一种碳酸盐岩溶洞型地质工程勘探用物探定井装置及方法与流程

本发明涉及地质工程技术领域，尤其涉及一种碳酸盐岩溶洞型地质工程勘探用物探定井装置及方法。

背景技术：

地质工程领域是以自然科学和地球科学为理论基础，以地质调查、矿产资源的普查与勘探、重大工程的地质结构与地质背景涉及的工程问题为主要对象，以地质学、地球物理和地球化学技术、数学地质方法、遥感技术、测试技术、计算机技术等为手段，为国民经济建设服务的先导性工程领域，由于水资源的短缺，所以在地质工程领域中地下水的勘测是目前全球投入研究最多的一项。

地下水是指赋存于地面以下岩石空隙中的水，狭义上是指地下水面以下饱和含水层中的水。在国家标准《水文地质术语》中，地下水是指埋藏在地表以下各种形式的重力水。

我国岩溶地区地下水分布面积约82.83万平方千米,占全国评价区总面积的8.73％；岩溶地下水可开采资源量870.02亿立方米/年，占全国地下水可开采资源总量的26.7％，开发利用价值非常大。岩溶地区的地下水主要赋存于碳酸盐岩(石灰岩)的溶洞裂隙中，其赋存状态取决于岩溶发育程度。我国碳酸盐岩分布较广，有的直接裸露于地表，有的埋藏于地下，不同气候条件下，其岩溶发育程度不同，特别是北方和南方地区差异明显。

想要勘测岩溶地区的地下水位置，需要采用专业的定位测绘仪器，进行定位，并采用打井设备完成打井取样，对样品进行检测分析，从而确定地下水的位置、水质及其流向等。

但目前的岩溶地区的地表较为坚固，所以现有的物探定井装置的支撑腿无法直接扎入地表完成固定，且在岩溶地表上钻井洞，钻头钻开井洞后，不易取样，并且地表下地层复杂，钻开井后的井壁上的土壤和落石容易滑落，导致井洞堵塞，无法完成取样分析，以上问题给岩溶地区的地下水定井过程造成了巨大的困扰。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种碳酸盐岩溶洞型地质工程勘探用物探定井装置及方法。

本发明的第一个技术要点为：

一种碳酸盐岩溶洞型地质工程勘探用物探定井装置，主要包括：用于支撑定井装置的支撑板、设置在所述支撑板中间的进给稳固筒、设置在所述进给稳固筒中心轴上的进给钻土机构、用于驱动所述进给钻土机构的驱动进给机构、设置在所述支撑板下方并对称设置在所述进给稳固筒两侧的稳定支撑腿、用于固定钻出井壁的固定伸缩筒、可套装在所述固定伸缩筒中用于取样的取样筒；

所述进给稳固筒包括：设置在所述进给稳固筒内壁两侧靠近底端位置处的卡板、设置在所述进给稳固筒中心轴位置处的进给稳固槽；

所述进给钻土机构包括：转动设置在所述进给稳固槽内的进给钻土丝杆、设置在所述进给钻土丝杆底面上的多根固定杆、设置在所述进给钻土丝杆下方的进给钻头、设置在所述进给钻头顶面的多个与所述固定杆对应的固定孔，所述进给钻头上设置有安装槽；

所述驱动进给机构设置在所述支撑板内；

所述稳定支撑腿包括：设置在所述支撑板下方的第一支撑腿、伸缩滑动在所述第一支撑腿内部的第二支撑腿、设置在所述第二支撑腿下方的固定脚；

所述固定伸缩筒包括：多个套装在一起的第一组合筒、设置在最外部的所述第一组合筒两侧的固定板、设置在最外部的所述第一组合筒顶部的固定头、设置在所述固定头上并与所述卡板相匹配的卡槽、设置在最内部的所述第一组合筒底面上的同心卡环；

所述卡环的四个顶点处设置有轴承卡槽，所述卡环通过所述轴承卡槽套装有一个第二轴承，所述第二轴承四个顶点处设置有用于卡紧所述轴承卡槽的轴承卡板，所述第二轴承的内侧四个顶点处设置有钻头固定板固定槽，所述第二轴承内转动套装有一个钻头固定板，所述钻头固定板的四个顶点处设置有卡在所述钻头固定板固定槽内的钻头固定板卡板；

