一种采用半合管结构的无扰动取样钻具的制作方法

本发明属于勘探取样钻具技术领域，涉及采用半合管结构的无扰动取样钻具。

背景技术：

传统工程地质勘察，主要倾向于对地质条件物理性能的分析。在钻进取样的过程中，往往会使用水、泥浆或泡沫等物质以冷却和润滑钻具。

而现在场地污染物调查，需要对地质进行重金属，可挥发性气体，农药残留等化学分析。传统地质勘察钻进取样，会带入水、泥浆或泡沫等其他物质，对样品造成干扰，影响取出样品的代表性。

现代环境无扰动取样主要使用主推式土壤取样钻具(参见专利cn107975370a)。该钻具使用冲击直推的方法，将所需取样的土壤压入取样管内，而后取出取样管，对所采集样品进行分析。该钻具取样管为塑料空心圆柱形管材，所采集的样品数量受取样管直径影响，单次每米采集样品的质量恒定。如果需要增加单次每米采集样品的质量，需要定做不同直径的取样管，取样外管也需要相应改变。无法满足不同要求的无扰动取样。且当所采样地层复杂时，塑料样管受力易发生曲折和破裂。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种采用半合管结构的无扰动取样钻具，能解决上述的问题，且取样质量高。

按照本发明提供的技术方案：一种采用半合管结构的无扰动取样钻具，包括冲击握轴，所述冲击握轴下部连接冲击外管上部，所述冲击外管下部连接取样钻头，所述冲击握轴、冲击外管、取样钻头组成了钻具外层，所述钻具内部上方设置减震垫，所述减震垫下方通过内管冲击帽连接冲击内管上部，所述冲击内管下部通过取样管接头连接样管上部，所述样管下部连接半合管接头。

作为本发明的进一步改进，所述样管中套设衬膜，所述衬膜开口位于下部，所述衬膜开口中放置撑箍，所述撑箍中放置倒刺。

作为本发明的进一步改进，所述取样管接头上部设置排气腔，所述排气腔下方连通排气孔，所述排气孔上方设置钢球。

作为本发明的进一步改进，所述冲击外管、冲击内管可由若干单元通过螺纹结构串接组成。

作为本发明的进一步改进，所述撑箍由弹性材料制成，为环状结构，所述撑箍中竖直开有变形槽。

作为本发明的进一步改进，所述倒刺由弹性材料制成，为弧状结构，弧面朝上，所述倒刺中部由多块瓣状弹性片构成。

作为本发明的进一步改进，所述样管为分体结构，包括第一半合样管和第二半合样管，所述第一半合样管与所述第二半合样管之间采取斜度定位结构。

作为本发明的进一步改进，所述减震垫下部设有定位杆，所述内管冲击帽上部开有定位孔，两者相适配。。

作为本发明的进一步改进，所述取样钻头下部为环状刃口，所述取样钻头中部竖直设置进料通道。

作为本发明的进一步改进，所述冲击握轴上部为冲击承载部，所述冲击握轴下部中依次设置减震垫腔和内管冲击帽腔。

本发明的积极进步效果在于：

1、本发明结构简单，占用空间小；半合样管两瓣呈相互咬合状剖开，组合后，管体受压力不会涨开。

2、本发明半合样管上端连接取样管接头，样管接头一端外螺纹可与冲击内管连接，一端内螺纹与样管连接。半合样管下端与半合管接头连接。三者连接，使剖开的半合样管形成一个整体，强度接近完整管材强度。

3、本发明半合样管内部设有塑料衬膜。塑料衬膜使采集的样品与半合样管隔离，使样品更容易从半合样管中取出，且不会受样管影响所采集的样品性状。塑料衬膜为长方形，根据样管内径周长和长度，裁剪至所需尺寸，卷曲放置与半合样管内部。衬膜可根据半合样管的尺寸任意裁剪，无需定做。

4、本发明半合样管下端设有撑箍，撑箍为弹性材质，使衬膜紧贴半合样管内壁，防止样品进入样管后将衬膜挤脱变形。

5、本发明半合样管下端撑箍后后端，设有倒刺，倒刺为弹性材质，防止已进入样管的样品漏出。

附图说明

图1为本发明的分解结构示意图。

图2为本发明工作时的结构示意图。

图3为本发明冲击握轴的结构示意图。

图4为本发明取样钻头的结构示意图。

图5为本发明减震垫的结构示意图。

图6为本发明内管冲击帽的结构示意图。

图7为本发明撑箍的结构示意图。

图8为本发明倒刺的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

图1-8中，包括冲击握轴1、冲击承载部1-1、减震垫腔1-2、内管冲击帽腔1-3、冲击外管上连接面1-4、冲击外管2、取样钻头3、冲击外管下连接螺纹3-1、环状刃口3-2、进料通道3-3、螺塞4、钢球5、取样管接头6、第一半合样管7、衬膜8、第二半合样管9、撑箍10、变形槽10-1、倒刺11、弹性片11-1、半合管接头12、减震垫13、定位杆13-1、内管冲击帽14、定位孔14-1、冲击内管15等。

