工程地质勘探钻机的原位测量系统的制作方法

本发明是工程地质勘探钻机，特别是一种工程地质勘探钻机的原位测量系统。

背景技术：

立轴式回转钻机是工程地质勘探常用钻机，通常配置深度测量仪和液压给进部分的油压表，所述钻机以取芯试验为主要测量手段。

公告号cn101476462b的一种用于工程地质钻探的随钻测量系统，公开了一种在上述常用立轴式回转钻机增加随钻测量系统的技术方案，具体是：在立轴的下部同轴安装扭矩测量装置，在横梁上安装转速测量装置及位移测量装置，在液压控制箱内安装油压测量装置，扭矩、油压、转速以及位移测量装置均由相应的传感器和电路板组成，电路板上均安装微处理器和蓝牙模块。

上述技术方案可以获得与岩土力学性质相关的扭矩、钻压、转速和距离4个参数，通过记录仪即智能手机(pocketpc)和控制装置按一定的时间间隔进行采集、记录和显示，进而实现现场和办公室的远程数据通讯。

上述技术方案存在各测量装置较分散、不便安装调试的缺陷。

公告号cn201138519的实用新型《用于旋转触探的数据处理仪》是一种应用于无缆旋转触探地上的读数仪，它由cpu、显示器、存储器、通讯接口及专用键盘、打印机组成的专用计算机，系统程序包括现场勘测程序、数据回放程序、传感器标定程序、文件预览程序、系统设置程序。其中现场勘测程序主要完成测试深度记录、监视系统运行状况。数据回放程序主要完成数据采集、存储、传输、打印等控制。传感器标定程序主要完成传感器检查、初始值设置和确认、时钟设定，使地下测试杆件与地上读数仪时钟同步。文件预览程序主要完成从地上读数仪界面浏览触探曲线的选择控制，文件的移动、拷贝、删除、重命名等操作。系统设置程序完成标注测试文件的工程名称、孔号、深度系数及测量日期，曲线生成、显示选择及纵、横坐标比例尺设定；锥间k值、扭矩k值、水压k值参数设定。

技术实现要素：

本发明的目的是公开一种可以克服上述用于工程地质钻探的随钻测量系统各测量装置较分散、不便安装调试缺陷的工程地质勘探钻机的原位测量系统。

本发明为实现上述目的采取以下技术方案：工程地质勘探钻机的原位测量系统，包括立轴式回转钻机本体、过水钻杆、泥浆坑、泥浆泵、旋转水龙头、深度测量仪和读数仪，特征是，所述钻机其过水钻杆底端与钻头之间设有测量杆件，所述测量杆件设有与过水钻杆等径的封闭壳体，封闭壳体中设有水压传感器及与其相对应的过水沟道、扭力传感器、压力传感器、数据采集存储器和电池电源，数据采集存储器设有在地面与读数仪数据传送的通讯接口。

本发明还可以采取以下技术措施：

所述测量杆件的封闭壳体由螺纹连接过水钻杆底端的上接头、螺纹连接钻头的下接头、螺纹连接于上接头底端内侧的中接头和上下外套构成，所述中接头表面设有凸台，上外套上端部与上接头螺纹连接，上外套的下端沿与所述凸台上表面相接合，下外套上端部与中接头凸台以下部分螺纹连接，并且其上端沿与凸台下表面相接合，所述上接头、下接头、中接头和上下外套各对应的接合面分别设有橡胶密封圈；所述中接头底端设有与其螺纹连接的传动套，传动套底端与传动接头螺纹连接，传动接头与下接头之间设有分别螺纹连接的扭力套，扭力套表面环形凹槽中设有电阻应变片而构成扭力传感器，所述扭力套表面设有隔离套，隔离套上端的内凸台与传动接头的支撑台肩相接合，中接头设有固定隔离套的螺母，隔离套与下接头之间设有橡胶密封圈，所述传动接头上端设有螺纹连接的顶杆及间隙配合于顶杆的盲管，盲管设有接合于传动接头底沿的凸沿，盲管表面设有电阻应变片而构成压力传感器，所述上接头、上接头与上外套之间、中接头、下外套与传动接头、隔离套之间设有相连通的过水孔道，下接头对称设有使其内腔与过水孔道相连通的进水口，所述下接头内腔设有外螺套，外螺套与内腔顶部凸台之间紧固有承压板，承压板设有电阻应变片而构成水压传感器；所述中接头中设有底端螺纹连接于传动接头的筒形壳体，筒形壳体设有侧盖和上端盖及其密封圈，筒形壳体中设有数据采集存储器的电路板，下接头、顶杆、盲管的凸沿和传动接头设有水压传感器、扭力传感器、压力传感器信号线的过线孔道，各传感器的信号线设有连接数据采集存储器电路板的插接件，所述数据采集存储器电路板的通讯接口与筒形壳体的上端盖相对应。