所述钻头固定板卡板上设置有多个与所述固定杆相匹配的固定杆固定孔，所述固定伸缩筒的最内层的第一组合筒通过钻头固定板安装在所述进给钻头和所述进给钻土丝杆之间；

每个所述第一组合筒侧面上均设置有开窗，且开窗均用密封橡胶封起，所述密封橡胶的中间轴上设置有撕裂缝。

进一步的，所述驱动进给机构包括：设置在所述支撑板内部并对称设置在所述进给钻土丝杆两侧的驱动进给齿轮、以两个所述驱动进给齿轮为顶点并套在两个所述驱动进给齿轮上的驱动进给齿条、设置在所述支撑板和所述进给稳固筒内壁上的驱动进给齿条槽，所述驱动进给齿条通过所述驱动进给齿条槽与所述进给钻土丝杆相啮合，所述驱动进给齿轮上设置有驱动进给转轴，其中一根所述驱动进给转轴上连接驱动电机，方便驱动进给钻土丝杆。

进一步的，每个所述第一组合筒的内壁上均设置有第二滑道，除最外侧的第一组合筒以外的所有第一组合筒的顶部均设置有第一滑竿，所述第一滑竿滑动设置在所述第二滑道上，提高伸缩效果，防止脱节。

进一步的，所述支撑板底部还设置有辅助支撑腿，所述第二支撑腿内部滑动设置有一个固定顶杆，所述第二支撑腿面向所述辅助支撑腿一侧的侧面上开设有滑槽，所述固定顶杆侧面设置有固定齿条，所述固定齿条位于所述滑槽内，所述固定顶杆的底端延伸至所述固定脚内，且在固定顶杆位于所述固定脚内部一端上设置有固定挤压板，固定挤压板的底面上设置有多个第一轴承，每个所述第一轴承上均转动设置有一根螺杆，在所述固定脚的底面上设置多个螺纹套筒，每个所述螺纹套筒内均转动设置一根螺杆，每根所述螺杆的底端设置有一个固定钉头，所述辅助支撑腿上转动设置有一个驱动齿轮，所述驱动齿轮通过摇把驱动，所述驱动齿轮与所述固定齿条相啮合，所述辅助支撑腿的底端设置有辅助固定脚，使固定脚上的螺杆可以快速的进入地表之下，更快的完成支撑板的固定。

进一步的，所述取样筒由多个第二组合筒套装在一起组成，所述取样筒套装在所述固定伸缩筒内部，可防止落石滚落，堵塞井洞。

更进一步的，每个所述第二组合筒内部侧面均设置有第三滑道，除最外侧的第二组合筒以外的每个所述第二组合筒的顶部均设置有第二滑竿，所述第二滑竿滑动设置在所述第三滑道上，最外侧的第二组合筒的顶部设置有限位板，增加伸缩效果，防止脱节。

更进一步的，所述每个第二组合筒的侧面均开设有取样槽，所述取样筒内部竖直中心轴位置处设置有一个取样内筒，所述取样筒套装在所述固定伸缩筒内后，所述取样槽的位置和所述密封橡胶的位置相同，快速取得不同深度土壤的样品。

更进一步的，所述取样内筒是横截面为两个半圆形的筒，且两个半圆形筒之间设置有弹簧，所述取样内筒外壁上设置有取样板，所述取样板上设置有多个取样槽，使用更加方便。

更进一步的，所述取样内筒内滑动设置一个撑开柱，所述撑开柱的一端设置有撑开头，所述撑开头为台阶轴状，更方便撑开柱撑开取样内筒。

本发明的第二个技术要点为：

利用上述装置进行物探定井的方法，包括以下步骤：

s1:通过定位仪器初步定位后，对装置进行安装

将固定伸缩筒最内侧的第一组合筒上放入第二轴承，使第二轴承上的轴承卡板卡在所述轴承卡槽内，再将钻头固定板的钻头固定板卡板卡进第二轴承上的钻头固定板固定槽内，将进给钻土丝杆上的固定杆穿过所述钻头固定板上的固定杆固定孔中，并用弹簧卡扣固定，调整将固定伸缩筒放置于需要定位检测的土地上，并用固定钉将固定板与土地固定；

