一种钻杆的制作方法

本发明涉及土壤钻机设备技术、土壤检测设备技术及环境修复技术领域，更具体地，涉及一种钻杆。

背景技术：

随着经济的快速发展，人们越来越关注周围生产、生活、居住等环境的安全和质量。环境调查、工程勘探、地质调查及模型构建等活动也越来越多。随之而来的土壤岩心钻探及取样的需求也越来越大，土壤岩心取样钻机的使用也越来越频繁。

一般地，土壤岩心取样钻机在工作中，是将钻杆压入或旋入泥土中，让土壤直接灌入空心的钻杆中去。提出钻杆后，将其中的土壤岩心样本取出，按顺序平放观察其土层类型、结构、深度等形状，并按需求进行切割采样。

目前，将土壤岩心样本从钻杆中取出的普遍方式是利用水压、气压将其挤出岩心筒，或者敲击钻杆外壁，利用土壤岩心自身重力作用从钻杆中掉落下来。水压方式会对土壤岩心造成污染，影响后续采样与检测，而且会损毁较松散的粉土和粉砂样品。气压方式由于难以控制速度，土质较软时，经常发生扭曲变形或断裂现象，且会影响挥发性物质的检测。敲击方式由于敲击力度难以控制，土壤岩心掉落无规律，不但费时费力，而且掉落的土壤岩心混乱，影响后续样品的采集以及土层分布等地质信息获取的准确性。

现有的土壤岩心取样钻杆，因其设计的缺陷，给后续取出完整、无扰动、无(外源)污染的土壤岩心样品造成了很大的问题，因此，研发设计一种便捷、高效、无扰动的钻探钻杆具有重要意义。

因此，现在需要提供一种钻杆，其能至少解决现有技术中所存在的上述问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题中的至少一个，根据本发明的一方面，提出了一种钻杆，其包括一个或更多个连接杆；和钻探杆，与所述一个或更多个连接杆相连接，所述钻探杆包括设置在外层的钻探筒和设置在内层的采样筒，所述采样筒包括两个或更多个筒，所述两个或更多个筒通过设置在筒身上的相互吻合的凸栓和凹槽以及固定螺帽结合成一个整体，其中所述固定螺帽的顶部设置有提拉环，以使所述采样筒与所述钻探筒分离，从而获得完整且无扰动的钻取样品。

在一个实施例中，所述一个或更多个连接杆的杆体的内径小于所述固定螺帽的外径，以使得所述钻探杆、所述钻探筒、所述采样筒和所述固定螺帽均匀受力。

在一个实施例中，所述一个或更多个连接杆的连接处的内径大于或等于所述钻探筒的螺口外径。

在一个实施例中，所述钻探筒的上端螺口处为凸形，并且螺口处厚度小于所述钻探筒的筒身厚度，以使所述固定螺帽卡在所述钻探杆上部而不掉落。

在一个实施例中，所述钻探筒的下端钻探头为正反“l”形，并且所述钻探筒的下端筒口处内径小于筒身内径，以使所述采样筒卡在所述钻探筒内而不掉落。

在一个实施例中，所述固定螺帽的外径小于所述钻探筒的内径，而所述固定螺帽的内径大于或等于所述采样筒的外径，以使所述采样筒卡在所述钻探筒的上部而不掉落。

在一个实施例中，所述一个或更多个连接杆的数量和长度基于钻探深度来调整。

在一个实施例中，所述钻探杆的钻进方式为螺旋钻进方式或直推钻进方式。

在一个实施例中，所述凸栓和所述凹槽的形状包括圆形、拱形、柱形、隼形之一。

该钻杆使用便捷、高效、能取出完整、无扰动、无(外源)污染的钻取样品。

附图说明

通过结合附图对本发明的实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1为根据本发明的实施例的连接杆的结构示意图；