如图1所示，本发明是一种采用半合管结构的无扰动取样钻具，包括冲击握轴1，冲击握轴1下部连接冲击外管2上部，冲击外管2下部螺纹连接取样钻头3。冲击握轴1、冲击外管2及取样钻头3组成了钻具外层，钻具内部上方设置减震垫13，减震垫13下方通过内管冲击帽14螺纹连接冲击内管15上部，冲击内管15下部通过取样管接头6螺纹连接样管上部，取样管接头6上部设置排气腔，排气腔下方连通排气孔，排气孔上方设置钢球5。样管下部螺纹连接半合管接头12。样管中套设衬膜8，衬膜8开口位于下部，衬膜8开口中放置撑箍10，撑箍10中放置倒刺11。

衬膜8使采集的样品与半合样管隔离，使样品更容易从半合样管中取出，且不会受样管影响所采集的样品性状。衬膜8为长方形，根据样管内径周长和长度，裁剪至所需尺寸，卷曲放置与半合样管内部。衬膜8可根据半合样管的尺寸任意裁剪，无需定做。

冲击外管2、冲击内管15可由若干单元通过螺纹结构串接组成。

如图3所示，冲击握轴1上部为冲击承载部1-1，用来承载动力头向下的冲击力，冲击握轴1下部中依次设置减震垫腔1-2和内管冲击帽腔1-3。内管冲击帽腔1-3外周为冲击外管上连接面1-4。冲击外管上连接面1-4采用间隙配合连接冲击外管2上部。

如图4所示，取样钻头3上部为冲击外管下连接螺纹3-1，取样钻头3下部为环状刃口3-2，取样钻头3中部竖直设置进料通道3-3。

如图5所示，减震垫13下部设有定位杆13-1，如图6所示，内管冲击帽14上部开有定位孔14-1，两者相适配。内管冲击帽14下部设置冲击内管连接上螺纹14-2。

定位杆13-1位于定位孔14-1中，使减震垫13与内管冲击帽14的位置固定，减震过程中不会发生偏移。减震垫13上部位于减震垫腔1-2中，内管冲击帽14上部位于内管冲击帽腔1-3中，完成冲击握轴1、减震垫13、内管冲击帽14的定位。

取样管接头6上部外周设置冲击内管连接下螺纹，取样管接头6上部连接螺塞4，取样管接头6上部开有排气腔，下方开有排气孔，排气腔下方连通排气孔，排气孔上方设置钢球5。取样管接头6下部设置样管连接上螺纹。

样管为分体结构，包括第一半合样管7和第二半合样管9。第一半合样管7与第二半合样管9之间采取斜度定位结构，具体的，第一半合样管7与第二半合样管9上设置适配的斜定位块与斜定位槽，斜定位块与斜定位槽的倾斜角度在40°-50°之间，两者合并后，当内部收到土壤的径向力时，斜定位块与斜定位槽可以承受径向分力，不会分开。

如图7所示，撑箍10由弹性材料制成，为环状结构，撑箍10中竖直开有变形槽10-1，撑箍10正常状态时尺寸略大于样管下部内壁尺寸，当挤压变形槽10-1两侧，使变形槽10-1合拢时，撑箍10可放入衬膜8开口中，然后撑箍10回弹，使衬膜8开口紧贴样管下部内壁，防止样品进入样管后将薄膜挤脱变形。

如图8所示，倒刺11由弹性材料制成，为弧状结构，弧面朝上，倒刺11中部由多块瓣状弹性片11-1构成，当土壤从下进入倒刺11时，土壤在竖直方向撑开弹性片11-1往上移动，当土壤从上往下接触倒刺11时，多块瓣状弹性片11-1相互抵触，阻止土壤下行。

本发明的工作过程如下：

如图2所示，当钻机将冲击力和静压力传递至冲击握轴1时，冲击握轴1驱动冲击外管2和取样钻头3向下挤入地下。

在由冲击握轴1、冲击外管2及取样钻头3组成的钻具外层，由取样管接头6、半合管7与半合管9、半合管接头12组成的内管，在内管冲击帽14与冲击内管15的驱动下同时向下挤入地下。相应的地下土壤由a处被挤入由取样管接头6、半合管7与半合管9、半合管接头12组成的内管。样管中多余的气体从取样管接头6下部的排气孔顶开钢球5进入排气腔。钢球5随即覆盖排气孔，防止杂质影响土壤样本中的可挥发性气体数值。

因冲击外管2与半合管长度相等，当冲击外管向下运动一根外管长度后，半合管内样品刚好取满。取下冲击握轴1，向上拔出冲击内管15，取样管接头6半合管7与半合管9、半合管接头12组成的内管也随之带出。松开取样管接头6与半合管之间的螺纹，松开半合管接头12与取样管之间的螺纹，半合管7与半合管9可轻松打开，打开衬膜8，可取出管内样品。

按附图2所示，将内部零件连接好，在上端增加1根冲击内管15和冲击外管2，继续向下推进，可取下一个冲击外管长度的地层内样品，依次递增。

以上描述是对本发明本发明的解释，不是针对本发明本发明的限定，在不违背本发明本发明精神的情况下，本发明本发明可以作任何形式的修改。