s2：装置调整

将稳定支撑腿的第二支撑腿从第一支撑腿中拉出，使固定脚接触底面，将辅助支撑腿也进行伸缩，使辅助固定脚也贴紧地面，然后，通过转动摇把使驱动齿轮转动，并带动固定齿条竖直运动，使固定顶杆在第一滑道上滑动，并挤压螺杆，使螺杆在螺纹套筒的作用下，发生旋转，从而使固定钉头钻开地表，使螺杆快速进入地表下，完成装置的固定；

s3:土壤钻井

通过驱动进给机构的驱动进给转轴带动驱动进给齿轮转动，使驱动进给齿条带动进给钻土丝杠旋转进给，从而，进给钻头开始钻土，并带动固定伸缩筒最内侧的第一组合筒开始向下伸出，直至固定伸缩筒的所有第一组合筒全部伸出，此时，松开固定脚，拔出进给钻土丝杆，此时，弹簧卡扣松开，使钻头暂时留在井内，使固定伸缩筒的第一组合筒的外壁紧贴钻好井洞的内壁，完成土壤钻井；

s4:对初步定位后的井洞内的土壤进行取样研究

将取样筒伸进固定伸缩筒中，并通过取样内筒使取样筒的第二组合筒全部伸出，再将撑开柱的撑开头首先插入取样内筒中，在缓慢的插入撑开柱，使取样内筒开始扩张，使取样板上的取样管撑破所述密封橡胶，完成取样。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

第一，因为在岩石溶洞内的地表不易固定，所以现有的直接扎入的固定方式不太适用，本发明通过设置辅助支撑腿和稳定支撑腿，使装置更加稳定，且通过驱动齿轮、固定齿条和固定顶杆，使螺杆通过螺纹套筒，快速旋转进给，使装置固定速度更快，且更加稳定。

第二、因为在岩石溶洞内钻井洞，钻头钻开井洞后，不易取样，且地层复杂，钻开井后的井壁上的土壤和落石容易滑落，导致井洞堵塞，本发明通过在钻井的同时将固定伸缩筒打进井洞内，使井内落石土壤不会滑落，保证后期取样时每层取样样品的准确性。

第三、本发明通过在固定伸缩筒内套装取样筒，并在取样筒内设置可扩大的取样内筒，并通过第二组合筒上的取样槽处完成取样，快速提取不同深度的土壤样品。

附图说明

图1是本发明的内部结构示意图的主视图；

图2是本发明进给钻土机构结构示意图的主视图；

图3是本发明外部结构示意图的俯视图；

图4是本发明固定伸缩筒收缩时结构示意图的主视图；

图5是本发明固定伸缩筒伸张时结构示意图的主视图；

图6是图1中a部区域结构示意图的放大图；

图7是图5中b部区域结构示意图的放大图；

图8是本发明取样筒和固定伸缩筒的位置关系图；

图9是本发明取样内筒结构示意图的俯视图；

图10是本发明固定伸缩筒结构示意图的俯视图。

其中，1、支撑板，2、进给稳固筒，21、卡板，22、进给稳固槽，3、进给钻土机构，31、进给钻土丝杆，32、固定杆，33、进给钻头，331、安装槽，34、固定孔，4、驱动进给机构，41、驱动进给齿轮，42、驱动进给齿条，43、驱动进给齿条槽，44、驱动电机，45、驱动进给转轴，5、稳定支撑腿，51、第一支撑腿，52、第二支撑腿，521、滑槽，53、固定顶杆，54、固定齿条，55、固定脚，551、固定挤压板，552、第一轴承，553、螺纹套筒，554、螺杆，555、第一滑道，556、固定钉头，6、辅助支撑腿，61、驱动齿轮，62、摇把，63、辅助固定脚，7、固定伸缩筒，71、固定头，711、卡槽，72、固定板，73、第一组合筒，731、卡环，7311、轴承卡槽，732、第二轴承，7321、轴承卡板，7322、钻头固定板固定槽，733、钻头固定板，7331、钻头固定板卡板，7332、固定杆固定孔，74、密封橡胶，741、撕裂缝，75、第二滑道，76、第一滑竿，8、取样筒，81、第二组合筒，811、第三滑道，812、第二滑竿，813、取样槽，82、取样内筒，83、取样板，831、取样管，84、弹簧，85、限位板，9、撑开柱，91、撑开头。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，一种碳酸盐岩溶洞型地质工程勘探用物探定井装置，主要包括：用于支撑定井装置的支撑板1、设置在所述支撑板1中间的进给稳固筒2、设置在所述进给稳固筒2中心轴上的进给钻土机构3、用于驱动所述进给钻土机构3的驱动进给机构4、设置在所述支撑板1下方并对称设置在所述进给稳固筒2两侧的稳定支撑腿5、用于固定钻出井壁的固定伸缩筒7、可套装在所述固定伸缩筒7中用于取样的取样筒8；