图2(a)-图2(b)为根据本发明的实施例的钻探杆的结构示意图，其中图2(a)为钻探筒的结构示意图，而图2(b)为采样筒的结构示意图；

图3为图2中所示的采样筒的剖视图；

图4为土壤钻探取样时图1和图2中分别所示的连接杆和钻探杆结合使用时的结构示意图；

图5为图2(a)中的底部钻探头的放大示意图；以及

图6为图2(b)在c处的放大示意图。

其中，1-连接杆；2-钻探筒；3-采样筒；3a-a筒；3b-b筒；31-凸栓；32-凹槽；4-固定螺帽；41-提拉环；5-螺纹；6-钻头；61-掘进齿。

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本发明的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解，本发明不受这里描述的示例实施例的限制。基于本发明中描述的本发明实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本发明的保护范围之内。

目前，将土壤岩心样本从钻杆中取出的普遍方式是利用水压、气压将其挤出岩心筒，或者敲击钻杆外壁，利用土壤岩心自身重力作用从钻杆中掉落下来。水压方式会对土壤岩心造成污染，影响后续采样与检测，而且会损毁较松散的粉土和粉砂样品。气压方式由于难以控制速度，土质较软时，经常发生扭曲变形或断裂现象，且会影响挥发性物质的检测。敲击方式由于敲击力度难以控制，土壤岩心掉落无规律，不但费时费力，而且掉落的土壤岩心混乱，影响后续样品的采集以及土层分布等地质信息获取的准确性。

现有的土壤岩心取样钻杆，因其设计的缺陷，给后续取出完整、无扰动、无(外源)污染的土壤岩心样品造成了很大的问题。因此，研发设计一种便捷、高效、无扰动的钻探钻杆具有重要意义。

本发明即是针对传统土壤岩心钻探钻杆存在的问题，研发设计的一种便捷、高效、无扰动的钻杆。

本发明公开了一种钻杆，该钻杆包括连接杆，以及进行钻探的钻探杆。该钻探杆由外层的钻探筒和内层的采样筒组成。该采样筒由a筒和b筒共同构成，a筒和b筒通过筒身上的凸栓和凹槽以及上部的固定螺帽结合成一个整体。该固定螺帽顶部设有提拉环，以便使采样筒与钻探筒顺利分离，旋开固定螺帽，分开a、b筒即可获得完整且无扰动的土壤岩心样品。本发明所提供的钻杆既适用于螺旋钻机土壤岩心取样，又适用于直推钻机取样，具有使用范围广、操作简单、无扰动、取样效率高等特点。

首先，参照图1至图3来描述根据本发明的实施例的钻杆的基本结构。

如图1至图3所示，根据本发明的实施例的钻杆，其包括：一个或更多个连接杆；和钻探杆，与所述一个或更多个连接杆相连接，所述钻探杆包括设置在外层的钻探筒和设置在内层的采样筒，所述采样筒包括两个或更多个筒，所述两个或更多个筒通过设置在筒身上的相互吻合的凸栓和凹槽以及固定螺帽结合成一个整体，其中所述固定螺帽的顶部设置有提拉环，以使所述采样筒与所述钻探筒分离，从而获得完整且无扰动的钻取样品。

具体地，本发明所提供的钻杆包括连接杆、钻探杆、钻探筒、采样筒、凸栓、凹槽、固定螺帽、提拉环、螺纹、钻头和掘进齿。钻机通过连接杆将钻探杆压入地下，在此过程中，土壤进入采样筒，并随钻探杆提出地面，分开采样筒，即可得到完整、无扰动的土壤原状土。

本发明中，连接杆(如图1所示)、钻探杆(如图2(a)和图2(b)所示)等的直径具有多种规格，可根据采样需求进行选择，连接杆和钻探杆通过螺纹5连接。

在一些实施例中，所述一个或更多个连接杆的数量和长度基于钻探深度来调整。具体地，本发明中，所述的连接杆的数量，可根据钻探采样的深度进行选择。优选地，所述每根连接杆的长度90～150cm为宜，以适应市场上大部分的钻机，扩大本发明的适用性，降低设备制造及使用成本。

