[发明专利]一种地质矿产勘查PDC取芯钻及其装配设备和方法

说明书

本发明涉及一种地质矿产勘查PDC取芯钻及其装配设备和方法，属于钻探设备技术领域，取芯钻包括刀翼部分和钻杆，刀翼部分包括头部和保径部；头部均匀设有若干U型凹槽，头部上均匀设有若干排齿；取芯钻的钻杆上设有锥形部，锥形部的外径由远离刀翼部分的一端向靠近刀翼部分的一端逐渐缩小，锥形部内活动嵌有一排沿钻杆轴向设置的滚珠，滚珠直径由远离刀翼部分的一端向靠近刀翼部分的一端逐渐缩小，锥形部外套有环套。本发明借助环套对滚珠的单向抑制作用，将滚珠逆向转动锁死，进而控制矿芯下滑，实现对矿芯的单向抑制；在取矿芯时，矿芯带动滚珠滚动，滚珠的球状结构不会对矿芯产生套紧形式的抑制和阻碍，不会影响采取矿芯过程。

技术领域

本发明涉及钻探设备技术领域，具体地说，涉及一种地质矿产勘查PDC取芯钻及其装配设备和方法。

背景技术

地质矿产勘查是依据先进的地质科学理论，在获取了大量的野外地质观察和搜集整理有关地质资料的基础上，采用地质测量、物化探、钻坑探工程等综合地质手段和方法，取得可靠的地质矿产信息资料。地质钻(坑)探作业是地质勘查活动中最常用、最直接的地质找矿手段，在金属、非金属浅地表出露甚至中深部盲矿体矿床勘查中，通常采用钻探方式获得岩矿芯。地质钻坑探主要为野外作业，受所在地区的地形地貌、自然地质、气象环境等自然因素，及所采用的钻坑探设备、施工技术工艺、工程布置、作业流程等生产管理因素，钻坑探作业人员及身体状况等个体因素的多方面复合影响，勘查效果稳定性不容易保证，勘查过程比较复杂，因此不易获得理想的勘查结果。

为了辅助勘探人员在复杂多变的环境下获得比较满意的地质勘探样本，人们采用了很多先进的辅助设备和科学的方法，比如名称为采集井下突出煤层完整煤芯的取芯方法及装置的专利，该专利的申请号为200810956515，公开日为2009年1月28日，其公开了一种采集井下突出煤层完整煤芯的取芯方法及装置，当钻机通过岩层向煤层打一岩石钻孔进入煤层后，装上取芯装置，边旋转边向前推进，钻头上镶嵌的合金片便切割煤层，划出的圆柱状煤芯被送入处于悬浮稳定状态的半合内管中保护起来；带有螺旋刃的外管在旋转的过程中，边输送钻进过程中形成的煤屑，边切割压入煤孔的软分层煤体，始终保持排肩通道的畅通。当钻进的深度等于半合内管的长度时，退出钻杆，钻头体上的卡环便卡住煤芯，将煤芯取出，继续按同样的方法钻进，便能将整个煤层的完整煤芯采集出来。然而该发明存在以下缺陷：第一，在采用钻杆和钻头钻孔之后，需要至少两次提出钻杆，将取芯装置安装在钻杆上之后再次送入钻孔，浪费了人力物力，增加了钻探程序，因为不但在复杂环境下难以保证每次钻探均能高效准确地下钻，不破坏孔壁，而且在土质较为松散的地质环境中，拉出钻杆之后，也会产生大量碎屑落下，掩埋住了之前钻出的煤芯，为再次下钻留下了比较大的麻烦；第二，卡环的设置会对煤芯进入半合内管形成一定的干涉，伸至会导致煤芯卡在卡环上，因此难以保证卡环对煤芯产生预想的约束作用。

另一现有技术为软硬互层岩体大直径钻孔取芯装置，该专利的申请号为201320369378X，公开日为2013年11月27日，其包括液压装置、钻杆、钻头装置、液压连接管，在钻头装置的底部设置有岩芯切断装置，岩芯切断装置为一弧形刀具，包括刀头与刀体及第二液压千斤顶，在钻杆上设置有进刀推进装置及第一液压千斤顶，岩芯切断装置能够在当钻进到一定深度后，从根部切断岩芯，然后将岩芯取块提出。然而该发明存在以下缺陷：弧形刀具在下探过程中会被岩石挤压，从而对横向设置的千斤顶产生巨大力矩，千斤顶虽然能够承受较大轴向力，但是却不能承受垂直于轴向的力，否则会严重破坏液体的密封环境，损坏千斤顶；再者，对于较深的探坑，随着钻杆下坠的液压系统会成为钻杆的巨大负担，现实使用中并不实用。

为了更好地解决钻探设备难以完整获取矿芯的问题，人们迫切需要一种实用、高效、便捷的取芯设备及方法。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有技术中，钻探设备难以完整获取矿芯的问题，本发明提供一种地质矿产勘查PDC 取芯钻及其装配设备和方法，采用排列的滚珠与矿芯产生的摩擦力，以及环套设备对排列的滚珠的限制，实现对矿芯的灵活控制，进而较为完整地获取矿芯。