一种地下岩土层的检测钻探装置的制作方法

本发明属于岩石钻进，具体是指一种地下岩土层的检测钻探装置。

背景技术：

1、地下钻探工作，多是为了分析地下的土质或结构分布，例如不同的深度，分布的是岩层还是土层；一般来讲，都需要在将岩芯取出之后，再对其进行观察和检测、判断其分类，但是这种方法不仅步骤繁琐，而且岩芯被输送上去的过程中，钻头仍在下降，因此对于此部位岩芯的实际取样深度，就很难保证准确。

2、为了解决上述问题，本方案利用钻探过程中感应硬度的方式，来判断当前的钻探位置是岩层还是土层，此方式尤其适用于土壤相对松散、与岩层硬度区别明显的工况。

3、对于小直径的钻探工作，并不一定需要将钻孔产生的碎屑排到地面上，还可以在钻进的过程中，将土壤和碎石块朝向四周的土壤中挤压，从而避免了长距离向上输送时带来的一系列问题。

技术实现思路

1、针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提出了一种朝向四周挤压碎屑、不需要长距离向上输送的地下岩土层的检测钻探装置，由于地下可能有岩层和土层，可以将碎屑压到土层处，但是岩层几乎是不可压缩的，因此如何解决在未知位置，都能良好地实现碎屑朝向四周的挤压排出，是本技术思路面临的主要问题。

2、为了解决这一问题，本发明创造性地提出了弹性侧向挤压机构和往复挤压驱动机构，通过外部套筒和内部轴杆的相对旋转驱动往复升降式螺旋支架往复升降，从而在将岩土碎屑持续输送的过程中，将其朝向四周推动挤压，不仅能够就地将碎屑处理掉，还能对土壤孔洞的侧壁进行加固，方便后续的采样和其他测量等工作；为了解决岩层侧壁无法被压缩的问题，本发明提出了阻力过大时能够回缩的弹性伸缩顶杆，通过弹性伸缩顶杆的回缩使得岩层处的碎屑不会强制朝向四周挤压，从而保证往复升降式螺旋支架的流畅升降和土层处摆动推料组件的正常运动。

3、本发明采取的技术方案如下：本发明提出了一种地下岩土层的检测钻探装置，包括旋转钻探机构、弹性侧向挤压机构、往复挤压驱动机构和延长杆组件，所述弹性侧向挤压机构和往复挤压驱动机构设于旋转钻探机构上，所述延长杆组件设于弹性侧向挤压机构和往复挤压驱动机构上。

4、通过弹性侧向挤压机构和往复挤压驱动机构的往复运动，能够在将岩土碎屑朝上输送的过程中，同时将其朝向四周挤压，不仅避免了深处钻孔时岩土碎屑排出难度大的问题，还能通过挤压的方式对孔洞的侧壁进行加固，以便撤出钻头后进行后续的测量工作。

5、进一步地，所述旋转钻探机构包括螺旋钻进头和空心螺旋绞龙，所述空心螺旋绞龙和螺旋钻进头相对固定设置，所述螺旋钻进头的侧面设有螺旋输送槽，所述螺旋钻进头的顶部设有旋转槽，所述空心螺旋绞龙由中心套筒和螺旋叶片组成，所述中心套筒上环形阵列设有纵向滑槽。

6、通过对螺旋钻进头的挤压和旋转，一方面能够将螺旋钻进头朝向深处推进，另一方面还能通过螺旋输送槽和空心螺旋绞龙将旋转产生的岩土碎屑持续朝向上方输送，在朝向侧面挤压的过程中持续向上输送，在岩层的位置无法朝向侧面挤压时，能够将碎屑继续向上输送至土层的位置。

7、作为优选地，所述旋转钻探机构还包括压力传感器，所述压力传感器设于螺旋钻进头和空心螺旋绞龙之间，通过压力传感器能够反馈螺旋钻进头和空心螺旋绞龙之间的相对挤压力。

