一种物探和钻探集成探头的制作方法

1.本发明涉及地质勘探技术领域，特别是涉及一种物探和钻探集成探头。


背景技术：

2.在地质勘查中，常常采用钻探和物探两种勘查手段，获取地质的基本信息和物理参数。通过获取的地质资料和现场观察进行地质现象分析，最终构建勘查区域的地质全信息模型，为工程提供基础资料。勘查区域的地表及可见区域的测量，一般归纳为测绘类的地理信息系统。钻探通常借助钻机，通过钻头采集地下深度范围以内的原状地质样本，通过对采集的地质样本进行室内试验，获取基本物理参数，通过测量的物理参数和地质钻探点位布置的结合，以点带面构筑地层信息模型；物探基于地下岩土体、矿物和水等物质的物理性质差异，例如电性、密度、弹性、磁性等，通过电磁、重力、雷达、放射等手段进行测探。
3.钻探和物探之间在技术、测量目的和测量方法上存在差别。比较而言，钻探利用工程机械开采获取原位样本，因此地质资料相对准确，常被勘查工作采用，但是钻探无法获取地层的完整信息，对于复杂地质条件，钻孔布置密集，加重工作成本。物探技术主要通过对物理理论成果的转化，借助先进的探测设备，实现对地层的接触或非接触式测量。随着理论和仪器设备的发展，物探技术能够对地下岩土形态及规模分布等工作进行有效的探测，相对探测成本低，效率高。
4.目前，物探与钻探通常是分开来操作的，尚未有能够满足同时操作需求的装置。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于至少一定程度上克服现有技术的不足。
6.为达到上述目的，本发明提供了一种物探和钻探集成探头，包括钻头、若干串接的勘探节段和透明样本采集管；所述勘探节段包括结构外壳和内套筒，所述结构外壳为两端开口的圆筒形，所述内套筒套设于所述结构外壳内，所述结构外壳与所述内套筒所构成的环形空间用于布置勘查仪器，相邻两个结构外壳端部可拆卸连接，相邻两个内套筒端部可拆卸连接，所述钻头包括筒状钻头本体、传动套筒、环状底盘和叶片式旋转开合机构，所述筒状钻头本体的顶端与相邻的所述勘探节段的结构外壳可拆卸连接，所述传动套筒设置于所述钻头本体内，与所述筒状钻头本体可转动连接，所述传动套筒顶端与相邻的所述勘探节段的内套筒可拆卸式连接，所述环状底盘与所述钻头本体的内壁连接，所述传动套筒底部设置有环状转盘，所述叶片式旋转开合机构位于所述底盘和所述转盘之间，通过所述底盘和所述转盘之间的扭转实现开合，所述透明样本采集管插入所述内套筒，并位于所述叶片式旋转开合机构上方。
7.在一些实施方式中，所述底盘沿其周向方向设有若干第一转动导向槽，所述转盘沿其周向方向设有若干第二转动导向槽，所述叶片式旋转开合机构的叶片上设置有销钉，所述销钉的上下端分别插入所述第二转动导向槽和所述第一转动导向槽。
8.在一些实施方式中，所述传动套筒通过轴承与所述钻头本体可转动连接。
9.在一些实施方式中，还包括传动连接件，所述传动连接件与距离所述钻头最远的内套筒的端部可拆卸连接。
10.在一些实施方式中，所述内套筒的端部与所述结构外壳之间设置有轴承。
11.在一些实施方式中，所述勘探节段设置有位于所述内套筒和所述结构外壳之间的导电滑环。
12.在一些实施方式中，所述透明样本采集管的顶部设有封堵片，且所述封堵片上设有通气口。
13.在一些实施方式中，所述勘查仪器包括重力仪、磁力仪、电法勘查仪、地震仪、声波仪、辐射仪和/或数字通讯模块。
14.本发明的物探和钻探集成探头，结合钻探获取原位样本和物探广泛测量的两种优势，集成了物探和钻探两种技术的优点，可相互校正提高测量的准确程度，为下一步的勘查工作提供优化依据。
15.本发明的集成探头是一种可以组装的集成了物探传感器和同步获取原位样本的测量探头，可有效减少勘查井的数量，节省人力和时间，节约成本。
16.根据下文结合附图对本发明的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
17.后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
18.图1是根据本发明一个实施例的物探和钻探集成探头的整体结构示意图；
19.图2是图1所示物探和钻探集成探头的钻头的结构示意图；
20.图3是图2所示钻头的爆炸示意图；
21.图4是图1所示物探和钻探集成探头的勘探节段的结构示意图。
