蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院 曾永耀 朱雅蕓 高磊 趙文青 寇佩佩

引言

地質(zhì)鉆探是巖土工程勘查、區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和礦產(chǎn)資源勘查等工程地質(zhì)與資源勘查工作最直接、最有效的技術(shù)手段之一（圖1）。地質(zhì)鉆探是指利用相關(guān)的鉆探設(shè)備和鉆進(jìn)工藝從地表向地下鉆進(jìn)，在地層中形成圓柱形鉆孔，取得地表以下巖礦心，以鑒別和劃分地層，為獲取地質(zhì)和礦產(chǎn)資源參數(shù)進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)的一項(xiàng)地質(zhì)工作[1-2]。我們可以從鉆孔中的不同深度處取得巖心、礦樣、土樣進(jìn)行分析研究，用以測(cè)定巖石和土層的物理、力學(xué)性質(zhì)和指標(biāo)[3-4]。目前的地質(zhì)鉆探深層巖石取樣裝置，大多直接采用鉆頭進(jìn)行樣品采集，普通的鉆頭在進(jìn)行深層巖石采集時(shí)，會(huì)對(duì)巖石造成破壞，不夠完整，同時(shí)在收集時(shí)不容易脫離鉆頭內(nèi)部，光滑的鉆頭在進(jìn)行鉆取時(shí)效率不高[5-7]。

圖1 常見地質(zhì)鉆機(jī)取樣裝置平面結(jié)構(gòu)圖

鑒于現(xiàn)有地質(zhì)鉆探深層巖石取樣裝置的諸多不足，結(jié)合工程實(shí)際，在鉆取筒外側(cè)設(shè)置鉆取螺紋，以加快對(duì)深層巖石的鉆取，提高裝置采集巖石樣品的效率；在鉆取筒上設(shè)置多個(gè)出漿孔，來排出鉆取過程產(chǎn)生的漿液，便于鉆取樣本，提高工作效率。我們通過改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)和工藝，研發(fā)了一種地質(zhì)勘探用的深層巖石自動(dòng)取樣裝置。正因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的創(chuàng)造性與先進(jìn)性，獲得了國家實(shí)用新型專利授權(quán)（專利號(hào)：ZL201920445758.4）。

1 設(shè)備的組成和結(jié)構(gòu)

1.1 設(shè)備的組成

我們?cè)O(shè)計(jì)的地質(zhì)勘探用的深層巖石自動(dòng)取樣裝置，主要由鉆取筒1、轉(zhuǎn)動(dòng)軸5、安裝筒體12、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)13和安裝塊15組成（圖2）。

圖2 深層巖石自動(dòng)取樣裝置平面結(jié)構(gòu)圖

1.2 設(shè)備的結(jié)構(gòu)

上述鉆取筒1、轉(zhuǎn)動(dòng)軸5、安裝筒體12、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)13和安裝塊15的組成和結(jié)構(gòu)如下：鉆取筒1的一端設(shè)置鉆料口2（圖3），鉆取筒1的外側(cè)設(shè)置鉆取螺紋3，鉆取筒1上端設(shè)置多個(gè)出漿孔4，鉆取筒1上端中心位置固定連接轉(zhuǎn)動(dòng)軸5，鉆取筒1內(nèi)部設(shè)置有對(duì)稱的滑動(dòng)槽6，鉆取筒1內(nèi)設(shè)置有一抵板7（圖3），抵板7的兩側(cè)對(duì)稱連接卡接塊8，卡接塊8與滑動(dòng)槽6活動(dòng)卡接設(shè)置，抵板7上固定連接固定螺桿10并上設(shè)置多個(gè)彈簧9，彈簧9的一端與鉆取筒1底部接觸連接，固定螺桿10的一端連接墊塊11，安裝筒體12內(nèi)設(shè)置有一轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)13，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)13與電源線17連接，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)13的一端與聯(lián)軸器14連接，聯(lián)軸器14的一端與轉(zhuǎn)動(dòng)軸5固定連接，聯(lián)軸器14通過螺栓連接，安裝筒體12上端中心位置固定連接安裝塊15，安裝塊15上設(shè)置連接孔16。