如图1所示，所述进给稳固筒2包括：设置在所述进给稳固筒2内壁两侧靠近底端位置处的卡板21、设置在所述进给稳固筒2中心轴位置处的进给稳固槽22；

如图1和图2所示，所述进给钻土机构3包括：转动设置在所述进给稳固槽22内的进给钻土丝杆31、设置在所述进给钻土丝杆31底面上的多根固定杆32、设置在所述进给钻土丝杆31下方的进给钻头33、设置在所述进给钻头33顶面的多个与所述固定杆32对应的固定孔34，所述进给钻头33上设置有安装槽331；

如图1所示，所述驱动进给机构4设置在所述支撑板1内；

如图1所示，所述稳定支撑腿5包括：设置在所述支撑板1下方的第一支撑腿51、伸缩滑动在所述第一支撑腿51内部的第二支撑腿52、设置在所述第二支撑腿52下方的固定脚55；

如图1、图4和图10所示，所述固定伸缩筒7包括：多个套装在一起的第一组合筒73、设置在最外部的所述第一组合筒73两侧的固定板72、设置在最外部的所述第一组合筒73顶部的固定头71、设置在所述固定头71上并与所述卡板21相匹配的卡槽711、设置在最内部的所述第一组合筒73底面上的同心卡环731；

如图10所示，所述卡环731的四个顶点处设置有轴承卡槽7311，所述卡环731通过所述轴承卡槽7311套装有一个第二轴承732，所述第二轴承732四个顶点处设置有用于卡紧所述轴承卡槽7311的轴承卡板7321，所述第二轴承732的内侧四个顶点处设置有钻头固定板固定槽7322，所述第二轴承732内转动套装有一个钻头固定板733，所述钻头固定板733的四个顶点处设置有卡在所述钻头固定板固定槽7322内的钻头固定板卡板7331；

如图1和图10所示，所述钻头固定板卡板7331上设置有多个与所述固定杆32相匹配的固定杆固定孔7332，所述固定伸缩筒7的最内层的第一组合筒73通过钻头固定板733安装在所述进给钻头33和所述进给钻土丝杆31之间；

如图5所示，每个所述第一组合筒73侧面上均设置有开窗。

如图1所示，所述驱动进给机构4包括：设置在所述支撑板1内部并对称设置在所述进给钻土丝杆31两侧的驱动进给齿轮41、以两个所述驱动进给齿轮41为顶点并套在两个所述驱动进给齿轮41上的驱动进给齿条42、设置在所述支撑板1和所述进给稳固筒2内壁上的驱动进给齿条槽43，所述驱动进给齿条42通过所述驱动进给齿条槽43与所述进给钻土丝杆31相啮合，所述驱动进给齿轮41上设置有驱动进给转轴45，其中一根所述驱动进给转轴45上连接驱动电机44。

如图5和图7所示，每个所述第一组合筒73的内壁上均设置有第二滑道75，除最外侧的第一组合筒73以外的所有第一组合筒73的顶部均设置有第一滑竿76，所述第一滑竿76滑动设置在所述第二滑道75上。

如图8所示，所述取样筒8由多个第二组合筒81套装在一起组成，所述取样筒8套装在所述固定伸缩筒7内部。

如图8所示，每个所述第二组合筒81内部侧面均设置有第三滑道811，除最外侧的第二组合筒81以外的每个所述第二组合筒81的顶部均设置有第二滑竿812，所述第二滑竿812滑动设置在所述第三滑道811上，最外侧的第二组合筒81的顶部设置有限位板85。