本发明的有益效果和优点在于：本发明的测量杆件具有压力传感器、扭力传感器和水压传感器，可以获得连续的贯入压力(f)、旋转扭矩(n)和给水压力(w)参数，这些参数是钻头向下旋转贯入过程中土体被切削时所需要力的具体表征。其中，贯入压力(f)相当于静力触探的贯入阻力(ps)，其大小数值变化、或连续曲线变化所反映的是沿深度变化的土层不同的工程性质，可直接用来进行土层的力学分层和确定该层土的地基承载力、变形模量、抗剪强度等主要设计参数；旋转扭矩(n)相当于静力触探侧摩阻力(fs)或十字板剪切强度(cu)，其大小数值变化、或连续曲线变化所反映的是沿深度变化的土层不同工程性质、土体可塑程度，用来进行力学、物理性质分层和确定该层土的抗剪强度等主要设计参数；给水压力(w)是钻头出水口处冲洗液排土压力，可直接反映冲洗液对不同土体的消散压力，即反映土体的可塑程度，其大小数值变化或连续曲线变化所反映沿深度变化的不同土性的土体可塑程度，用来进行物理性质分层，给水压力(w)指标同时也是依据旋转扭矩(n)进行物理分层的补充参数。经较长时间实践结果与钻探、取样、室内试验等大量探例数据充分对比分析，证明本发明的测量杆件获得连续的贯入压力(f)、旋转扭矩(n)和给水压力(w)参数具有相同于静力触探的测试精度而准确可靠。本发明尤其适用于工程地质勘探钻机中各种立轴式回转钻机使用，具有测量装置较集中、便于安装调试和使用方法简单的突出优点。

附图说明

附图1是本系统中测量杆件实施例结构示意图。

附图2是图1aa虚线以上部分结构剖面示意图。

附图3是图1aa虚线以下部分结构剖面示意图。

附图4是本系统应用实施例结构示意图。

图中标记：1上接头，2上外套，3中接头，4下外套，5下接头，5-1进水口，6筒形壳体，6-1上端盖，7电路板，7-1通讯接口，7-2插接件，8传动套，9传动接头，10螺母，11隔离套，12扭力套，13盲管，14电阻应变片，15顶杆，16承压板，17外螺套，18橡胶密封圈，19过水孔道，20过线孔道，21钻机本体，22深度测量仪，23读数仪，24过水钻杆。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步说明本发明。

如图4所示，一种常用的工程地质勘探钻机，包括立轴式回转钻机本体21、过水钻杆24、泥浆坑、泥浆泵、旋转水龙头、深度测量仪22和读数仪23，所述钻机其过水钻杆24底端与钻头6之间设有测量杆件。

如图1、2、3、4所示，测量杆件由螺纹连接过水钻杆24底端的上接头1、螺纹连接钻头6的下接头5、螺纹连接于上接头1底端内侧的中接头3和上外套2、下外套4构成与过水钻杆24等径的封闭壳体。其中，中接头3表面设有凸台，上外套2上端部与上接头1螺纹连接，上外套2的下端沿与所述凸台上表面相接合；下外套4上端部与中接头3凸台以下部分螺纹连接，并且其上端沿与凸台下表面相接合。

