尾礦鉆探多功能鉆頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及巖土勘探技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種尾礦工程鉆探的多功能鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]鉆探是工程地質(zhì)勘察的基本手段，傳統(tǒng)的工程地質(zhì)鉆頭有螺旋鉆頭與回轉(zhuǎn)鉆頭。兩種鉆頭在粘性土層或砂層鉆進中，只能掘進地層與提取非原狀土樣，不能在鉆進的同時又能采取原狀試樣和進行相關(guān)的原位測試。在實際工程中實現(xiàn)鉆進、采取原狀試樣與相關(guān)的原位測試一體化的鉆探技術(shù)必能顯著提高工程地質(zhì)勘察效率與質(zhì)量，具有較大的實用價值和經(jīng)濟價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，適用于粘性土層與砂層的尾礦工程鉆探的多功能鉆頭，該鉆頭在鉆進的同時，具有采取原狀試樣，進行力學(xué)特性與物理特性測試功能一體化的多功能。
[0004]本實用新型提供的技術(shù)方案:所述一種尾礦鉆探多功能鉆頭包括金屬外管，其特征在于:所述金屬外管從鉆頭的頭端向尾端依次包括旋轉(zhuǎn)切土刀頭段、擴孔段、切樣測量段、儲樣段和上蓋段，金屬外管的各段之間通過絲扣完全鋼性連接，在旋轉(zhuǎn)切土刀頭段和擴孔段的外壁刻有正向螺紋，在上蓋段的外壁刻有反向螺紋，在儲樣段內(nèi)設(shè)有儲樣管，所述儲樣管通過多個支架固定在儲樣段內(nèi)，其上端通過儲樣管帽固定在上蓋段內(nèi)；在擴孔段內(nèi)設(shè)有標準取樣管，所述標準取樣管是由環(huán)形切刀和靜壓取樣管組成，靜壓取樣管兩端分別通過平面軸承固定在擴孔段內(nèi)，在平面軸承上設(shè)有絲扣，靜壓取樣管的前端通過前側(cè)平面軸承上的絲扣與環(huán)形切刀連接，后端通過后側(cè)的平面軸承上的絲扣與切樣測量段內(nèi)的內(nèi)管絲扣連接，確保在金屬外管轉(zhuǎn)動過程中該靜壓取樣管不轉(zhuǎn)動，而是保持靜壓的狀態(tài)，環(huán)形切刀的環(huán)形刀口伸出旋轉(zhuǎn)切土刀頭段，并在鉆頭轉(zhuǎn)動過程中通過靜壓取樣管靜壓環(huán)形切刀取樣，在松軟地層中鉆進，為增加抗轉(zhuǎn)動力，在環(huán)形切刀超前段外壁沿直徑方焊一對側(cè)翼板；在切樣測量段內(nèi)設(shè)有螺旋切樣管，所述螺旋切樣管上端與儲樣管密封連通，下端通過緩沖管與靜壓取樣管連通。
[0005]本實用新型進一步的技術(shù)方案:在切樣測量段與儲樣段連接的端口設(shè)有環(huán)形蓋板，環(huán)形蓋板的外緣與切樣測量段外管內(nèi)壁密封連接，內(nèi)緣與螺旋切樣管的外壁密封連接，在環(huán)形蓋板上開設(shè)有至少兩個上導(dǎo)流泥漿孔；在緩沖管的下端套設(shè)有環(huán)形的軸力轉(zhuǎn)換測量模塊，在軸力轉(zhuǎn)換測量模塊上開設(shè)有與環(huán)形蓋板對應(yīng)的下導(dǎo)流泥漿孔，所述軸力轉(zhuǎn)換測量模塊與環(huán)形蓋板在測量段外管與螺旋切樣管、緩沖管之間形成一個環(huán)形密封腔體，在環(huán)形密封腔內(nèi)設(shè)有與泥漿孔個數(shù)相等的泥漿管，每根泥漿管端通過環(huán)形蓋板上對應(yīng)的上導(dǎo)流泥漿孔通向儲樣段的泥漿輸送腔，下端通過軸力轉(zhuǎn)換測量模塊上對應(yīng)的下導(dǎo)流泥漿孔通向擴孔段的泥漿輸送腔，且泥漿管通入泥漿導(dǎo)流孔的部分其外管壁與泥漿孔的內(nèi)壁密封連接；所述緩