孔壁支护装置以及地质勘察设备

本技术涉及水平定向钻进工程地质勘察，具体涉及一种孔壁支护装置以及地质勘察设备。

背景技术：

1、随着西部大开发、长江经济带等一系列战略规划的启动，我国超大埋深、超长距离隧道的建设量正呈爆发式增长。隧道工程设计施工需要准确探明沿线围岩体地应力、岩性、不良地质情况(如断裂带发育、岩溶地层、涌水等)等信息，避免在穿越断层、破碎带、岩溶发育区等不良地质时发生突涌水、塌方、卡机等灾害事故。传统的地质勘察主要是由地表向下的钻孔取芯，或采用高密度电法、地震反射法等物探方法，在高海拔山区实施难度大、测点数量有限、精度难以保证且造价高。非开挖水平定向钻技术(horizontal directionaldrilling，简称hdd)作为一种成熟的非开挖管道建设技术，拥有高效的导向、控向手段可实现沿预先设计轨迹钻孔，在基于水平定向钻技术的隧道地质勘察中，将传统地质勘探中的垂直钻孔改为沿隧道轴线的水平孔，再结合取芯、钻孔综合物探等技术手段和仪器装备，可大幅度提高探测线路的精度，为隧道施工提供更加有效、精准的地质数据。

2、破碎带，作为地质钻探中的一大难题，常常给钻探工作带来诸多挑战。在钻探过程中，破碎带的存在往往意味着更高的风险与不确定性，其中最为常见的便是卡钻和孔壁坍塌的问题。

3、在破碎带中，由于岩石的破碎和松散，孔壁失去足够的支撑力，容易发生坍塌，孔壁坍塌不仅可能导致钻孔报废，还可能危及钻探设备的安全，此外，孔壁坍塌还会破坏钻孔的完整性，影响后续的钻探和采样工作。

技术实现思路

1、本实用新型的主要目的是提出一种在地质勘察过程中能够支撑孔壁、避免发生坍塌的孔壁支护装置以及地质勘察设备。

2、为实现上述目的，本实用新型提出的一种孔壁支护装置，用于水平定向钻勘察地层中，所述孔壁支护装置包括：

3、气囊；

4、充气装置，与所述气囊连接，用以向所述气囊内充入气体；以及，

5、支撑骨架，沿第一方向延伸设置，且套设于所述气囊外，所述支撑骨架包括多个杆件结构和多个铰接结构，多个所述杆件结构和多个所述铰接结构沿所述第一方向依次交替设置，且各所述杆件结构在所述第一方向上的两端分别连接有一所述铰接结构，各所述铰接结构包括沿所述支撑骨架的周向分布的多个圆盘铰，各所述杆件结构包括沿所述支撑骨架的周向分布的多个连接杆，各所述连接杆的两端与其在所述第一方向上两侧的两个所述圆盘铰一一对应铰接，且各所述杆件结构中任意相邻的两个所述连接杆铰接于同一所述圆盘铰，以在所述气囊处于充气状态作用所述连接杆时，所述连接杆受力相对所述圆盘铰在一定范围内转动，以使得所述支撑骨架处于伸展状态。

6、可选地，各所述圆盘铰与其铰接的连接杆之间设有固定结构，所述固定结构包括相适配的凸部和凹槽，所述凸部和所述凹槽中之一设于所述圆盘铰，另一设于所述连接杆与该圆盘铰相对应的部位，以在所述连接杆受力相对所述圆盘铰转动至一预设角度时，所述凸部和所述凹槽适配卡接，以使得所述支撑骨架处于伸展固定状态。