8、通过压力传感器能够反馈螺旋钻进头朝向下方的钻进压力，通过压力能够反馈目标位置的硬度，进而判断当前钻进位置是土层还是岩层。

9、进一步地，所述弹性侧向挤压机构包括支架升降复位组件、摆动推料组件、弹性顶撑组件和柔性挡止罩，所述支架升降复位组件设于旋转钻探机构上，所述摆动推料组件转动旋转钻探机构上，所述弹性顶撑组件转动设于支架升降复位组件和摆动推料组件之间，所述摆动推料组件和弹性顶撑组件沿螺旋线阵列设置，所述柔性挡止罩覆盖于摆动推料组件的外部。

10、通过弹性侧向挤压机构的往复运动，能够将碎屑朝向四周推动挤压，从而完成孔壁的加固和碎屑的处理。

11、作为优选地，所述支架升降复位组件包括往复升降式螺旋支架和复位弹簧，所述往复升降式螺旋支架滑动升降设于中心套筒中，所述往复升降式螺旋支架由相互交叉设置的螺旋部和垂直杆部组成，所述垂直杆部的底部设有圆环部，所述复位弹簧设于圆环部和螺旋钻进头之间。

12、作为本发明的进一步优选，所述摆动推料组件包括翻折式骨架、伸缩滑板和摆动铰接座，所述翻折式骨架由固定部、折弯部和摆动部组成，所述固定部固接于螺旋叶片的下方，所述摆动部和固定部之间通过能够变形的折弯部连接，所述伸缩滑板卡合滑动设于摆动部上，所述摆动铰接座固接于摆动部上。

13、通过往复升降式螺旋支架的往复升降，能够推动摆动部往复摆动，通过伸缩滑板和摆动部的相对滑动，能够使得摆动部和伸缩滑板的总长度自动与升降导向组件的长度相适应，从而起到推动碎屑朝向四周挤压的技术目的。

14、作为本发明的进一步优选，所述弹性顶撑组件包括弹性伸缩顶杆和顶撑弹簧，所述弹性伸缩顶杆的一端转动设于螺旋部上，所述弹性伸缩顶杆的另一端转动设于摆动铰接座上，所述弹性伸缩顶杆中间设有伸缩杆部，通过伸缩杆部的伸缩能够改变弹性伸缩顶杆的总长度，所述顶撑弹簧套设于弹性伸缩顶杆上，在顶撑弹簧的弹力作用下，弹性伸缩顶杆具有保持自身长度的趋势

15、通过可以伸缩并通过顶撑弹簧保持自身长度的弹性伸缩顶杆，在当前位置位于土层处时，通过弹性伸缩顶杆对摆动部的推动能够将碎屑挤入土层中，而在当前位置位于岩层处时，由于岩层无法被压缩，因此摆动部无法充分摆动，此时顶撑弹簧就会被压缩，通过弹性伸缩顶杆的自身回缩方式能够避免此种情况下发生卡死的问题。

16、作为本发明的进一步优选，所述柔性挡止罩由柔性部和弹性部组成，所述柔性部的端部固接于螺旋叶片的下方，所述柔性部设于摆动部的外部，所述弹性部的一端固接于螺旋叶片的上方，所述伸缩滑板固接于螺旋叶片的另一端处。

17、柔性部具备柔性和较小的延展性，因此柔性部能够在摆动部的支撑下提供对岩土碎屑的推力，并且能够在摆动部摆动的过程中，通过自身的小幅度收缩回弹，使得柔性部始终表现为一个流畅的曲面；弹性部具备柔性和较大的弹性，在摆动部摆动的时候，能够通过自身的收缩回弹避免柔性挡止罩发生明显褶皱，往复升降式螺旋支架上升时，又能通过弹性部的伸长允许柔性部跟随摆动部运动，更重要的是，在弹性侧向挤压机构往复挤压的过程中，通过弹性部能够保持柔性挡止罩的密封性，避免岩土碎屑进入柔性挡止罩的内部、污染内部的传动结构；旋转钻探机构和柔性挡止罩其余的固定接缝处也都通过合适的方式进行密封。

18、进一步地，所述往复挤压驱动机构包括中心轴杆和升降导向组件，所述中心轴杆转动设于旋转槽中，所述升降导向组件阵列设于中心轴杆上。

19、作为优选地，所述升降导向组件包括导向圆柱和导向凸台，所述导向圆柱固接于中心轴杆上，所述导向圆柱的侧面环形均布设有垂直滑槽和倾斜滑槽，所述垂直滑槽和倾斜滑槽交替设置，所述倾斜滑槽的一端与一个垂直滑槽的顶端贯通连接，所述倾斜滑槽的另一端与另一个垂直滑槽的底端贯通连接，所述导向凸台滑动设于垂直滑槽和倾斜滑槽中。