22.图5是图4所示勘探节段中轴承的局部结构示意图；
23.图6是图1所示物探和钻探集成探头的透明样本采集管的结构示意图；
24.图7是图6中b部分的放大示意图；
25.图8是图1所示物探和钻探集成探头的传动连接件的结构示意图；
26.图9是图3所示钻头中叶片式旋转开合机构的展开状态图；
27.图10是图3所示钻头中叶片式旋转开合机构的封闭状态图。
28.附图标记：
29.钻头本体-1；底盘-101；连接承口-102；第一转动导向槽-103；叶片式旋转开合机构-2；销钉-201；传动套筒-3；第一连接螺纹-301；转盘-302；第二转动导向槽-303；第一轴承-4；结构外壳-5；插口-501；承口-502；第二轴承-6；接线槽-601；内套筒-7；内螺纹-701；钻头-8；勘探节段-9；透明样本采集管-10；通气口-1001；封堵片-1002；传动连接件-11；第二连接螺纹-1101。
具体实施方式
30.图1是根据本发明一个实施例的物探和钻探集成探头的整体结构示意图。参见图1，本发明实施例提供一种物探和钻探集成探头，包括钻头8、若干勘探节段9、透明样本采集管10(参见图6)、传动连接件11。勘探节段9内可放置各种类型的勘探仪器模块，例如重力勘探模块(安装有重力仪)、磁法勘探模块(安装有磁力仪)、电法勘探模块(安装有电法勘查仪)、地震勘探模块(安装有地震仪)、声波勘探模块(安装有声波仪)、放射勘探模块(安装有辐射仪)和数字通讯模块等等，其中数字通讯模块可用于将所勘探的数据存储和传递至数据采集系统。各个模块之间可以相互匹配，依据测量指标灵活调整，配合重新设计的勘查方案可以减少勘探的任务量和提高勘查精度。勘探节段9的数量可以根据勘探目标进行调整，并且，各个勘探节段9之间的组合顺序也可以按照需要进行调整。
31.图2是图1所示物探和钻探集成探头的钻头8的结构示意图。图3是图2所示钻头8的爆炸示意图。参见图2及图3，钻头8包括：钻头本体1以及设置于所述钻头本体1内的传动套筒3、底盘101和叶片式旋转开合机构2。图4是图1所示物探和钻探集成探头的勘探节段9的结构示意图。参见图4，所述勘探节段9包括：结构外壳5和内套筒7，相邻两个结构外壳5端部可拆卸相连，相邻两个内套筒7端部可拆卸相连。
32.如图3所示，钻头本体1顶端具有连接承口102，用于与结构外壳5的插口501可拆卸地相连接。底盘101设置于所述钻头本体1内，所述底盘101为一连接于所述钻头本体1内壁的环形结构，所述底盘101沿其周向方向设有若干第一转动导向槽103。所述传动套筒3顶端外侧设有第一连接螺纹301，而内套筒7的端部设有内螺纹701，从而传动套筒3可以与内套筒7的一端可拆卸连接，当传动套筒3与内套筒7螺纹连接时可将内套筒7的扭矩传递给传动套筒3。所述传动套筒3底端设有转盘302且所述转盘302上设有若干第二转动导向槽303。叶片式旋转开合机构2位于所述底盘101和所述转盘302之间，叶片式旋转开合机构2包括多个叶片，各叶片分别通过销钉201的两端与一个第二转动导向槽303和一个第一转动导向槽103上下连接，从而当第二转动导向槽303正转带动销钉201远离圆心时使得叶片式旋转开合机构2打开形成一圆形缺口，当第二转动导向槽303反转带动销钉201靠近圆心时使得叶片式旋转开合机构2闭合而构成一封闭平面，所述正转与反转是相对而言的。这样可以通过转盘302、底盘101及销钉201的扭转配合来控制叶片式旋转开合机构2的开合，实现原位样本的钻取和切割封闭。图9是图3所示钻头中叶片式旋转开合机构2的展开状态图。如图9所示，叶片式旋转开合机构2中间构成一圆形缺口，便于物探和钻探集成探头在采样时供原位样本通过。图10是图3所示钻头中叶片式旋转开合机构2的封闭状态图。如图10所示，叶片式旋转开合机构2闭合形成一封闭面，便于采样完毕后切割和封闭勘察原位样本。
33.如图2及图3所示，所述钻头8还包括第一轴承4，固定连接于所述钻头本体1与所述传动套筒3之间。具体地，第一轴承4焊接于钻头本体1与传动套筒3之间，为传动套筒3的转动提供导向。
34.如图4所示，结构外壳5为两端开口的圆筒形，其底端具有插口501，而顶端具有承口502，所述插口501和所述承口502分别用于可拆卸地连接所述钻头8或另一结构外壳5，相邻的结构外壳5之间通过承口502和插口501相互连接。相互连接的插口501和承口502之间还可设置密封圈。内套筒7套设于所述结构外壳5内，所述内套筒7的内部用于插入所述透明样本采集管10，所述结构外壳5与所述内套筒7所构成的环形空间用于布置勘查仪器，一般