沖管采用帶電極的鋼化玻璃或陶瓷直流電場掃描管，所述電極也是傳感器，是通過標準電壓加載到試樣兩側(cè)檢測試樣的電流特征參數(shù)，反映試樣的物理變化特征，在環(huán)形密封腔體內(nèi)還設(shè)有低功耗檢測存儲傳輸電路模塊和移動電源，在軸力轉(zhuǎn)換測量模塊的壓力腔設(shè)有壓力傳感器，在軸力轉(zhuǎn)換測量模塊內(nèi)設(shè)有與泥漿相通的孔，并在孔內(nèi)壁設(shè)有溫度傳感器和液位傳感器，所述電極、壓力傳感器、溫度傳感器和液位傳感器的信號輸出端均與低功耗檢測存儲傳輸電路模塊的信號輸入端連接，在切樣測量段的金屬管外壁上設(shè)有數(shù)據(jù)傳輸口和充電端口。低功耗檢測存儲傳輸電路模塊包括開關(guān)電路模塊、信號調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換單片機模塊、通訊電路模塊、存儲模塊，還可以設(shè)置無線模塊，電極、壓力傳感器、溫度傳感器和液位傳感器均通過開關(guān)電路模塊與信號調(diào)理模塊的信號輸入端連接，信號調(diào)理模塊的信號輸出端與A/D轉(zhuǎn)換單片機模塊的信號輸入端連接，A/D轉(zhuǎn)換單片機模塊與通信電路模塊信號連接，通信電路模塊的信號輸出端可以與存儲模塊連接，也可以與無線模塊連接然后輸出到外界的計算機上，還可以通過數(shù)據(jù)傳輸口輸送到外界的計算機上；所述檢測電路模塊中的傳感器以及所有模塊都與移動電源模塊連接，通過移動電源供電，移動電源與設(shè)置在外管上的充電端口連接，充電端口充電。
[0006]本實用新型進一步的技術(shù)方案:所述旋轉(zhuǎn)切土刀頭段、擴孔段和上蓋段的金屬外管均為圓臺狀管體，在旋轉(zhuǎn)切土刀頭段的小端口均勻焊接有6-8個六邊柱狀合金或人造金剛石，旋轉(zhuǎn)切土刀頭段的大口管徑與擴孔段的小口端管徑相同，并通過絲扣連接在擴孔段的小口端；切樣測量段和儲樣段均為圓柱形直管，其管徑與擴孔段和上蓋段的大口端管徑相同，且切樣測量段通過絲扣連接在擴孔段的大口端，儲樣段通過絲扣連接在上蓋段的大口端，在上蓋段的小口端設(shè)有與鉆桿連接的螺孔；所述整個鉆頭的金屬外管管臂厚度為
8-10mm，兩相鄰管段連接絲扣長度20_30mm。
[0007]本實用新型較優(yōu)的技術(shù)方案:所述軸力轉(zhuǎn)換測量模塊包括環(huán)形模塊和環(huán)形密封蓋，在環(huán)形模塊的環(huán)形部分內(nèi)設(shè)有至少三個相同活塞，最佳設(shè)三個，每個活塞的活塞腔在環(huán)形模塊的上端面對應(yīng)開設(shè)有腔口，在環(huán)形模板的上端面開設(shè)有多條用于將多個活塞腔相互連通的凹槽狀通道，所述環(huán)形密封蓋蓋合在環(huán)形模塊的上端面，將多個活塞腔完全密封；所述每個活塞的活塞桿下端通過環(huán)形底盤固定在與擴孔段連接處的平面軸承上；在環(huán)形密封蓋和環(huán)形模塊對應(yīng)多個活塞之間的位置處，開設(shè)有相互對應(yīng)的下導(dǎo)流泥漿孔；所述壓力傳感器與活塞腔相連。設(shè)置有三個活塞時，具體的方案為三根活塞的外端與刻有軸承鋼珠滑軌的圓環(huán)鋼性連接，三根活塞的壓力腔兩兩相通、并注滿液壓油，壓力傳感器、溫度傳感器、液位傳感器均固定在軸力轉(zhuǎn)換測量模塊上，壓力傳感器與活塞的壓力腔相通，溫度傳感器、液位傳感器通過小孔與管內(nèi)泥漿相通，兩根泥漿通道管通過絲扣密封連接下導(dǎo)流泥漿孔。
[0008]本實用新型較優(yōu)的技術(shù)方案:所述擴孔段的長度為為280-320mm，在擴孔段距小端1/3的位置處沿圓周等距設(shè)有三個截面為梯形的出水口，在出口上設(shè)有杠桿式活動舌，并在下鉆過程中杠桿式活動舍閉合，上提過程中杠桿式活動舍張開。
