一种地质勘察防塌孔取样器的制作方法

本发明涉及钻孔取样，具体为一种地质勘察防塌孔取样器。

背景技术：

1、地质勘察是工程建设、矿产资源勘探、地质灾害防控等领域的基础性工作，其核心目的是通过对地下岩土体的取样、检测与分析，精准获取目标层位岩土体的物理性质、力学参数、厚度分布及地层状态等关键信息，为后续工程设计、施工方案制定及风险评估提供科学依据。其中，钻孔取样作为地质勘察中应用最广泛、最直接的取样方式，其取样质量直接决定了勘察数据的真实性与可靠性，进而影响整个工程建设的安全性与经济性，一旦取样出现偏差，可能导致工程设计失误、施工隐患排查不及时，引发严重的工程事故和经济损失。

2、在实际钻孔取样作业过程中，塌孔是最为常见且危害极大的技术难题，尤其在松散土层、破碎岩层、流沙层、软土及淤泥层等不稳定地层中，塌孔现象频发且防控难度较大。钻孔取样的核心要求是获取目标层位的纯净岩土样品，确保样品未被污染、未发生混样，然而塌孔会直接破坏这一核心要求——钻孔过程中孔壁失稳坍塌后，上部松散土、碎石、杂物会大量掉进孔内，与目标层位的岩土样直接混合，导致样品失真、组分紊乱，无法准确判断该层土的性质、厚度和状态，最终使得该批次勘察数据失效，勘察结果直接报废。

3、为解决塌孔问题，现有技术中已采用多种辅助防塌孔手段，如泥浆护壁法、套管护壁法等，同时配套使用各类取样器进行取样作业，常见的取样器包括敞口取土器、活塞取土器、双管单动取土器及绳索取心取样装置等。其中，泥浆护壁法通过配制专用泥浆形成泥皮、利用水位差顶住孔壁，成本较低但防塌效果受泥浆性能和地层条件影响较大，在流沙层、强渗水地层中难以有效阻止塌孔，且泥浆易混入取样腔造成样品污染；套管护壁法通过钢管物理支撑孔壁，防塌效果较好，但操作繁琐、效率低下，且取样过程中套管的提拉易扰动孔壁，仍可能引发局部塌孔，导致上部杂物混入目标样品。

4、此外，现有取样器在设计上多侧重取样效率或单一防塌功能，未充分考虑塌孔后上部杂物混入的核心痛点，缺乏针对性的防混样隔离机构和即时防护机制。当发生轻微塌孔时，操作人员难以快速察觉并采取补救措施，上部杂物会持续混入目标样品；当发生严重塌孔时，不仅会导致取样失败、勘察结果报废，还可能造成埋钻、卡钻等设备故障，延误勘察工期、增加勘察成本，甚至威胁现场作业人员的人身安全。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种地质勘察防塌孔取样器，旨在改善钻孔取样过程中孔壁坍塌污染样品的问题。

2、本发明是这样实现的：

3、一种地质勘察防塌孔取样器，包括挖机和钻孔取样机构，钻孔取样机构安装在挖机的工作端，还包括防护机构和甩飞机构；防护机构设置为上下贯通结构，且防护机构套设在钻孔取样机构的外侧，同时防护机构的底部临近钻孔取样机构的底部设置，另外防护机构随着钻孔取样机构伸入钻孔区域；甩飞机构转动安装在防护机构顶部，从防护机构顶部输出的土壤落在甩飞机构上，且土壤被抛洒至其他位置。

4、优选的，钻孔取样机构包括中心轴和安装在中心轴外侧的螺旋叶，螺旋叶底部设置有缺口，缺口下方的螺旋叶位于防护机构的下方，缺口上方的螺旋叶位于防护机构的内侧。

5、优选的，在中心轴的底部安装有底锥，在螺旋叶的底部安装有钻爪。

6、优选的，在中心轴的顶部安装有顶壳和液压驱动器件；液压驱动器件位于顶壳的内侧，且用于连接中心轴和挖机的工作端；顶壳转动设置在中心轴上，且与挖机的工作端相连。

7、优选的，防护机构包括从上至上依次分布的第一管体、第二管体和连接器件，第一管体与第二管体可拆卸相连，第二管体和连接器件也可拆卸相连，且连接器件套置在顶壳的外侧。

8、优选的，连接器件的顶部套设在顶壳的外侧，且设置有上下两层的连孔，贯穿设置在连孔处的螺栓端部螺纹插入顶壳内；连接器件的底部沿其圆周方向设置有多个u型槽，u型槽的开口朝下；在第二管体的外侧壁固定设置有多根螺柱；螺柱贯穿u型槽设置，且端部套设有螺母。

9、优选的，在第一管体的顶部设置有第一外螺纹管，在第二管体底部的内侧设置有第一内螺纹槽，第一外螺纹管螺纹插入第一内螺纹槽内；在第一管体和第二管体的端部分别设置有第一凹槽和第二凹槽，在正对的第一凹槽和第二凹槽处插接有锯齿条。

10、优选的，在第一管体底部的内侧设置有第二内螺纹槽，在第二内螺纹槽处插接有第二外螺纹管，第二外螺纹管的内侧壁设置有凹陷槽。

11、优选的，甩飞机构包括两个对称设置的拼接壳和液压马达，两个拼接壳组成的柱体壳外侧底部设置有从动齿圈，在从动齿圈的外侧啮合设置有驱动齿轮，驱动齿轮安装在液压马达的动力输出轴上。

