钻进斜度可调的无钻塔钻探方法与流程

本发明涉及地质钻探方法，特别是一种钻进斜度可调的无钻塔钻探方法。

背景技术：

地质矿产勘探及工程地质勘查通常需要采用岩芯钻机来完成，在实际操作过程中可能会遇到打斜孔的问题。

现有的岩芯钻机在安装使用时，首先需要确定钻孔位置，平整场地，将钻塔进行组装，钻塔的天车滑轮处于钻孔的中心线上方，之后将钻机的立轴调整至对准孔位。如遇到需要打斜孔的技术要求，只能将立轴的角度在30°以内调整固定后进行钻探(即基于垂直线的调节量为±30°)，若立轴调整角度超过30°，可能会导致下钻及起钻过程受阻，而30°的调整角度不能满足所有场景下的地质勘探需求。

为了改变现有的钻机钻进角度调节量较小的问题，业内研发了一款履带式车载钻机，其特点是钻塔能在45°以内进行调整(即基于垂直线的调节量为±45°)。目前，地质找矿、穿山高速公路、铁路隧道等有特殊要求的勘探任务通常都在陡峭的山岭中，但是履带式车载钻机的最大爬坡角度只有30°，不适合在山地作业，难以进入钻孔位置，并且履带式车载钻机的售价通常是普通岩芯钻机的10倍以上，这极大制约了它的应用普及。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种钻进斜度可调的无钻塔钻探方法，该方法基于普通的岩芯钻机进行钻探，并实现了钻进角度在0°～90°(即完全水平至完全竖直)之间调节，解决了现有的履带式车载钻机不适合在山地作业的问题。

本发明的技术方案是：钻进斜度可调的无钻塔钻探方法，基于岩芯钻机，岩芯钻机包括钻机机体、动力装置、卷扬机、变速箱、立轴外壳及立轴；动力装置、卷扬机及变速箱均固定安装在钻机机体上，卷扬机上绕设有钢丝绳，钢丝绳的末端连接有提引器，立轴外壳可拆卸的连接在钻机机体上，其与水平面之间的夹角可在0～360°之间调节，立轴安装在立轴外壳内，调节立轴外壳与水平面之间夹角即实现立轴与水平面之间夹角的调节；动力装置产生的动力通过变速箱传递至立轴，以驱动立轴转动；

钻探步骤如下：

s01，前期安装工作：

a，根据设计要求的钻进角度及钻进点确定岩芯钻机的安装位置，将岩芯钻机牢固安装在混凝土浇筑且埋设有锚固螺杆的地面上，并将立轴角度调节到设计要求角度；

b，在设计要求的钻进点处设置定位地基；

本步骤中，a、b分步骤不分先后次序；

s02，安装导向轮a和导向轮b：

a，根据设计要求的钻进角度及岩芯钻机的安装位置确定定位地基上的孔口位置，之后在孔口旁固定安装导向轮a；

b，在立轴后方安装导向轮b，且确保导向轮b的位置及高度位于孔口中心线的延长线上；

本步骤中，a、b分步骤不分先后次序；

本步骤中，导向轮a与孔口处在同一水平高度，且距离孔口20～40cm；

s03，启动钻进：将主动钻杆放入调好角度的立轴中，主动钻杆的前端连接钻具，主动钻杆的后端连接提引器，然后启动钻进，从而在定位地基上形成孔口；

s04，起钻：钻进至当前最大深度后，即需要起钻添加新钻杆；先暂停钻进，将提引器从主动钻杆的后端卸下，然后将钢丝绳绕过导向轮b后，再次将提引器连接在主动钻杆的后端，接着启动卷扬机以将钢丝绳拉紧，将主动钻杆拉出孔口；

s05，添加新钻杆：采用卡瓦将钻具暂时固定在孔口处，再断开主动钻杆与钻具的连接及提引器与主动钻杆的连接，然后将主动钻杆通过钻机机体上的导轨退至一边，将新加入的一节钻杆的前端与钻具的后端(此时钻具的后端位于孔口处)连接；

s06，下钻：将钢丝绳绕过导向轮a后，将提引器连接在新加入的一节钻杆的后端，然后松开用于暂时固定钻具的卡瓦，启动卷扬机以将钢丝绳拉紧，将新加入的一节钻杆推入孔口内，再用卡瓦将新加入的一节钻杆的后端暂时固定在孔口；

s07，完成新钻杆的连接：将主动钻杆通过通过钻机机体上的导轨移动回来，使其位于与新加入的一节钻杆对接的位置，然后将提引器从新加入的一节钻杆上取下，并将钢丝绳从导向轮a上取下，连接在主动钻杆的后端，再将主动钻杆的前端与新加入的一节钻杆的后端连接，然后松开卡瓦；

s08，再次启动钻进，直至达到当前最大钻进深度，然后重复s04～s07步骤即可逐步深入钻进，最终达到设计的钻进位置。

本发明进一步的技术方案是：在s02步骤中，导向轮b安装在立轴后方3.5m处，导向轮a安装在距离孔口30cm处。

本发明再进一步的技术方案是：在s01步骤的a分步骤中，在立轴后方的地面上安装用于托住主动钻杆后端托架，主动钻杆可在托架内滑动。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、将造价低廉的岩芯钻机与钻进斜度可调的无钻塔钻探方法相结合，利用两个导向轮(即导向轮a和导向轮b)改变钢丝绳的拉力(起钻)方向或推力(下钻)方向，从而克服了传统的岩芯钻机在打孔斜度过大时无法顺利下钻及起钻的缺陷，从而实现了在0°～90°(即完全水平至完全竖直)之间的任意角度进行高效钻探，具有广阔的市场应用前景。

