一种用于软弱岩体降温减阻无损保真取芯装置及方法与流程

本发明属于岩芯取样，尤其涉及一种用于软弱岩体降温减阻无损保真取芯装置及方法。

背景技术：

1、为获得岩土体物理力学特性，通过钻孔取芯实现岩样制取开展室内土单元试验是一种重要的技术手段。在进行岩体钻芯取样过程中，钻头与岩体摩擦会产生大量热量，为提高钻岩效率，常使用水作为冷却介质。对于地质条件比较复杂的软弱岩体，上述方法不能有效提高钻芯效率。因为软弱岩体内部存在节理、裂隙等缺陷，水敏感性强，遇水易产生开裂、崩解等问题，难以得到无损岩样。因此开发一种用于软弱岩体降温减阻无损保真取芯装置及方法具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于软弱岩体降温减阻无损保真取芯装置及方法，以解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种用于软弱岩体降温减阻无损保真取芯装置，包括：

4、岩石取芯机；

5、取芯钻头，固接在所述岩石取芯机的输出轴上；

6、双螺旋流道结构，设置在所述取芯钻头的侧壁上；

7、冷却系统，与所述双螺旋流道结构连通，用于所述取芯钻头的散热；

8、软弱岩体，放置在所述岩石取芯机的置物台上。

9、优选的，所述取芯钻头包括钻身，所述钻身中空设置，所述双螺旋流道结构设置在所述钻身的外壁与内壁之间；

10、所述钻身底部同轴固接有钻齿；

11、所述钻身顶部同轴固接有钻柄，所述钻柄用于与所述岩石取芯机的输出轴轴接；

12、所述钻柄轴心开设有圆形孔，所述圆形孔用于所述冷却系统与所述双螺旋流道结构连接。

13、优选的，所述钻柄外壁开设有螺纹，所述钻柄与所述岩石取芯机的输出轴通过所述螺纹螺纹固接。

14、优选的，所述外壁与所述内壁之间间隙沿所述钻齿至所述钻柄方向逐渐减小。

15、优选的，所述双螺旋流道结构包括双螺旋管，所述双螺旋管嵌固在所述外壁与所述内壁之间，所述双螺旋管的进水端和出水端均位于所述圆形孔内；

16、所述双螺旋管的进水端连通有进水弯管，所述进水弯管为l形结构，所述双螺旋管的进水端与所述进水弯管的水平段连通，所述进水弯管的竖直段与所述钻身同轴设置；

17、所述双螺旋管的出水端连通有缩径弯管，所述缩径弯管为l形结构，所述双螺旋管的出水端与所述缩径弯管的水平段连通，所述缩径弯管水平段贯穿所述进水弯管的侧壁，使所述缩径弯管的竖直段与所述进水弯管的竖直段同轴设置；

18、所述缩径弯管的竖直段与所述进水弯管的竖直段位于所述圆形孔内；

19、所述进水弯管的竖直段和所述缩径弯管的竖直段与所述冷却系统转动连接，所述进水弯管的竖直段与所述冷却系统的进水端连通，所述缩径弯管的竖直段与所述冷却系统的回水端连通。

20、优选的，所述冷却系统包括水泵，所述水泵的出水端通过连接管连通有上冷却箱的进水端，所述上冷却箱的出水端连通有上阀门的进水端，所述上阀门的出水端通过出水管通过与所述进水弯管的竖直段连通，所述出水管与所述进水弯管的竖直段转动设置；

21、所述缩径弯管的竖直段连通有回水管的进水端，所述回水管的出水端穿过所述出水管侧壁后连通有下阀门的进水端，所述下阀门的出水端连通有下冷却箱的进水端，所述下冷却箱的出水端与所述水泵的进水端连通，所述缩径弯管的竖直段与所述回水管的进水端转动设置。

22、优选的，所述进水弯管的竖直段同轴固接有下外接头，所述进水弯管的竖直段与所述下外接头连通，所述下外接头内同轴套设有下内接头，所述下内接头与所述缩径弯管的竖直段轴接，所述下内接头与所述缩径弯管的竖直段连通；

23、所述下外接头通过外滚珠盘转动连接有上外接头，所述下内接头通过内滚珠盘转动连接有上内接头；

24、所述上外接头的一端与所述下外接头连通，所述上外接头的另一端与所述出水管的出水端连通；所述上外接头与所述出水管轴接；

25、所述上内接头的一端与所述下内接头连通，所述上内接头的另一端与所述回水管的进水端连通；所述上内接头与所述回水管轴接；

26、所述下外接头外壁上固接有两个对称设置的限位器，所述限位器限位配合有限位孔，所述限位孔设置在所述圆形孔的内壁上。

27、优选的，所述岩石取芯机的输出轴上开设有通孔，所述通孔与所述圆形孔相匹配，所述通孔用于所述回水管和所述出水管通过，所述输出轴通过第一滚珠与所述岩石取芯机的机架转动连接，所述岩石取芯机的输出轴顶部轴接有齿轮，所述齿轮啮合有输入齿轮，所述输入齿轮轴接有驱动电机的输出轴，所述驱动电机的固定端固接在所述岩石取芯机的机架上。

28、优选的，所述水泵为活塞泵。

29、一种用于软弱岩体降温减阻无损保真取芯的方法，基于上述的一种用于软弱岩体降温减阻无损保真取芯装置，包括如下步骤：

30、s1、将所述取芯钻头与所述岩石取芯机的输出轴轴接固定，将所述取芯钻头内的所述双螺旋流道结构与所述冷却系统连接；

31、s2、将所述软弱岩体放置在所述岩石取芯机的置物台上；

32、s3、启动所述冷却系统；

33、s4、对所述软弱岩体钻芯；

34、s5、当所述取芯钻头底部接近所述软弱岩体底部后，使所述岩石取芯机的输出轴停转，将所述取芯钻头从所述岩石取芯机的输出轴上卸下，取出所述软弱岩体的钻芯样本，并进行密封保存，放置于阴凉处备用。