[0009]本實用新型較優(yōu)的技術(shù)方案:所述緩沖管是由帶電極的鋼化玻璃或陶瓷直流電場掃描管封裝在不銹鋼封裝管內(nèi)形成的。
[0010]本實用新型較優(yōu)的技術(shù)方案:所述儲樣管采用塑料管或不銹鋼管，一端與切樣測量段的內(nèi)螺旋切樣管插接，內(nèi)螺旋切樣管內(nèi)表面焊接螺旋切土刀，另一端通過儲樣管帽固定，在儲樣管帽的頂端設(shè)有單向閥；設(shè)置在儲樣管與儲樣段外管之間的支架采用塑料或橡膠材料制成，并通過多個具有彈性的支架將其固定在儲樣段的中軸線上，多個彈性支架的分布間距為500-600mm。
[0011]本實用新型較優(yōu)的技術(shù)方案:所述環(huán)形切刀的刀口內(nèi)徑為61.8mm-65mm，刃角10度，其前端伸出旋轉(zhuǎn)切土刀頭段10mm-30mm;所述靜壓取樣管是由兩個半圓管構(gòu)成，內(nèi)徑與土工試驗刀的外徑一致，兩端通過帶絲扣的不銹鋼平面軸承將兩個半圓管鎖成一體，并通過兩個平面軸承將其固定在擴孔段的中心軸線上。
[0012]本實用新型較優(yōu)的技術(shù)方案:所述數(shù)據(jù)傳輸口和充電端口開設(shè)在對應(yīng)低功耗檢測存儲傳輸電路模塊的外管壁上，并在外部設(shè)有高強鋼化玻璃密封窗蓋。
[0013]本實用新型的鉆頭在旋轉(zhuǎn)鉆進中，通過軸力轉(zhuǎn)換測量模塊和帶絲扣的平面軸承使靜壓取樣管靜壓直線下切土層；每回次鉆進結(jié)束，原樣留存在靜壓準取樣管的儲樣管中，擾動樣儲存在儲樣管中；每回次結(jié)束只需分別打開上蓋與旋轉(zhuǎn)切土刀頭段即可取出儲樣管與準取樣管。
[0014]本實用新型的切樣測量段段通過傳感器按程序設(shè)定的模式，記錄每回次進尺地層從上至下的物理特性與力學(xué)特性的變化電特征參數(shù)；通過比對試驗建立電特性參數(shù)與土的物理特性之間的關(guān)系、標準取樣管的阻力與土的力學(xué)指標之間的關(guān)系，可直接用于劃分地層與推算各層土的物理力學(xué)指標。
[0015]本實用新型所述的尾礦鉆探多功能鉆頭其工作原理是:通過鉆機驅(qū)動鉆頭轉(zhuǎn)動向土層鉆進時，標準取樣管切入土層后，旋轉(zhuǎn)切土刀頭破除標準取樣管外土層，通過螺旋擴孔段擠壓成孔；在鉆進時標準取樣管通過平面軸承的轉(zhuǎn)換始終保持直線靜壓下切，當土樣到達鋼化玻璃(或陶瓷)直流電場掃描管頂時，內(nèi)螺旋切樣管將高出的土柱切割提升到儲樣管存留；通過傳感器按程序設(shè)定的模式，記錄每回次進尺地層從上至下的物理特性與力學(xué)特性的變化電特征參數(shù)；通過比對試驗建立電特性參數(shù)與土的物理特性之間的關(guān)系、標準取樣管的阻力與土的力學(xué)指標之間的關(guān)系，可直接用于劃分地層與推算各層土的物理力學(xué)指標；每回次進尺標準取樣管留存一個原狀試樣；每回次結(jié)束只需分別打開上蓋與旋轉(zhuǎn)切土刀頭段即可取出儲樣管與靜壓取樣管。
[0016]本實用新型的優(yōu)點是:結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，每回次進尺在標準取樣管中留存一個原狀試樣，只需打開上蓋與旋轉(zhuǎn)切土刀頭段即可取出儲樣管與標準取樣管；在回轉(zhuǎn)鉆進的同時，標準取樣管進行靜壓取樣，通過傳感器記錄每回次進尺地層從上至下的物理特性與力學(xué)特性的變化特征；通過比對試驗建立電特性參數(shù)與土的物理特性之間的關(guān)系、標準樣管的阻力與土的力學(xué)指標之間的關(guān)系，可直接用于劃分地層與推算各層的物理力學(xué)指標；適用于粘性土層與砂土層。
【附圖說明】
[0017]圖1