专利名称：多点岩芯定向仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种岩芯定向装置，特别是多点岩芯定向仪。
对于某些重要建设工程，尤其是矿山开采和工程建设，在施工前，需要对施工地区的地下岩体或结构面稳定性进行评价，从而确定工程设计的可行性和采取的施工方案，这首先要了解地下岩层或结构面的产状(岩层的倾角与方位)，首先要通过钻探手段从地下采取定向岩芯，即在地下钻取岩芯时，通过随钻具一起下到钻孔底的专用定向仪器，给未断根柱状岩芯打下原始空间方位标记，将岩芯提取到地面后恢复成地下原始空间状态，并通过测量与计算，得出岩层的产状，为设计施工提供可靠依据。近些年有些科研单位开展的岩芯定向技术研究工作已取得了一些进展。如冶金工作部勘察科学技术研究所于1984年通过YD－NQ型单点岩芯定向器部级鉴定，其结构主要包括岩芯柱顶面形状模拟装置和岩芯顶面方向标定装置，其顶面形状模拟装置主要由一组钢针组成，钢针针尖接触岩芯柱顶面后，其空间位置固定，从而模拟了岩芯柱顶面形状；而岩芯顶面方向标定装置是由一块圆形铝板和一个钢珠组成。在标定时，由于钻具钻进方向是有一定角度的，在铝板上的钢珠滚向最低点，通过压力使钢珠在铝板上留下印痕，而使岩芯顶面方向确定下来。这种仪器使用中受到一定条件的限制，对于下述情况不能定向取芯孔底有脱离岩体的残留岩芯时，岩芯顶面较平时，岩芯柱上端斜角很小时，岩芯破碎时都无法连续定向取芯。而1986年中国有色金属工业总公司矿产地质研究所研制成功YCD－Ⅲ型和NCO－Ⅰ型三点岩芯定向仪，是由刻痕刀和三组岩芯顶面方向标定装置组成，三组岩芯顶面方面标定装置均是一块圆形铝板和一个钢珠构成，在三次定向时，三个钢珠先后在三块铝板上标下印痕，整个钻进过程中刻痕刀在岩芯柱面上刻下痕迹，这两种定向仪虽然克服了YD－NQ型单点岩芯定向器的某些缺点，但仪器结构比较复杂，每次定向需要三台仪器同时下井，每台仪器只能定向一次操作麻烦，定向受时间和进尺的限制，在钻探中钻具振动较大，影响定向的准确性和可靠性。
本实用新型的目的是提供一种能适用于完整的、破碎的等不同地层定向取芯，一个定向回次钻进可以进行多点定向和全孔连续定向取芯、精确度高，工作效率高，节省时间而成本较低的多点定向仪。
本实用新型是这样实现的在现有技术方案中，内管钻具下端固定连接有刻痕刀，其上端与外筒通过螺纹连接，依靠定位键将两零件周向定位，在外筒内装有定向仪，定向仪的仪器筒和外筒间固定装有定位键，以保证两零件之间的周向定位，其技术要点是仪器筒上下两端分别连接有上、下盖，筒内固定连接有上支架，具有上、下安装隔板的旋转支架通过两轴承与上支架及下盖连接，可以自由回转。旋转支架的上安装隔板固定连接有钟表机芯，传动齿条的上端固定连接有曝光盒，其下部与钟表机芯的传动齿轮啮合，钟表机芯的运转，带动传动齿轮运转，使传动齿轮上移，固定其上的曝光盒也随之上移；在曝光盒的侧壁上有曝光小园孔；上安装隔板还固定连接有延时开关定时电路板，它只在静止时导通工作，在升降钻具或钻进时，由于振动作用下，电路的振子放电形不成回路而停止工作；下安装隔板固定连接有偏重块和干电池；延时开关定时电路板、曝光盒和干电池构成一个电路回路。在仪器筒内上端，与曝光盒相对的位置，组装有铝套；铝套与仪器筒通过定向键进行周向定位，铝套的内壁贴有感光纸。
曝光盒由盒体、盒盖和灯泡组成，盒盖拧装在盒体上，盒体内安装曝光的灯泡通过导线与延时开关定时电路板和干电池连接，在盒体侧壁上开有曝光的小园孔，小园孔的周向位置与旋转支架上的偏重块重心位置相一致，这样才能保证曝光盒上的曝光小园孔在偏重块的作用下始终保持孔壁最低点的位置，从而由小园孔中射出的光束在感光纸上的感光点也是孔壁最低点位置。铝套的内壁及感光纸均有角度刻度标志，在使用时，感光纸的零度位与铝套的零度位重合。
在仪器组装时，要使粘贴感光纸的铝套、仪器筒、外筒，和固定连接有刻痕刀的内管钻具通过互相间的定位键作周向定位，以保证感光纸的零度位和刻痕刀在同一条基准线上。