将勘查仪器固定于内套筒7的外壁上。
35.内套筒7两端分别设有外螺纹和内螺纹701，用于内套筒7与传动套筒3之间以及相邻内套筒7之间的可拆卸连接。钻头8的传动套筒3顶端的第一连接螺纹301与一个内套筒7的内螺纹701相连接，而该内套筒7另一端的外螺纹与另一内套筒7的内螺纹701相连接，以此串接构成完整的内套筒7结构，扭矩能够从顶端的内套筒7传递至底部的传动套筒3。
36.如图4及图5所示，所述内套筒7的两端部外侧分别安装有第二轴承6，为内套筒7的转动提供导向。所述勘探节段9还可包括位于结构外壳5和内套筒7之间的导电滑环，设置在内套筒7的一端，可以位于第二轴承6的上侧或者下侧。为便于走线，可在第二轴承6上设置接线槽601，本实施例具体设置在其内壁上。使用导电滑环可以更好地保障在内套筒7扭转状态下数据的有线传输。
37.图6是图1所示物探和钻探集成探头的透明样本采集管10的结构示意图。参见图6，透明样本采集管10采用透明材质制作，例如为有机玻璃材质的一端封堵的圆管，可穿越多个内套筒7构成的探头内部区域。图7是图6中b部分的放大示意图。参见图7，所述透明样本采集管10的顶部设有封堵片1002，且所述封堵片1002上设有通气口1001。当探头钻探入勘探深度后配合叶片式旋转开合机构2扭转，可以抽出观测原位样本。透明样本采集管10封堵设置通气口1001，方便样本进入后排气。
38.本发明的物探和钻探集成探头，通过将内套筒7套设于结构外壳5内部，并将内套筒7的内部插入透明样本采集管10，用于采取原位样本并将其封存完整，提高样本的精度；结构外壳5与内套筒7所构成的环形空间用于布置勘查仪，可依据地质条件和勘探目标进行灵活性布置，可适用于基础地质、隧道或水利等应用场景。
39.如图1所示，所述传动连接件11与距离所述钻头8最远的内套筒7的端部采用可拆卸连接。图8是图1所示物探和钻探集成探头的传动连接件11的结构示意图。参见图8，所述传动连接件11的一端内侧设有第二连接螺纹1101，用于与顶部的内套筒7端部的外螺纹连接，作为叶片式旋转开合机构2开合的动力传递机构。
40.如图1所示，钻头8与若干勘探节段9组装之后，内套筒7与传动套筒3共同组成了可插入透明样本采集管10的区域，透明样本采集管10插入至叶片式旋转开合机构2上方，透明样本采集管10可例如通过其外壁设置的一个或多个橡胶圈与内套筒7的内壁之间保持相对固定。在勘测点通过静压或者钻机将探头压入土层，在探头钻入地层的同时，透明样本采集管10同步收集原位样本。到达勘探点后旋转传动连接件，通过内套筒和传动套筒的转动带动叶片式旋转开合机构闭合切断并且密封土样，随后抽出样本采集管，保存土样。透明样本采集管10上面设置了通气口1001，防止原位样本被压缩空气抵挡，不能完整装填的情况。
41.基于本发明提供的技术方案，地质勘探工作可以进行如下优化流程：
42.1)明确勘查任务书，确定需要勘探的测量项目；
43.2)确定所要使用的测量模块并进行组装；
44.3)首先采用初步设计中的随机一处勘探点位，布置探头获得钻探样本和物探数据，两种模式下所获得的数据进行初步验证；
45.4)在物探范围内选择另外一处勘探点位，布置探头获得钻探样本和物探数据。在两种模式的相互验证的条件下，进行探点之间的测量数据验证；
46.5)依据现有结果，动态优化勘探点位。
47.本发明提供的上述技术方案，具有以下优点：
48.1.原位样本的采取和封存完整，提高样本的精度；
49.2.可依据地质条件和勘探目标灵活组在勘查节段内放置勘查仪器模块，应用场景丰富，例如基础、隧道和水利等；
50.3.集成物探和钻探两种技术的有点，可相互校正提高测量的准确程度，为下一步的勘查工作提供优化依据；
51.4.可有效减少勘查井的数量，节省人力和时间，节约成本。
52.需要注意的是，除非另有说明，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
53.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。