本发明中，钻探杆由钻探筒2和采样筒3组成，采样筒3位于钻探筒2内部，优选地钻探筒2的直径比采样筒3大1～20mm。

在一些实施例中，所述钻探杆的钻进方式为螺旋钻进方式或直推钻进方式。具体地，钻探筒2(如图2(a))既可为螺旋式钻机钻杆，又可为直推式钻机钻杆。螺旋式钻探筒底部通过螺纹5连接带有掘进齿61的钻头6，直推式钻探筒底部外侧筒壁变窄，以使钻探更易推进。

采样筒3(如图2(b)和图3所示)由两个半圆形的a筒3a和b筒3b组成。虽然此处仅示出了采样筒具有两个筒，但是本发明并不限于此，可根据实际需要设计采样筒所包含的筒的数量和其长度。

采样a筒和b筒，两个半圆形的采样筒通过位于上部的固定螺帽4、位于筒壁上的凸栓和凹槽以及采样筒外部的钻探筒等的共同作用，固定组成一个完整的采样筒3，从而实现采样筒在钻探过程中的牢固、稳定，不易因外力作用而错位、变形等。进一步地，采样筒3置于钻探筒2内部，进一步增加其稳定性。

本发明所提供的钻杆包括由上到下的两个结构：上面是连接杆1，下面是(由钻筒2、采样筒3和固定螺帽4组成的)钻探杆，通过螺纹连接和固定。该钻杆还包括由外到内的结构：下部是钻探杆，由外部钻筒2(支撑、固定和剪切土壤作用)和内部的采样筒(由a、b筒及上部的固定螺帽4组成，以保存样品)组成。

采样筒由a筒和b筒共同构成，通过钻探筒和采样筒的分离以及采样a筒和b筒的分离，从而实现土壤岩心取样的快速、高效、无扰动，并可获得清晰完整的土壤岩心样品。无扰动是针对地下的土壤样品来说的，通过中空钻杆直接将土壤样品压入取样筒内，外界对其不接触，故不扰动。现在普遍的设计是外部钻筒+内部塑料衬管，但是直径太小，土壤取样量较少；而大口径的钻杆基本上只有外杆，而没有内杆，因此，取到的土壤样品很难从钻筒里分离出来。一般用水或压缩空气将其挤压出来，这样就会造成土壤样品的污染。本发明所提供的钻杆可以不受钻筒直径的限制，特别适用于大直径、土壤取样量较大、观察土壤岩心结构+取样检测的场景。

在一些实施例中，所述凸栓和所述凹槽的形状包括圆形、拱形、柱形、隼形之一。具体地，采样筒壁上的凸栓和凹槽通过相互吻合的方式使得采样a筒和b筒牢靠紧固，其形状可采用圆形、拱形、柱形、隼形等等多种方式。

接下来，结合图4至图6来详细描述根据本发明的实施例的钻杆的结构。

在一些实施例中，所述一个或更多个连接杆的杆体的内径小于所述固定螺帽的外径，以使得所述钻探杆、所述钻探筒、所述采样筒和所述固定螺帽均匀受力。具体地，连接杆底部通过螺纹与钻探杆固定，且连接杆(除螺口外)的内径小于固定螺帽的外径，以使钻探杆、钻探筒、采样筒和固定螺帽等均匀受力。该连接杆既能连接和固定钻探杆，又可使各钻探杆各部件均匀受力，保护钻探杆各部件，延长其使用寿命。另外，通过拉环将上方钻杆的压力作用/传导于下方的钻筒和取样筒上，而不是通过螺丝传导。

在一些实施例中，所述一个或更多个连接杆的连接处的内径大于或等于所述钻探筒的螺口外径。

在一些实施例中，所述钻探筒的上端螺口处为凸形，并且螺口处厚度小于所述钻探筒的筒身厚度，以使所述固定螺帽卡在所述钻探杆上部而不掉落。具体地，如图4所示，钻探筒的上端螺口处为凸形，螺口处厚度小于筒身厚度，以使固定螺帽卡在钻探杆上部而不掉落。

