的推料板，推料板大致呈发散状设置于空心钻头4上，在空心钻头4转动时起到向中心推送碎料的作用，内管2顶部设置有碎料存储腔22。这种地质建模用钻孔数据采集装置在取岩芯时，取碎料管5通过卡爪机构51固定在外管1上，内管2转动连接在取碎料管上，在外管1转动和下探切出岩芯的过程中，碎料由空心钻头4上的推料板推料向岩芯侧推挤，并在取碎料管5的转动下带动碎料从螺旋输料通道52上移输送进入碎料存储腔22，通过提升取碎料管5可将取碎料管5和内管2一同取出，切下来的碎料可与岩芯一同被取出，有效减少岩石碎片与外管1的摩擦，增加外管1的使用寿命，并且在需要更换空心钻头4时将外管1取出也不会出现侧壁岩石碎片坍落的情况，减少外管1重新进入时的重复钻孔工作量。

本实施例中，取碎料管5上设置有中心孔52，中心孔52上方设置有弹簧腔53，内管2顶部连接有转轴23，转轴23顶部转动连接有定位轴24，定位轴24穿过中心孔52，弹簧腔53两侧相对的设置有第一轴向腰孔54，两第一轴向腰孔54内径向插设有穿过定位轴24的插销55，所插销55与弹簧腔53之间设置有弹簧56，取碎料管5底部设置有环形凸缘57，弹簧56的弹力将内管2底部与取碎料管5底部之间产生进碎料间隙58，当取碎料管5提升时，内管2相对取碎料管5下降以封闭螺旋输料通道52。采用该结构使得在切取岩芯的过程中，切碎的碎料能够从进碎料间隙58进入到螺旋输料通道52，然后经输送进入碎料存储腔22，在提升取碎料管5时，由于岩芯的重力会压缩弹簧56使得内管2下降，在内管2下降后，内管2外壁与环形凸缘57配合封闭螺旋输料通道52，以防止还在螺旋输料通道52内的碎料在提升过程中落下，并且在内管2和取碎料管5在取出至地表之后能够通过拔出插销55方便的将内管2和取碎料管5分离，从而将内管2上的岩芯和碎料取出。

本实施例中，取碎料管5底部设置有岩芯切断机构6，岩芯切断机构6包括设置于环形凸缘57上的第一万向接头61，第一万向接头61上连接有连接套62，连接套62内可伸缩的设置有伸缩杆63，伸缩杆63另一端通过第二万向接头64连接有滑块65，滑块65滑动设置于取碎料管5内壁的弧形滑道66内，伸缩杆63上设置有切割刃67，切割刃67与连接套62之间设置有拉簧68，弧形滑道66近第一万向接头61端高于另一端，内管2上设置有供切割刃67穿过的缺口25，当拉动取碎料管5上升时，内管2相对取碎料管5下降，内管2下压切割刃67，切割刃67随滑块65在弧形滑道66内移动以向内管2中心转动以切断岩芯。在钻取岩芯的过程中，岩芯不断裂是取岩芯常见的问题，采用该结构在提升取碎料管5时，内管2内部因卡住岩芯会相对取碎料管5下移，在内管2下移时，内管2会下压切割刃67，切割刃67随所述滑块65在所述弧形滑道66内移动以向内管2中心转动以切断岩芯，从而方便取出岩芯。

本实施例中，取碎料管5底部螺纹连接有可拆卸管件59，环形凸缘57以及岩芯切断机构6设置于可拆卸管件59上。采用该结构使得内管2和取碎料管5在取出至地表之后能够将可拆卸管件59拆下，防止可拆卸管件59在底部阻挡内管2取出，通过拔出插销55可方便的将内管2和取碎料管5分离，从而将内管上的岩芯和碎料取出。

本实施例中，卡爪机构51包括筒状连接部511，筒状连接部511内设有两转动连接的卡板512，筒状连接部511两侧相对的设置有通道513，两卡板512通过扭簧向通道513外弹射，卡板512上设置有与定位槽11匹配的第一定位卡勾514以及与打捞器3的矛头配合的第二定位卡勾515，外管1内壁上设置有延伸至定位槽11的导向槽12，当矛头卡入第二定位卡勾515时，第一定位卡勾514可升降的限位于导向槽12内。采用该结构在第二定位卡勾515与打捞器3的矛头配合时，第一定位卡勾514依然可升降的限位于导向槽12内，此时外管1转动可带动切割刃67转动切断岩芯的效果更好。

