[发明专利]一种完整硬岩中便携式钻机高效取芯方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种完整硬岩中便携式钻机高效取芯技术，是用于完整程度较高的硬质岩石钻孔的一种简捷快速取芯手段，切断技术与套取手段的有机结合可在完整硬岩中实现全钻孔岩芯的快速获取。本发明同时适用于便携式钻机由浅至深钻进时常遇的深部卡钻难题的快速排解。

背景技术

岩体力学、水力学研究所需岩芯大多由钻机钻取，通常低完整性、低强度岩芯可在钻具扭转力及紧裹力的共同作用下套取出来；而完整程度较高的硬质岩石如花岗岩、安山岩，因其颗粒联接紧密，抗压、抗剪强度很高，常规钻机仅靠钻头的磨削与振动很难使岩芯根部与母岩顺利断裂分离，导致钻具磨损严重而取芯率低的困局出现，人力、物力、财力消耗巨大。本发明通过在岩芯跟空心钻头内壁的间隙间填塞事先绑扎好的铁丝束，钻杆旋转时岩芯、铁丝束、钻头内壁三者在狭小间隙内形成高强扭力，使得岩芯与母岩一次性损伤断裂，然后在套取设备的紧固提拉下实现深孔硬芯的快速获取。为完整岩芯的全钻孔获取提供有力技术保障。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对便携式钻机在完整度较高的硬岩中钻进时常遇的岩芯根部难以切断或切断后难以顺利取出而导致钻头磨损快、取芯率低的难题，本发明提供一种完整硬岩钻进过程中有效切断岩芯与母岩的连接后快速套固提出的方法手段。

本发明采取的技术方案是：

a、在待取岩芯所在的地表浅层，用钻机钻取盲孔，清除盲孔内的破碎岩芯；

b、在步骤a所述的钻机上加长钻杆，在所述盲孔的基础上继续向下层钻进；当钻杆端头的空心钻头内填满完整岩芯时，停止钻进；

c、将步骤b中的钻杆稍稍向上提起，使得空心钻头的内壁与岩芯之间留出一定间隙；

d、由钻杆顶端孔塞入填充物至步骤c所述的间隙内；

e、启动钻机，在强大瞬间扭力作用下岩芯根部损伤断裂；停止钻机，取出钻杆和空心钻头；

f、在盲孔内放入孔内定位成像设备对盲孔内岩芯损伤裂纹位置进行定位和记录；

g、取出盲孔内孔内定位成像设备；

h、在盲孔内放入深孔岩芯套取设备，取出岩芯样品。

所述步骤a中盲孔的深度为80-100cm。

所述步骤c中所述的间隙为0.5-1cm。

所述步骤d中的填充物为事先缠绕好的铁丝束。

所述步骤h中的深孔岩芯套取设备设置在岩芯损伤裂纹位置上方的5-8cm处。

深孔岩芯套取设备包括固定杆、导向环、滑动杆、滑动环和伸缩套环；滑动环固定在滑动杆的上端并与固定杆套连，导向环固定在固定杆上且与滑动杆套连，伸缩套环的一端固定在固定杆的下端，其另一端固定在滑动杆的下端。

为了能更好的适用于不同深度孔的岩芯的套取，扩展其应用范围和重复利用率，同时便于携带、减小作业空间、适用范围更大，本发明所述固定杆为伸缩杆或折叠杆。

定位成像设备包括导向杆、标尺、反光镜、数据线和信号处理器；数据线固定在导向杆上，反光镜固定在导向杆上，标尺和导向杆伸入测量孔内，数据线的一端头设有摄像头，另一端与信号处理器相连。

为了能更好的适用于不同深度观察孔的探测，扩展其应用范围和重复利用率，同时便于携带、减小作业空间、适用范围更大，本发明所述导向杆为伸缩杆或折叠杆。

有益效果

本发明与现有技术相比：1、本发明针对性强、套取成功率高。岩芯根部在强大瞬间扭力作用下损伤断裂，在孔内定位成像设备的辅助下可精确获取岩芯损伤裂纹位置信息，进而可将套取设备针对性下放至岩芯最佳受力位置，大大提高套取成功率；2、本发明适用范围广、重复利用率高。所用的大范围伸缩套环和长距离伸缩杆件可满足多种孔径及不同孔深的作业需求；3、本发明简便、快速、连贯性强。待便携式钻机钻进至预定深度，空心钻头内腔填满完整岩芯后将铁丝束由钻杆顶端孔塞至钻头内壁与岩芯间的间隙，再次起钻可实现岩芯根部的损伤断裂，接着用孔内定位成像设备查明损伤裂纹部位后针对性下放套取设备至最佳受力位置，适当调节设备滑动杆使伸缩套环紧固岩芯后便可一次性提拉取出。操作程序简明、步骤连贯、效率较高。

附图说明

图1是本发明的深孔岩芯套取设备的结构示意图。

图2是本发明的转取岩芯时扭断岩芯的结构示意图。

图3是本发明的提取岩芯的结构示意图。

图4是本发明的孔内定位成像设备的结构示意图。

其中，1、固定杆，2、导向环，3、滑动杆，4、滑动环，5、伸缩套环，6、钻头，7、铁丝束，8、岩芯，9、岩芯损伤断裂面。

具体实施方式