如图8和图9所示，所述每个第二组合筒81的侧面均开设有取样槽813，所述取样筒8内部竖直中心轴位置处设置有一个取样内筒82，所述取样筒8套装在所述固定伸缩筒7内后，所述取样槽813的位置和所述密封橡胶74的位置相同。

如图9所示，所述取样内筒82是横截面为两个半圆形的筒，且两个半圆形筒之间设置有弹簧84，所述取样内筒82外壁上设置有取样板83，所述取样板83上设置有多个取样槽813。

如图8所示，所述取样内筒82内滑动设置一个撑开柱9，所述撑开柱9的一端设置有撑开头91，所述撑开头91为台阶轴状。

实施例2：

实施例2与实施例1不同之处在于：

如图5所示，开窗均用密封橡胶74封起，所述密封橡胶74的中间轴上设置有撕裂缝741。

实施例3：

实施例3与实施例2不同之处在于：

如图1所示，所述支撑板1底部还设置有辅助支撑腿6，所述第二支撑腿52内部滑动设置有一个固定顶杆53，所述第二支撑腿52面向所述辅助支撑腿6一侧的侧面上开设有滑槽521，所述固定顶杆53侧面设置有固定齿条54，所述固定齿条54位于所述滑槽521内，所述固定顶杆53的底端延伸至所述固定脚55内，且在固定顶杆53位于所述固定脚55内部一端上设置有固定挤压板551，固定挤压板551的底面上设置有多个第一轴承552，每个所述第一轴承552上均转动设置有一根螺杆554，在所述固定脚55的底面上设置多个螺纹套筒553，每个所述螺纹套筒553内均转动设置一根螺杆554，每根所述螺杆554的底端设置有一个固定钉头556，所述辅助支撑腿6上转动设置有一个驱动齿轮61，所述驱动齿轮61通过摇把62驱动，所述驱动齿轮61与所述固定齿条54相啮合，所述辅助支撑腿6的底端设置有辅助固定脚63。

选用实施例3装置进行物探定井的方法，包括以下步骤：

s1:通过定位仪器初步定位后，对装置进行安装

将固定伸缩筒7最内侧的第一组合筒73上放入第二轴承732，使第二轴承732上的轴承卡板7321卡在所述轴承卡槽7311内，再将钻头固定板733的钻头固定板卡板7331卡进第二轴承732上的钻头固定板固定槽7322内，将进给钻土丝杆31上的固定杆32穿过所述钻头固定板733上的固定杆固定孔7332中，并用弹簧卡扣固定，调整将固定伸缩筒7放置于需要定位检测的土地上，并用固定钉将固定板72与土地固定；

s2：装置调整

将稳定支撑腿5的第二支撑腿52从第一支撑腿51中拉出，使固定脚55接触底面，将辅助支撑腿6也进行伸缩，使辅助固定脚63也贴紧地面，然后，通过转动摇把62使驱动齿轮61转动，并带动固定齿条54竖直运动，使固定顶杆53在第一滑道555上滑动，并挤压螺杆554，使螺杆554在螺纹套筒553的作用下，发生旋转，从而使固定钉头556钻开地表，使螺杆554快速进入地表下，完成装置的固定；

s3:土壤钻井

通过驱动进给机构4的驱动进给转轴45带动驱动进给齿轮41转动，使驱动进给齿条42带动进给钻土丝杠31旋转进给，从而，进给钻头33开始钻土，并带动固定伸缩筒7最内侧的第一组合筒73开始向下伸出，直至固定伸缩筒7的所有第一组合筒73全部伸出，此时，松开固定脚55，拔出进给钻土丝杆31，此时，弹簧卡扣松开，使钻头暂时留在井内，使固定伸缩筒7的第一组合筒73的外壁紧贴钻好井洞的内壁，完成土壤钻井；

s4:对初步定位后的井洞内的土壤进行取样研究

将取样筒8伸进固定伸缩筒7中，并通过取样内筒82使取样筒8的第二组合筒81全部伸出，再将撑开柱9的撑开头91首先插入取样内筒82中，在缓慢的插入撑开柱9，使取样内筒82开始扩张，使取样板83上的取样管831撑破所述密封橡胶74，完成取样。