本实施例中，弹簧腔53两侧相对的设置有第二轴向腰孔510，第二轴向腰孔510上缘高于弹簧56的自然状态下顶部的高度，第一轴向腰孔54和第二轴向腰孔510底部连通。采用该结构在将内管2与装入取碎料管5时，先将内管2的定位轴24穿入中心孔52，然后将插销55从第二轴向腰孔510上缘***并穿过定位轴24，保证插销在弹簧56的上方，然后再下压插销55移入第一轴向腰孔54完成弹性定位。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种地质建模用钻孔数据采集装置，包括外管（1）、内管（2）和打捞器（3），所述外管（1）底部具有空心钻头（4），所述外管（1）内设有用于获取岩芯的所述内管（2），所述内管（2）内壁设置有岩芯卡板（21），其特征在于：所述外管（1）与所述内管（2）之间设置有取碎料管（5），所述取碎料管（5）上设置有卡爪机构（51），所述外管（1）侧壁设置有与所述卡爪机构（51）匹配的定位槽（11），所述打捞器（3）的矛头嵌入所述卡爪机构（51）以将卡爪机构（51）与所述定位槽（11）脱离定位，所述取碎料管（5）与所述内管（2）转动连接，所述取碎料管（5）内壁与所述内管（2）之间形成螺旋输料通道（52），所述空心钻头（4）上设置有随所述空心钻头（4）旋转以向中心集料的推料板，所述内管（2）顶部设置有碎料存储腔（22）。

2.如权利要求1所述的一种地质建模用钻孔数据采集装置，其特征在于：所述取碎料管（5）上设置有中心孔（52），所述中心孔（52）上方设置有弹簧腔（53），所述内管（2）顶部连接有转轴（23），所述转轴（23）顶部转动连接有定位轴（24），所述定位轴（24）穿过所述中心孔（52），所述弹簧腔（53）两侧相对的设置有第一轴向腰孔（54），两所述第一轴向腰孔（54）内径向插设有穿过所述定位轴（24）的插销（55），所插销（55）与所述弹簧腔（53）之间设置有弹簧（56），所述取碎料管（5）底部设置有环形凸缘（57），所述弹簧（56）的弹力将所述内管（2）底部与所述取碎料管（5）底部之间产生进碎料间隙（58），当所述取碎料管（5）提升时，所述内管（2）相对所述取碎料管（5）下降以封闭所述螺旋输料通道（52）。

3.如权利要求2所述的一种地质建模用钻孔数据采集装置，其特征在于：所述取碎料管（5）底部设置有岩芯切断机构（6），所述岩芯切断机构（6）包括设置于所述环形凸缘（57）上的第一万向接头（61），所述第一万向接头（61）上连接有连接套（62），所述连接套（62）内可伸缩的设置有伸缩杆（63），所述伸缩杆（63）另一端通过第二万向接头（64）连接有滑块（65），所述滑块（65）滑动设置于取碎料管（5）内壁的弧形滑道（66）内，所述伸缩杆（63）上设置有切割刃（67），所述切割刃（67）与所述连接套（62）之间设置有拉簧（68），所述弧形滑道（66）近所述第一万向接头（61）端高于另一端，所述内管（2）上设置有供所述切割刃（67）穿过的缺口（25），当拉动所述取碎料管（5）上升时，所述内管（2）相对所述取碎料管（5）下降，所述内管（2）下压所述切割刃（67），所述切割刃（67）随所述滑块（65）在所述弧形滑道（66）内移动以向所述内管（2）中心转动以切断岩芯。

4.如权利要求3所述的一种地质建模用钻孔数据采集装置，其特征在于：所述取碎料管（5）底部螺纹连接有可拆卸管件（59），所述环形凸缘（57）以及所述岩芯切断机构（6）设置于所述可拆卸管件（59）上。

5.如权利要求3所述的一种地质建模用钻孔数据采集装置，其特征在于：所述卡爪机构（51）包括筒状连接部（511），所述筒状连接部（511）内设有两转动连接的卡板（512），所述筒状连接部（511）两侧相对的设置有通道（513），两所述卡板（512）通过扭簧向所述通道（513）外弹射，所述卡板（512）上设置有与所述定位槽（11）匹配的第一定位卡勾（514）以及与所述打捞器（3）的矛头配合的第二定位卡勾（515），所述外管（1）内壁上设置有延伸至所述定位槽（11）的导向槽（12），当矛头卡入所述第二定位卡勾（515）时，所述第一定位卡勾（514）可升降的限位于所述导向槽（12）内。

6.如权利要求2所述的一种地质建模用钻孔数据采集装置，其特征在于：所述弹簧腔（53）两侧相对的设置有第二轴向腰孔（510），所述第二轴向腰孔（510）上缘高于所述弹簧（56）的自然状态下顶部的高度，所述第一轴向腰孔（54）和所述第二轴向腰孔（510）底部连通。

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