本实用新型的工作过程和原理首先在地面上将定向仪的钟表机芯发条上好，并在黑暗处将感光纸贴在铝套的内壁上，盖好上盖，此时上盖、上支架和仪器筒壁构成了一个小暗室，按上述将感光纸的零度位与刻痕刀定位在同一基准直线上的要求，将仪器和内管钻具固定连接，然后随固定连接有钻头的外管钻具一同下至有倾角的钻孔孔底。在定向钻进时，岩芯进入内管钻具，在内管钻具前端的刻痕刀在岩芯柱面上刻下沟痕。需定向时，钻机停钻，记录钻进尺度和定向时间，此时定向仪的延时开关电路充电(1～2分钟)，电路导通工作，曝光盒内的小灯泡亮，从曝光小园孔射出光束，在感光纸上感光出感光点、感光完毕继续钻进时，钻具的振动作用使延时开关电路振子放电，曝光小灯泡灭。与此同时，由于钟表发条的作用，使传动齿轮继续转动，带动传动齿条继续上移，固定在齿条上端的曝光盒也随之上移，在上移过程中可多次定向曝光，即可在感光纸上由下至上得到多个定向感光点。由于钻具倾斜钻入和偏重块 的铅垂作用，使曝光盒的小园孔始终朝向孔壁的最低方向，所以仪器筒内感光纸上记录的一系列感光点(即定向点)也是朝向孔壁的最低方向。它们与岩芯各定向截面的最低点相对应。由于感光纸上的基准线(零度线)和刻痕刀在同一直线上，因此基准线和岩芯柱面上的刻痕线是一致的，感光纸上各感光点相对于基准线的角度数，即对应于岩芯柱面上各截面的刻痕线位置到定向线位置的角度数。因此，将岩芯提取到地面后，根据岩芯的刻痕线(即基准线)，结合定向时钻进的尺度和时间记录，经过换算，把感光纸上各感光点与岩芯定向的各截面对应起来，并根据感光纸上各点记录的角度值，在岩芯柱面上以刻痕线作基准线，在各截面上量出相对的角度值，由一系列角度值确定的一系列点的连线就是岩芯柱的最低点母线，然后通过测量仪器分别测出岩芯的遇层角，扭转角以及钻孔的倾角和方位角，根据这四个参数，确定出岩层的产状。
本实用新型的显著特点是在一个定向回次钻进中，可以进行多点定向和全孔连续定向取芯，并可适用于不同角度的斜孔和不同地层定向取芯，定向的位置与次数不受时间和进尺的限制，每次定向时间短，定向取芯准确，设计合理、结构紧凑、操作方便、成本低。
以下结合附图对本实用新型作进一步描述
图1是本实用新型定向仪示意图；图2是定向仪与刻痕刀联结关系的示意图；图3是传动齿条的示意图；图4、图5是旋转支架的示意图；图6是感光纸示意图；图7是延时开关定时电路图；参看
图1～7，旋转支架8的上下两端靠微型轴承17、14分别与上支架4、下盖13联结。旋转支架8的下部有一安装隔板，其两侧分别固定有铅制偏重块9和干电池11。旋转支架8上部有两个安装隔板，在两个安装隔板之间用螺栓固定有普通钟表机芯6，其外部有旋钮10，在普通钟表机芯6的发条轴一端装有传动齿轮15，传动齿条5的下部齿条与传动齿轮15啮合在一起，其上部为空心杆状，此端穿过旋转支架8上轴颈圆孔，与开有曝光小园孔12的曝光盒体3通过螺栓固定联结，盒盖2通过螺纹拧装在盒体3上，盒内装有灯泡18，连接导线从传动齿条5上部的空心杆中穿过，从空心杆的下端穿出与延时开关定时电路板16联接，在一个安装隔板上装有延时开关定时电路板16，参看图7，由电容C、电阻R1、R2、R3，集成元件IC、1三极管GB，振子ZK和开关K组成，并和干电池11、灯泡18组成回路。仪器从下方装入仪器筒7，靠下盖13的外螺纹和仪器筒7的内螺纹联结，顶丝20拧装在下盖13上，以便将旋转支架7顶起，铝套19外侧有定向键槽，内侧以键槽为基准线 刻度，带有刻度的感光纸21，贴在铝套19内壁，并对准基准刻度，将铝套19装入仪器筒7的上端，并拧紧上盖1。将组装好的定向仪装入外筒22，(参看图2、)并用定位键23定向，外筒22与装有刻痕刀25的内管钻具24靠螺纹联结，用定位键23定向。在仪器组装时，要依靠定位键23，使感光纸21、仪器筒7、内管钻具24和刻痕刀25定向，以保证感光纸21的零度位和刻痕刀25在一条直线上(基准线)。