20、通过垂直滑槽和倾斜滑槽对导向凸台的导向，结合复位弹簧持续施加给往复升降式螺旋支架的弹力，能够在二者相对旋转的过程中，驱动往复升降式螺旋支架往复升降，进而通过往复升降式螺旋支架的升降运动来驱动摆动推料组件和弹性顶撑组件运动。

21、进一步地，所述延长杆组件包括外部套筒、内部轴杆和连接轴承，所述延长杆组件阵列设有若干组，所述外部套筒固接于空心螺旋绞龙上，所述内部轴杆固接于中心轴杆上，所述外部套筒和内部轴杆之间通过连接轴承转动连接。

22、外部套筒和内部轴杆的长度和数量，可以视实际的钻进深度情况灵活搭配。

23、采用上述结构本发明取得的有益效果如下：

24、（1）通过弹性侧向挤压机构和往复挤压驱动机构的往复运动，能够在将岩土碎屑朝上输送的过程中，同时将其朝向四周挤压，不仅避免了深处钻孔时岩土碎屑排出难度大的问题，还能通过挤压的方式对孔洞的侧壁进行加固，以便撤出钻头后进行后续的测量工作。

25、（2）通过对螺旋钻进头的挤压和旋转，一方面能够将螺旋钻进头朝向深处推进，另一方面还能通过螺旋输送槽和空心螺旋绞龙将旋转产生的岩土碎屑持续朝向上方输送，在朝向侧面挤压的过程中持续向上输送，在岩层的位置无法朝向侧面挤压时，能够将碎屑继续向上输送至土层的位置。

26、（3）通过压力传感器能够反馈螺旋钻进头朝向下方的钻进压力，通过压力能够反馈目标位置的硬度，进而判断当前钻进位置是土层还是岩层。

27、（4）通过弹性侧向挤压机构的往复运动，能够将碎屑朝向四周推动挤压，从而完成孔壁的加固和碎屑的处理。

28、（5）通过往复升降式螺旋支架的往复升降，能够推动摆动部往复摆动，通过伸缩滑板和摆动部的相对滑动，能够使得摆动部和伸缩滑板的总长度自动与升降导向组件的长度相适应，从而起到推动碎屑朝向四周挤压的技术目的。

29、（6）通过可以伸缩并通过顶撑弹簧保持自身长度的弹性伸缩顶杆，在当前位置位于土层处时，通过弹性伸缩顶杆对摆动部的推动能够将碎屑挤入土层中，而在当前位置位于岩层处时，由于岩层无法被压缩，因此摆动部无法充分摆动，此时顶撑弹簧就会被压缩，通过弹性伸缩顶杆的自身回缩方式能够避免此种情况下发生卡死的问题。

30、（7）柔性部具备柔性和较小的延展性，因此柔性部能够在摆动部的支撑下提供对岩土碎屑的推力，并且能够在摆动部摆动的过程中，通过自身的小幅度收缩回弹，使得柔性部始终表现为一个流畅的曲面；弹性部具备柔性和较大的弹性，在摆动部摆动的时候，能够通过自身的收缩回弹避免柔性挡止罩发生明显褶皱，往复升降式螺旋支架上升时，又能通过弹性部的伸长允许柔性部跟随摆动部运动，更重要的是，在弹性侧向挤压机构往复挤压的过程中，通过弹性部能够保持柔性挡止罩的密封性，避免岩土碎屑进入柔性挡止罩的内部、污染内部的传动结构；旋转钻探机构和柔性挡止罩其余的固定接缝处也都通过合适的方式进行密封。

31、（8）通过垂直滑槽和倾斜滑槽对导向凸台的导向，结合复位弹簧持续施加给往复升降式螺旋支架的弹力，能够在二者相对旋转的过程中，驱动往复升降式螺旋支架往复升降，进而通过往复升降式螺旋支架的升降运动来驱动摆动推料组件和弹性顶撑组件运动。