深層巖石自動取樣裝置設計研究

蘭州資源環境職業技術學院 曾永耀 朱雅蕓 高磊 趙文青 寇佩佩

引言

地質鉆探是巖土工程勘查、區域地質調查和礦產資源勘查等工程地質與資源勘查工作最直接、最有效的技術手段之一（圖1）。地質鉆探是指利用相關的鉆探設備和鉆進工藝從地表向地下鉆進，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，為獲取地質和礦產資源參數進行可靠性評價的一項地質工作[1-2]。我們可以從鉆孔中的不同深度處取得巖心、礦樣、土樣進行分析研究，用以測定巖石和土層的物理、力學性質和指標[3-4]。目前的地質鉆探深層巖石取樣裝置，大多直接采用鉆頭進行樣品采集，普通的鉆頭在進行深層巖石采集時，會對巖石造成破壞，不夠完整，同時在收集時不容易脫離鉆頭內部，光滑的鉆頭在進行鉆取時效率不高[5-7]。

圖1 常見地質鉆機取樣裝置平面結構圖

鑒于現有地質鉆探深層巖石取樣裝置的諸多不足，結合工程實際，在鉆取筒外側設置鉆取螺紋，以加快對深層巖石的鉆取，提高裝置采集巖石樣品的效率；在鉆取筒上設置多個出漿孔，來排出鉆取過程產生的漿液，便于鉆取樣本，提高工作效率。我們通過改進生產技術和工藝，研發了一種地質勘探用的深層巖石自動取樣裝置。正因為本設計的創造性與先進性，獲得了國家實用新型專利授權（專利號：ZL201920445758.4）。

1 設備的組成和結構

1.1 設備的組成

我們設計的地質勘探用的深層巖石自動取樣裝置，主要由鉆取筒1、轉動軸5、安裝筒體12、轉動電機13和安裝塊15組成（圖2）。

圖2 深層巖石自動取樣裝置平面結構圖

1.2 設備的結構

上述鉆取筒1、轉動軸5、安裝筒體12、轉動電機13和安裝塊15的組成和結構如下：鉆取筒1的一端設置鉆料口2（圖3），鉆取筒1的外側設置鉆取螺紋3，鉆取筒1上端設置多個出漿孔4，鉆取筒1上端中心位置固定連接轉動軸5，鉆取筒1內部設置有對稱的滑動槽6，鉆取筒1內設置有一抵板7（圖3），抵板7的兩側對稱連接卡接塊8，卡接塊8與滑動槽6活動卡接設置，抵板7上固定連接固定螺桿10并上設置多個彈簧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內設置有一轉動電機13，轉動電機13與電源線17連接，轉動電機13的一端與聯軸器14連接，聯軸器14的一端與轉動軸5固定連接，聯軸器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上設置連接孔16。

圖3 鉆取筒連接示意圖圖中數字代表的部件同圖1

圖4 A處（圖1中）放大示意圖圖中數字代表的部件同圖2

2 設備技術原理

深層巖石自動取樣裝置采用的主要技術方案包括：鉆取筒、轉動軸、安裝筒體、轉動電機和安裝塊。鉆取筒的一端設置鉆料口，鉆取筒的外側設置鉆取螺紋，鉆取筒上端設置多個出漿孔，鉆取筒上端中心位置固定連接轉動軸，鉆取筒內部設置有對稱的滑動槽和一抵板，抵板的兩側對稱連接卡接塊，卡接塊與滑動槽活動卡接設置，抵板上固定連接固定螺桿，抵板上設置多個彈簧，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，安裝筒體內設置有一轉動電機，轉動電機與電源線連接，轉動電機的一端與聯軸器連接，聯軸器的一端與轉動軸固定連接，聯軸器通過螺栓連接，安裝筒體上端中心位置固定連接安裝塊，安裝塊上設置連接孔。

鉆取筒為中空設置，鉆取筒上設置弧形鉆料口。鉆取筒的外側設置多個螺旋設置的鉆取螺紋，所述鉆取螺紋為多個均勻螺旋排列。

鉆取筒上設置有多個出漿孔，出漿孔設置在鉆取筒上端位置，出漿孔為傾斜設置。鉆取筒內設置對稱的滑動槽，滑動槽與卡接塊活動卡接。

抵板上設置多個彈簧，和對稱的固定螺桿，固定螺桿一端通過螺栓連接。轉動電機與電源線連接，所述電源線與外部電源連接。

3 技術的創造性與先進性

我們設計的地質勘探用的深層巖石自動取樣裝置，在鉆取筒的外側設置有螺旋形的鉆取螺紋，通過鉆取螺紋加快對深層巖石的鉆取，提高裝置采集巖石樣品的效率，并在鉆取筒上設置有多個出漿孔，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部設置有抵板，在抵板上設置有多個彈簧，抵板通過固定螺桿進行固定，固定螺桿設置一定長度，固定螺桿通過墊塊安裝連接，在樣品較難取出時，可通過擰松固定螺桿上端的螺母，將抵板通過彈簧進行抵出樣品，以便于樣品的收集。

4 技術的成熟程度、適用范圍

4.1 技術的成熟程度

我們設計的深層巖石自動取樣裝置，從設計思路來看，其技術成熟度較高、具備一定的推廣價值。

4.2 適用范圍

本深層巖石自動取樣裝置可廣泛應用于巖土工程勘查、地質調查、礦產資源勘查和尋找地下水資源等地勘行業的深層取心工作。