测量杆件的上接头1、下接头5、中接头3和上、下外套各对应的接合面分别设有橡胶密封圈18。

中接头3底端设有与其螺纹连接的传动套8，传动套底端与传动接头9螺纹连接，传动接头9与下接头5之间设有分别螺纹连接的扭力套12，扭力套12表面环形凹槽中设有电阻应变片14而构成扭力传感器。

扭力套12表面设有隔离套11，隔离套11上端的内凸台与传动接头9的支撑台肩相接合，中接头3设有固定隔离套11的螺母10，隔离套11与下接头5之间设有橡胶密封圈18。

传动接头9上端设有螺纹连接的顶杆15及间隙配合于顶杆的盲管13，盲管13设有接合于传动接头9底沿的凸沿，盲管表面设有电阻应变片14而构成压力传感器。

上接头1、上接头1与上外套2之间、中接头3、下外套4与传动接头9、隔离套11之间设有相连通的过水孔道19，下接头5对称设有使其内腔与过水孔道19相连通的进水口5-1。

下接头5内腔设有外螺套17，外螺套与内腔顶部凸台之间紧固有承压板16，承压板16设有电阻应变片14而构成水压传感器。

中接头3中设有底端螺纹连接于传动接头9的筒形壳体6，筒形壳体设有侧盖(未示出)和上端盖6-1及其密封圈，筒形壳体中设有数据采集存储器的电路板7。

下接头5、顶杆15、盲管13的凸沿和传动接头9设有水压传感器、扭力传感器、压力传感器信号线的过线孔道20，各传感器的信号线设有连接数据采集存储器电路板的插接件7-2，所述数据采集存储器电路板的通讯接口7-1与筒形壳体6的上端盖6-1相对应。

以下结合图4说明本实施例的主要操作步骤：

1.触探作业前，在地面将测试杆件经由通讯接口连接于读数仪，通过读数仪完成程序规定内容。

2.读数仪完成程序规定内容之后，断开测试杆件与读数仪的连接。

3.安装数据采集存储器的筒形壳体上端盖和测试杆件的上接头，读数仪的相关接口与钻头深度记录仪即脚机输出相接，读数仪将记录钻头深度与时间的对应关系。

4.将测试杆件的下接头安装钻头，上接头连接于过水钻杆。

5.启动泥浆泵将水或泥浆作为冲洗液，通过旋转水龙头、过水钻杆、测试杆件和钻头出水口实现水循环。

6.启动钻机液压系统开始触探作业，由具有旋转和向下压力作用的钻机带动过水钻杆、测试杆件和钻头向下旋转贯入，测试杆件的压力传感器、扭矩传感器和水压传感器即刻输出表示随深度变化的连续贯入的压力、旋转扭矩、给水压力的电压信号，测试杆件的数据采集存储器周期性例如0.5秒对各传感器信号分别进行采集放大、a/d转换和储存处理。

7.到预定触探深度后，停止贯入，起拔过水钻杆、测试杆件和钻头。

8.卸下测试杆件，拆下上接头，拧开筒形壳体上端盖，将数据采集存储器的通讯接口连接于读数仪，两机通讯，上传时间信息的同时将对应上传时间的测试数据传输给读数仪，或者转存至数据卡。

9.读数仪根据测试数据分别建立与时间h(即深度)相对应的连续贯入的压力f、旋转扭矩n和给水压力w关系曲线，即f-h、n-h和w-h关系曲线，浏览、编辑并打印a4幅面的输出关系曲线图和对应的数据、柱面图形表格文件。

10.读数仪或数据卡储存的测试数据，通过其通讯接口传输于上级计算机进行后处理，例如建立相应的数据库和打印输出关系曲线图或数据表格文件。