用本仪器进行岩芯定向，首先将定位仪的钟表旋钮10逆时针旋转一周(发条上劲方向)，使曝光盒3处于最下位置，将电源开关K闭合，把定向仪装入仪器筒7内，然后按顺序将外筒22和带刻痕刀25的内管钻具组装一起。在钻进和提下钻具的过程中，由于机械振动，延时开关定时电路的振子ZK与触点断续闭合，电容C放电，此时，集成元件IC的2、6脚电位变低，脚3恢复高电位，三极管GB关断，感光灯泡18不亮，定向时，停止钻进，振子ZK与触点处于分离状态，这时电源经电阻R1向电容C充电，约100秒，使集成元件IC的2、6脚电位升高到3脚翻转的國值时，3脚由高电位变成低电位，三极管GB导通，灯泡18发亮，通过曝光盒3的曝光小园孔12，在感光纸21上感光，约1～2分钟，感光完毕后继续钻进时，灯泡18灭。与此同时，由于钟表发条的作用，使传动齿轮15继续转动，带动传动齿条5继续上移，导致曝光盒从最低位置向上移动，钟表发条轴迥转一周为120分钟，曝光盒上移距离为30毫米，在上移过程中，可多次定向曝光。即可在感光纸21上由下至上得到多个定向感光点。参看图6。在定向时，由于钻具倾斜钻入和偏重块9的铅垂作用，使曝光盒体3的小园孔的方向始终朝向钻孔最低点。因而，装于铝套19内壁上的筒状感光纸21，被曝光小园孔12射出的光束感光出多个感光点也是朝向钻孔壁的最低点；感光纸21上零度线位置，即是一条基准线，它与内管钻具24前端的刻痕刀25在一条基准线上，在定向钻进中，内管钻具24一般不转动，这种情况，岩芯柱面上的刻痕刀是平行于岩芯轴线的直线，在感光纸上各感光点的连线应该是条铅垂线；但是在钻进中，内管钻具24有时会因某种原因而转动，这样，刻痕刀25在岩芯柱面上的刻痕可能是螺旋线或不规则曲线，而与刻痕刀25在一个基准线的感光纸的零度位也会随刻痕刀发生同步角位移，因而始终朝向孔壁最低位置的曝光光束在筒状的感光纸21上留下的多个感光点，其连线也会是螺旋线(感光纸展开后是条直线)或不规则曲线。感光纸21上有各感光点(定向点)到零度线(基准线)的夹角即扭转角，因此，在岩芯柱面上可根据各感光点与零度线的夹角来确定定向线(岩芯最低母线)，岩芯定向线确定下来后，通过仪器测出岩芯的遇层角、扭转角及钻具钻进的倾角、方位角，从而确定出地下岩层的产状。
权利要求1.一种多点岩芯定向仪，有内管钻具，其下端固定连接有刻痕刀，其上端与外筒通过螺纹连接，并组装有周向定位的定位键，在外筒内装有定向仪，定向仪的仪器筒和外筒间固定装有定位键，其特征在于a、仪器筒内固定连接有上支架和下盖，具有上、下安装隔板的旋转支架通过两轴承与上支架及下盖活动连接；b、旋转支架的上安装隔板固定连接有钟表机芯，传动齿条的上端固定连接有曝光盒，其特部与钟表机芯的传动齿轮啮合，上安装隔板上固定连接有延时开关定时电路板，下安装隔板固定连接有偏重块和干电池。c、在仪器筒内，与曝光盒相对的位置，组装有与仪器筒周向定位并内贴有感光纸的铝套。
2.根据权利要求1所述的多点岩芯定向仪，其特征在于铝套的内壁标有刻度。
3.根据权利要求1所述的多点岩芯定向仪，其特征在于延时开关定时电路板由电容C、电阻R1、R2、R3，集成元件IC、三极管GB、振子ZK和开关K组成。
4.根据权利要求1所述的多点岩芯定向仪，其特征在于传动齿条上部为空心杆状。
5.根据权利要求1所述的多点岩芯定向仪，其特征在于固定连接在仪器筒上的下盖，装有可调整旋转支架高度位置的顶丝。
6.根据权利要求1所述的多点岩芯定向仪，其特征在于偏重块为金属铅制成。
7.根据权利要求1所述的多点岩芯定向仪，其特征在于曝光盒由带小园孔的盒体、盒盖和灯泡组成。
专利摘要一种用于岩芯定向的多点岩芯定向仪，由岩芯柱面刻痕刀和定向仪组成，定向仪内装有定向感光装置和带偏重的旋转支架，其上装有随之旋转的定向曝光装置。在一个定向回次钻进中，可以进行多点定向和全孔连续定向取芯，适合于不同角度的斜孔和不同地层定向取芯，定向位置与次数不受时间与进尺限制，每次定向时间短、定向取芯准确，并且设计合理、结构紧凑、操作方便、成本低、便于推广。
文档编号E21B25/16GK2059179SQ88210179
公开日1990年7月11日 申请日期1988年2月13日 优先权日1988年2月13日
发明者陈日宏 申请人:冶金部沈阳勘察研究院