在一些实施例中，所述钻探筒的下端钻探头为正反“l”形，并且所述钻探筒的下端筒口处内径小于筒身内径，以使所述采样筒卡在所述钻探筒内而不掉落。具体地，如图5所示，钻探筒的下端钻探头为正反“l”形，下端筒口处内径小于筒身内径，以使采样筒卡在钻探筒内而不掉落。

在一些实施例中，所述固定螺帽的外径小于所述钻探筒的内径，而所述固定螺帽的内径大于或等于所述采样筒的外径，以使所述采样筒卡在所述钻探筒的上部而不掉落。具体地，固定螺帽4通过螺纹5与采样筒3连接，固定螺帽4的大小在于其外径略小于钻探筒内径，而其内径等于采样筒外径，并通过螺纹将采样a筒和b筒固定，以使采样筒卡在钻探筒上部而不致随意掉落；其上部设有提拉环，在外力作用下可使采样筒与钻探筒快速分离，其形状可采用方形、圆形或椭圆形等多种方式。

具体地，连接杆1的外径与钻探筒2的外径相同，连接杆1连接处的内径等于(或略大5mm)钻探筒2螺口外径。连接杆1本身杆体的内径小于固定螺帽4的外径(以再次固定下部的采样杆)。钻探筒2的螺口内径略大于(5mm)固定螺帽4的外径，固定螺帽的内径等于(或略大5mm)采样筒3的外径。

如图6所示，a筒和b筒的筒壁上设有相互吻合的半圆形凸栓31和凹槽32，优选地每隔30～60cm布设一组凸栓和凹槽。优选地每组凸栓和凹槽的数量为3～5个。c处为凸栓和凹槽，类似卯榫结构，主要起固定作用，用于将a、b筒固定，使其组合成一个完整的圆筒，不使其错位，增加稳定性。采用半圆形的凹凸结构，主要是方便操作，方便清理。

提拉环41用于将采样筒3从钻探筒2内部分离出来，钻机勾住提拉环41，利用钻探筒2自身重力或借助工具实现钻探筒2和采样筒3的分离。

钻取样本的过程如下所示：钻机通过连接杆1将钻探杆2压入地下，到达指定深度后，土壤塞满采样筒。进一步地，钻机通过连接杆1将钻探杆2提出地面，利用提拉环实现钻探筒2和采样筒3的分离。进一步地，将分离后的采样筒3水平放置，旋开顶部的固定螺帽4，轻轻一提，分开a筒和b筒即可获得完整、无扰动的土壤岩心样品。进一步地，由有经验的专业技术人员对土层的类型、颜色、结构、深度等形状进行辨别和记录，并根据需要对土壤岩心进行切割采样，并按规范进行保存、运输和检测。

传统的土壤岩心取样钻机钻杆，能够实现钻机钻进过程中的无扰动，但对钻杆提出地面后，怎样将土壤岩心自钻杆中无扰动取出的关注不够，造成钻机掘进过程中基本无扰动，而却在地面上造成扰动、污染甚至破坏的现象时有发生。本发明所涉及的钻杆，采用分体式结构，即是聚焦该问题进行研发设计的，操作简单、降低工人的劳动强度、提高整体的施工效率，实现土壤岩心取样的便捷、高效、无扰动，既适用于螺旋式钻机，又适用于直推式钻机，使用范围广，设备制造、及使用成本低，适宜本发明在土壤岩心钻探取样中的推广和应用。

为了更好的理解本发明，下面结合实施例和附图1～6对本发明的具体实施方案进行详细描述和进一步说明。实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。

实施例1

如图1-6所示，本实施例提供一种适用于螺旋掘进式的“30钻机”的钻杆，包括连接杆1、钻探筒2、采样筒3、凸栓31、凹槽32、固定螺帽4、提拉环41、螺纹5、钻头6和掘进齿61。