12、优选的，液压马达安装在连接器件的托置板上；两个拼接壳组成的柱体套设在连接器件上，且在柱体空间和连接器件正对的环形槽内安装有滚珠。

13、本发明针对传统地质勘察取样器在松散土层、破碎岩层等易塌孔地层中，易出现孔壁坍塌、坍塌杂物混入样品导致样品污染、无法获取纯净目标层位样品的核心痛点，本装置设置专属防护机构。通过可拼接的第一管体、第二管体组成隔离屏障，形成封闭的钻孔与土壤输送通道，从源头阻挡孔壁坍塌物进入取样区域；同时，螺旋叶与防护机构配合形成封闭输送路径，土壤样品经螺旋叶输送过程中不与外界坍塌杂物接触，确保目标层位样品纯净无污染，有效解决了传统取样器塌孔污染样品、取样质量不达标的关键问题，为地质勘察数据的准确性提供了核心保障。

14、本发明解决传统取样器钻孔过程中土壤堆积在孔口，易引发二次塌孔，且需人工清理孔口土壤、工序繁琐、劳动强度大的痛点。本装置集成液压马达驱动的甩飞机构，钻孔产生的土壤经螺旋叶输送至防护机构顶部后，落入高速转动的柱体壳内，在离心力作用下被快速抛洒至远离孔口的指定区域，实现土壤自动、高效排土，无需人工清理孔口堆积物。既杜绝了孔口土壤堆积导致的二次塌孔风险，又大幅减少了人工投入，简化了作业工序，单孔取样效率较传统设备提升，尤其适配大规模、高密度地质勘察场景。

1.地质勘察防塌孔取样器，包括挖机（1）和钻孔取样机构（4），所述钻孔取样机构（4）安装在挖机（1）的工作端，其特征在于，还包括防护机构（3）和甩飞机构（2）；所述防护机构（3）设置为上下贯通结构，且所述防护机构（3）套设在钻孔取样机构（4）的外侧，同时所述防护机构（3）的底部临近钻孔取样机构（4）的底部设置，另外所述防护机构（3）随着钻孔取样机构（4）伸入钻孔区域；所述甩飞机构（2）转动安装在防护机构（3）顶部，从所述防护机构（3）顶部输出的土壤落在甩飞机构（2）上，且土壤被抛撒至其他位置。

2.根据权利要求1所述的地质勘察防塌孔取样器，其特征在于，所述钻孔取样机构（4）包括中心轴（41）和安装在中心轴（41）外侧的螺旋叶（45），所述螺旋叶（45）底部设置有缺口（43），所述缺口（43）下方的螺旋叶（45）位于防护机构（3）的下方，所述缺口（43）上方的螺旋叶（45）位于防护机构（3）的内侧。

3.根据权利要求2所述的地质勘察防塌孔取样器，其特征在于，在所述中心轴（41）的底部安装有底锥（44），在所述螺旋叶（45）的底部安装有钻爪（42）。

4.根据权利要求3所述的地质勘察防塌孔取样器，其特征在于，在所述中心轴（41）的顶部安装有顶壳（46）和液压驱动器件（47）；所述液压驱动器件（47）位于顶壳（46）的内侧，且用于连接中心轴（41）和挖机（1）的工作端；所述顶壳（46）转动设置在中心轴（41）上，且与挖机（1）的工作端相连。

5.根据权利要求4所述的地质勘察防塌孔取样器，其特征在于，所述防护机构（3）包括从上至上依次分布的第一管体（31）、第二管体（32）和连接器件（33），所述第一管体（31）与第二管体（32）可拆卸相连，所述第二管体（32）和连接器件（33）也可拆卸相连，且所述连接器件（33）套置在顶壳（46）的外侧。

6.根据权利要求5所述的地质勘察防塌孔取样器，其特征在于，所述连接器件（33）的顶部套设在顶壳（46）的外侧，且设置有上下两层的连孔（331），贯穿设置在连孔（331）处的螺栓端部螺纹插入顶壳（46）内；所述连接器件（33）的底部沿其圆周方向设置有多个u型槽（333），所述u型槽（333）的开口朝下；在所述第二管体（32）的外侧壁固定设置有多根螺柱；螺柱贯穿u型槽（333）设置，且端部套设有螺母。

7.根据权利要求5所述的地质勘察防塌孔取样器，其特征在于，在所述第一管体（31）的顶部设置有第一外螺纹管（311），在所述第二管体（32）底部的内侧设置有第一内螺纹槽（322），所述第一外螺纹管（311）螺纹插入第一内螺纹槽（322）内；在所述第一管体（31）和第二管体（32）的端部分别设置有第一凹槽（312）和第二凹槽（321），在正对的所述第一凹槽（312）和第二凹槽（321）处插接有锯齿条（323）。

8.根据权利要求7所述的地质勘察防塌孔取样器，其特征在于，在所述第一管体（31）底部的内侧设置有第二内螺纹槽（313），在所述第二内螺纹槽（313）处插接有第二外螺纹管（314），所述第二外螺纹管（314）的内侧壁设置有凹陷槽（315）。

9.根据权利要求5所述的地质勘察防塌孔取样器，其特征在于，所述甩飞机构（2）包括两个对称设置的拼接壳（21）和液压马达（22），两个所述拼接壳（21）组成的柱体壳外侧底部设置有从动齿圈（24），在所述从动齿圈（24）的外侧啮合设置有驱动齿轮（23），所述驱动齿轮（23）安装在液压马达（22）的动力输出轴上；在所述拼接壳（21）的上侧面均匀设置有多个凸起（25）。

10.根据权利要求9所述的地质勘察防塌孔取样器，其特征在于，所述液压马达（22）安装在连接器件（33）的托置板（34）上；两个所述拼接壳（21）组成的柱体套设在连接器件（33）上，且在柱体空间和连接器件（33）正对的环形槽（332）内安装有滚珠（26）。