35、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

36、使用时，首先将取芯钻头与岩石取芯机的输出轴轴接固定，将取芯钻头内的双螺旋流道结构与冷却系统连接；随后将软弱岩体放置在岩石取芯机的置物台上；启动冷却系统；通过取芯钻头对软弱岩体进行钻芯；当取芯钻头底部接近软弱岩体底部后，使岩石取芯机的输出轴停转，将取芯钻头从岩石取芯机的输出轴上卸下，取出软弱岩体的钻芯样本，并进行密封保存，放置于阴凉处备用，本装置通过在取芯钻头内设置双螺旋流道结构，通过冷却系统使冷却剂在双螺旋流道结构内循环流动，吸收钻芯时产生的热量，降低取芯钻头的温度，冷却剂在双螺旋流道结构内流动不与软弱岩体接触，避免冷却剂对软弱岩体的软化破坏作用。

技术特征：

1.一种用于软弱岩体降温减阻无损保真取芯装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于软弱岩体降温减阻无损保真取芯装置，其特征在于：所述取芯钻头(1)包括钻身(102)，所述钻身(102)中空设置，所述双螺旋流道结构(2)设置在所述钻身(102)的外壁(106)与内壁(105)之间；

3.根据权利要求2所述的一种用于软弱岩体降温减阻无损保真取芯装置，其特征在于：所述钻柄(101)外壁开设有螺纹(108)，所述钻柄(101)与所述岩石取芯机(4)的输出轴通过所述螺纹(108)螺纹固接。

4.根据权利要求2所述的一种用于软弱岩体降温减阻无损保真取芯装置，其特征在于：所述外壁(106)与所述内壁(105)之间间隙沿所述钻齿(103)至所述钻柄(101)方向逐渐减小。

5.根据权利要求2所述的一种用于软弱岩体降温减阻无损保真取芯装置，其特征在于：所述双螺旋流道结构(2)包括双螺旋管(203)，所述双螺旋管(203)嵌固在所述外壁(106)与所述内壁(105)之间，所述双螺旋管(203)的进水端和出水端均位于所述圆形孔(104)内；

6.根据权利要求5所述的一种用于软弱岩体降温减阻无损保真取芯装置，其特征在于：所述冷却系统包括水泵(305)，所述水泵(305)的出水端通过连接管(308)连通有上冷却箱(303)的进水端，所述上冷却箱(303)的出水端连通有上阀门(306)的进水端，所述上阀门(306)的出水端通过出水管(302)通过与所述进水弯管(201)的竖直段连通，所述出水管(302)与所述进水弯管(201)的竖直段转动设置；

7.根据权利要求6所述的一种用于软弱岩体降温减阻无损保真取芯装置，其特征在于：所述进水弯管(201)的竖直段同轴固接有下外接头(602)，所述进水弯管(201)的竖直段与所述下外接头(602)连通，所述下外接头(602)内同轴套设有下内接头(609)，所述下内接头(609)与所述缩径弯管(202)的竖直段轴接，所述下内接头(609)与所述缩径弯管(202)的竖直段连通；

8.根据权利要求6所述的一种用于软弱岩体降温减阻无损保真取芯装置，其特征在于：所述岩石取芯机(4)的输出轴上开设有通孔，所述通孔与所述圆形孔(104)相匹配，所述通孔用于所述回水管(301)和所述出水管(302)通过，所述输出轴通过第一滚珠(109)与所述岩石取芯机(4)的机架转动连接，所述岩石取芯机(4)的输出轴顶部轴接有齿轮(110)，所述齿轮(110)啮合有输入齿轮，所述输入齿轮轴接有驱动电机的输出轴，所述驱动电机的固定端固接在所述岩石取芯机(4)的机架上。

9.根据权利要求6所述的一种用于软弱岩体降温减阻无损保真取芯装置，其特征在于：所述水泵(305)为活塞泵。

10.一种用于软弱岩体降温减阻无损保真取芯的方法，基于权利要求1-9任一所述的一种用于软弱岩体降温减阻无损保真取芯装置，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明属于岩芯取样技术领域，尤其涉及一种用于软弱岩体降温减阻无损保真取芯装置及方法，其中，一种用于软弱岩体降温减阻无损保真取芯装置包括：岩石取芯机；取芯钻头，固接在岩石取芯机的输出轴上；双螺旋流道结构，设置在取芯钻头的侧壁上；冷却系统，与双螺旋流道结构连通，用于取芯钻头的散热；软弱岩体，放置在岩石取芯机的置物台上，以及一种用于软弱岩体降温减阻无损保真取芯的方法。本装置通过在取芯钻头内设置双螺旋流道结构，通过冷却系统使冷却剂在双螺旋流道结构内循环流动，吸收钻芯时产生的热量，降低取芯钻头的温度，冷却剂在双螺旋流道结构内流动不与软弱岩体接触，避免冷却剂对软弱岩体的软化破坏作用。

技术研发人员：赖增伟,刘先林,焦文灿,陈川,李宗文,邵羽,玉达变,唐正辉,梁岚,李明智,李弈杉,吕玺琳,张海,徐柯锋,朱长根
受保护的技术使用者：广西新发展交通集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/17