2、岩芯钻机的各组成部件均可单独拆装，便于汽车或其它交通工具甚至人力进行运载，可应用在陡峭山岭地质找矿、穿山高速公路、铁路隧道等需要大斜度甚至水平钻孔的地质勘探中。

3、钻探过程中无需使用钻塔，相比现有的钻探方法安装过程更方便，大大提高了斜孔钻探的可调角度。

以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明s01步骤的状态示意图；

图2为本发明s02步骤的状态示意图；

图3为本发明s03步骤的状态示意图；

图4为本发明s04步骤的状态示意图；

图5为本发明s05步骤的状态示意图；

图6为本发明s07步骤的状态示意图；

图7为本发明s07步骤的状态示意图；

说明：图4-图7均为俯视视角。

具体实施方式

实施例1：

如图1-7所示，钻进斜度可调的无钻塔钻探方法，基于岩芯钻机，岩芯钻机包括钻机机体11、动力装置、卷扬机12、变速箱、立轴外壳13及立轴14。动力装置、卷扬机12及变速箱均固定安装在钻机机体11上，卷扬机12上绕设有钢丝绳121，钢丝绳121的末端连接有提引器122，立轴外壳13可拆卸的连接在钻机机体11上，其与水平面之间的夹角可在0～360°之间调节，立轴14安装在立轴外壳13内，调节立轴外壳13与水平面之间夹角即实现立轴14与水平面之间夹角的调节。动力装置产生的动力通过变速箱传递至立轴14，以驱动立轴14转动。

钻探步骤如下：

s01，前期安装工作：

a，根据设计要求的钻进角度及钻进点确定岩芯钻机的安装位置，将岩芯钻机牢固安装在混凝土浇筑且埋设有锚固螺杆的地面上，并将立轴14角度调节到设计要求角度；

b，在设计要求的钻进点处设置定位地基2，定位地基2为浇筑而成的混凝土墙；

本步骤中，a、b分步骤不分先后次序。

s02，安装导向轮a31和导向轮b32：

a，根据设计要求的钻进角度及岩芯钻机的安装位置确定定位地基上的孔口位置，之后在孔口旁固定安装导向轮a31；

b，在立轴后方安装导向轮b32，且确保导向轮b32的位置及高度位于孔口中心线211的延长线上；

本步骤中，a、b分步骤不分先后次序；

本步骤中，导向轮a31与孔口处在同一水平高度，且距离孔口20～40cm。

s03，启动钻进：将主动钻杆15放入调好角度的立轴14中，主动钻杆15的前端连接钻具16，主动钻杆15的后端连接提引器122，然后启动钻进，从而在定位地基2上形成孔口21。

s04，起钻：钻进至当前最大深度后，即需要起钻添加新钻杆；先暂停钻进，将提引器122从主动钻杆15的后端卸下，然后将钢丝绳121绕过导向轮b32后，再次将提引器122连接在主动钻杆15的后端，接着启动卷扬机12以将钢丝绳121拉紧，将主动钻杆15拉出孔口21。

s05，添加新钻杆：采用卡瓦4将钻具16暂时固定在孔口21处，再断开主动钻杆15与钻具16的连接及提引器122与主动钻杆15的连接，然后将主动钻杆15通过钻机机体11上的导轨退至一边，将新加入的一节钻杆17的前端与钻具16的后端(此时钻具16的后端位于孔口21处)连接。

s06，下钻：将钢丝绳121绕过导向轮a31后，将提引器122连接在新加入的一节钻杆17的后端，然后松开用于暂时固定钻具16的卡瓦4，启动卷扬机12以将钢丝绳121拉紧，将新加入的一节钻杆17推入孔口21内，再用卡瓦4将新加入的一节钻杆的后端暂时固定在孔口21。

s07，完成新钻杆的连接：将主动钻杆15通过通过钻机机体11上的导轨移动回来，使其位于与新加入的一节钻杆17对接的位置，然后将提引器122从新加入的一节钻杆17上取下，并将钢丝绳111从导向轮a31上取下，连接在主动钻杆15的后端，再将主动钻杆15的前端与新加入的一节钻杆17的后端连接，然后松开卡瓦4。

s08，再次启动钻进，直至达到当前最大钻进深度，然后重复s04～s07步骤即可逐步深入钻进，最终达到设计的钻进位置。

优选，在s02步骤中，导向轮b32安装在立轴14后方3.5m处，导向轮a31安装在距离孔口30cm处。

优选，在s01步骤的a分步骤中，在立轴14后方(所述后方是指与钻进方向相反的方向)的地面上安装用于托住主动钻杆15后端托架5，主动钻杆15可在托架5内滑动。托架5可保持主动钻杆15的稳定，防止主动钻杆15晃动。