7、可选地，位于所述支撑骨架两端的两个所述铰接结构中的各圆盘铰上铰接有两个所述连接杆，位于所述支撑骨架中部的各所述铰接结构中的各圆盘铰上铰接有四个所述连接杆；

8、各所述圆盘铰的中部设有铰接轴，以与所述连接杆铰接；

9、各所述圆盘铰上开设有四个所述凹槽，四个所述凹槽设于所述铰接轴的外周，且沿所述圆盘铰的周向间隔分布；

10、各所述连接杆上设有两个所述凸部，以在其转动至所述预设角度时，两个所述凸部和与该连接杆相铰接的两个所述圆盘铰上的凹槽一一对应卡接。

11、可选地，所述孔壁支护装置还包括控制器，所述控制器与所述充气装置电连接。

12、可选地，所述孔壁支护装置还包括压力传感器，所述压力传感器设于所述气囊，用以检测所述气囊内压力；

13、所述控制器与所述压力传感器电连接。

14、可选地，所述气囊具有充气接口和放气接口，所述充气接口与所述充气装置连接，所述放气接口上设有安全阀；

15、所述控制器与所述安全阀电连接。

16、可选地，所述气囊的外表面设有防滑层。

17、可选地，所述气囊的材料包括增强型尼龙材料或聚酯纤维材料。

18、可选地，所述孔壁支护装置还包括抽离组件，所述抽离组件包括：

19、连接绳，其一端与所述气囊连接；以及，

20、驱动件，与所述连接绳的另一端驱动连接，以驱动所述连接绳带动所述气囊沿远离所述支撑骨架的方向活动。

21、本实用新型还提供一种地质勘察设备，所述地质勘察设备包括：

22、水平定向钻；以及，

23、孔壁支护装置，所述孔壁支护装置可拆卸地安装于所述水平定向钻的钻头的前端；

24、其中，所述孔壁支护装置包括：

25、气囊；

26、充气装置，与所述气囊连接，用以向所述气囊内充入气体；以及，

27、支撑骨架，沿第一方向延伸设置，且套设于所述气囊外，所述支撑骨架包括多个杆件结构和多个铰接结构，多个所述杆件结构和多个所述铰接结构沿所述第一方向依次交替设置，且各所述杆件结构在所述第一方向上的两端分别连接有一所述铰接结构，各所述铰接结构包括沿所述支撑骨架的周向分布的多个圆盘铰，各所述杆件结构包括沿所述支撑骨架的周向分布的多个连接杆，各所述连接杆的两端与其在所述第一方向上两侧的两个所述圆盘铰一一对应铰接，且各所述杆件结构中任意相邻的两个所述连接杆铰接于同一所述圆盘铰，以在所述气囊处于充气状态作用所述连接杆时，所述连接杆受力相对所述圆盘铰在一定范围内转动，以使得所述支撑骨架处于伸展状态。

28、本实用新型的技术方案中，所述孔壁支护装置包括气囊、充气装置以及支撑骨架，在水平定向钻勘察作业中，将所述孔壁支护装置放置于已经勘察过的破碎带中，此时，所述气囊和所述支撑骨架均处于收缩状态，再通过所述充气装置向所述气囊内充气，所述气囊处于充气状态，并作用所述支撑骨架的连接杆，使得所述连接杆受力相对所述圆盘铰转动，各所述杆件结构中任意相邻的两个连接杆的角度增大，所述支撑骨架处于伸展状态，抵接于岩层内壁，对破碎带岩层进行稳定支撑，避免孔壁坍塌或者破碎带的碎石碎块损伤钻探设备，保护钻孔的完整性。

技术特征：

1.一种孔壁支护装置，用于水平定向钻勘察地层中，其特征在于，所述孔壁支护装置包括：

2.如权利要求1所述的孔壁支护装置，其特征在于，各所述圆盘铰与其铰接的连接杆之间设有固定结构，所述固定结构包括相适配的凸部和凹槽，所述凸部和所述凹槽中之一设于所述圆盘铰，另一设于所述连接杆与该圆盘铰相对应的部位，以在所述连接杆受力相对所述圆盘铰转动至一预设角度时，所述凸部和所述凹槽适配卡接，以使得所述支撑骨架处于伸展固定状态。

3.如权利要求2所述的孔壁支护装置，其特征在于，位于所述支撑骨架两端的两个所述铰接结构中的各圆盘铰上铰接有两个所述连接杆，位于所述支撑骨架中部的各所述铰接结构中的各圆盘铰上铰接有四个所述连接杆；

4.如权利要求1所述的孔壁支护装置，其特征在于，所述孔壁支护装置还包括控制器，所述控制器与所述充气装置电连接。

5.如权利要求4所述的孔壁支护装置，其特征在于，所述孔壁支护装置还包括压力传感器，所述压力传感器设于所述气囊，用以检测所述气囊内压力；

6.如权利要求5所述的孔壁支护装置，其特征在于，所述气囊具有充气接口和放气接口，所述充气接口与所述充气装置连接，所述放气接口上设有安全阀；

7.如权利要求1所述的孔壁支护装置，其特征在于，所述气囊的外表面设有防滑层。

8.如权利要求1所述的孔壁支护装置，其特征在于，所述气囊的材料包括增强型尼龙材料或聚酯纤维材料。

9.如权利要求1所述的孔壁支护装置，其特征在于，所述孔壁支护装置还包括抽离组件，所述抽离组件包括：

10.一种地质勘察设备，其特征在于，所述地质勘察设备包括：

技术总结本技术公开一种孔壁支护装置以及地质勘察设备，涉及水平定向钻进工程地质勘察技术领域，包括气囊、充气装置以及支撑骨架，充气装置与气囊连接；支撑骨架沿第一方向延伸，套设气囊外，包括沿第一方向依次交替设置的多个杆件结构和多个铰接结构，各杆件结构在第一方向上的两端分别连接有一铰接结构，各铰接结构包括沿支撑骨架周向分布的多个圆盘铰，各杆件结构包括沿支撑骨架周向分布的多个连接杆，各连接杆的两端与其在两侧的两个圆盘铰一一对应铰接，且各杆件结构中任意相邻两个的两个连接杆铰接于同一圆盘铰，以在气囊处于充气状态作用连接杆时，连接杆受力转动，以使得支撑骨架处于伸展状态，对破碎带岩层进行稳定支撑，避免坍塌。技术研发人员：王鑫燚,闫雪峰,曾聪受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）技术研发日：20240531技术公布日：2025/1/6