圖3 鉆取筒連接示意圖圖中數(shù)字代表的部件同圖1

圖4 A處（圖1中）放大示意圖圖中數(shù)字代表的部件同圖2

2 設(shè)備技術(shù)原理

深層巖石自動(dòng)取樣裝置采用的主要技術(shù)方案包括：鉆取筒、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、安裝筒體、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)和安裝塊。鉆取筒的一端設(shè)置鉆料口，鉆取筒的外側(cè)設(shè)置鉆取螺紋，鉆取筒上端設(shè)置多個(gè)出漿孔，鉆取筒上端中心位置固定連接轉(zhuǎn)動(dòng)軸，鉆取筒內(nèi)部設(shè)置有對(duì)稱的滑動(dòng)槽和一抵板，抵板的兩側(cè)對(duì)稱連接卡接塊，卡接塊與滑動(dòng)槽活動(dòng)卡接設(shè)置，抵板上固定連接固定螺桿，抵板上設(shè)置多個(gè)彈簧，彈簧的一端與鉆取筒底部接觸連接，固定螺桿的一端連接墊塊，安裝筒體內(nèi)設(shè)置有一轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)與電源線連接，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的一端與聯(lián)軸器連接，聯(lián)軸器的一端與轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定連接，聯(lián)軸器通過螺栓連接，安裝筒體上端中心位置固定連接安裝塊，安裝塊上設(shè)置連接孔。

鉆取筒為中空設(shè)置，鉆取筒上設(shè)置弧形鉆料口。鉆取筒的外側(cè)設(shè)置多個(gè)螺旋設(shè)置的鉆取螺紋，所述鉆取螺紋為多個(gè)均勻螺旋排列。

鉆取筒上設(shè)置有多個(gè)出漿孔，出漿孔設(shè)置在鉆取筒上端位置，出漿孔為傾斜設(shè)置。鉆取筒內(nèi)設(shè)置對(duì)稱的滑動(dòng)槽，滑動(dòng)槽與卡接塊活動(dòng)卡接。

抵板上設(shè)置多個(gè)彈簧，和對(duì)稱的固定螺桿，固定螺桿一端通過螺栓連接。轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)與電源線連接，所述電源線與外部電源連接。

3 技術(shù)的創(chuàng)造性與先進(jìn)性

我們?cè)O(shè)計(jì)的地質(zhì)勘探用的深層巖石自動(dòng)取樣裝置，在鉆取筒的外側(cè)設(shè)置有螺旋形的鉆取螺紋，通過鉆取螺紋加快對(duì)深層巖石的鉆取，提高裝置采集巖石樣品的效率，并在鉆取筒上設(shè)置有多個(gè)出漿孔，通過出漿孔將鉆取過程中的漿液排出，以便于鉆取樣本，提高效率。

另外該裝置在鉆取筒的內(nèi)部設(shè)置有抵板，在抵板上設(shè)置有多個(gè)彈簧，抵板通過固定螺桿進(jìn)行固定，固定螺桿設(shè)置一定長度，固定螺桿通過墊塊安裝連接，在樣品較難取出時(shí)，可通過擰松固定螺桿上端的螺母，將抵板通過彈簧進(jìn)行抵出樣品，以便于樣品的收集。

4 技術(shù)的成熟程度、適用范圍

4.1 技術(shù)的成熟程度

我們?cè)O(shè)計(jì)的深層巖石自動(dòng)取樣裝置，從設(shè)計(jì)思路來看，其技術(shù)成熟度較高、具備一定的推廣價(jià)值。

4.2 適用范圍

本深層巖石自動(dòng)取樣裝置可廣泛應(yīng)用于巖土工程勘查、地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)資源勘查和尋找地下水資源等地勘行業(yè)的深層取心工作。