在本实施例中，采样筒由a筒和b筒两部分组成，两个分离式的半圆形采样筒通过固定螺帽4、凸栓31和凹槽32固定构成一个整体。凸栓31和凹槽32分布在a筒和b筒结合处的筒壁上，3～5个构成1组，每隔30～60cm布设相互吻合的一组。

进一步地，固定后的采样筒放入钻探筒2组成钻探杆，本实施例的采样筒直径比钻探筒小2～10mm，以便采样筒与钻探筒顺利滑入和分离。如图4所示，本实施例的固定螺帽4的直径大于采样筒直径，而小于钻探筒直径，既保证采样筒较好固定，又使得采样筒在钻探筒内不致左右晃动甚至滑落。钻头6通过螺纹与钻探筒底部连接，并可根据需要更换钻头，钻探筒底部呈正反“l”形(如图5所示)，下端筒口处内径小于筒身内径，以使采样筒卡在钻探筒内而不掉落。

进一步地，组装后的钻探杆通过螺纹与连接杆1连接，连接杆1的内径略小于固定螺帽4的外径，以使采样筒进一步固定，并使其更好受力。

进一步地，钻机通过连接杆1将钻探杆压入地下，在此过程中，土壤塞满采样筒，连接杆1的数量可根据钻探深度的需要进行配置，本实施例中，钻探深度为24m。

进一步地，钻至一定深度，钻机通过连接杆1将塞满土壤岩心的钻探杆提出地面，勾住提拉环41，利用钻探筒自身重力作用即可使采样筒3与钻探筒2分离。

进一步地，水平放置采样筒2，旋开顶部的固定螺帽4，分离采样a筒和b筒即可获得完整无扰动的土壤原状土。

进一步地，由有经验的专业技术人员对土层的类型、颜色、结构、深度等形状进行辨别和记录，并根据需要对土壤岩心进行切割采样，并按规范进行保存、运输和检测。

实施例2

如图1-6所示，本实施例提供一种适用于直推式的geoprobe7782dt型钻机的钻杆，包括连接杆1、钻探筒2、采样筒3、凸栓31、凹槽32、固定螺帽4、提拉环41、螺纹5。

在本实施例中，采样筒由a筒和b筒两部分组成。两个分离式的半圆形采样筒通过固定螺帽4、凸栓31和凹槽32固定构成一个整体，凸栓31和凹槽32分布在a筒和b筒结合处的筒壁上，3～5个构成1组，每隔30～60cm布设相互吻合的一组。

进一步地，固定后的采样筒放入钻探筒2组成钻探杆，本实施例的采样筒直径比钻探筒小2～10mm，以便采样筒与钻探筒顺利滑入和分离。如图4所示，本实施例的固定螺帽4的直径大于采样筒直径，而小于钻探筒直径，既保证采样筒较好固定，又使得采样筒在钻探筒内不致左右晃动甚至滑落。钻探筒2底部(如图5所示)外侧筒壁变窄，以使钻探更易推进；钻探筒底部内侧呈正反“l”形，下端筒口处内径小于筒身内径，以使采样筒卡在钻探筒内而不掉落。

进一步地，组装后的钻探杆通过螺纹与连接杆1连接，连接杆1的内径略小于固定螺帽4的外径，以使采样筒进一步固定，并使其更好受力。

进一步地，钻机通过连接杆1将钻探杆压入地下，在此过程中，土壤塞满采样筒，连接杆1的数量可根据钻探深度的需要进行配置，本实施例中，钻探深度为16.5m。

进一步地，钻至一定深度，钻机通过连接杆1将塞满土壤岩心的钻探杆提出地面，勾住提拉环41，利用钻探筒自身重力作用即可使采样筒3与钻探筒2分离。

进一步地，水平放置采样筒2，旋开顶部的固定螺帽4，分离采样a筒和b筒即可获得完整无扰动的土壤原状土。

进一步地，由有经验的专业技术人员对土层的类型、颜色、结构、深度等形状进行辨别和记录，并根据需要对土壤岩心进行切割采样，并按规范进行保存、运输和检测。

本发明提供了一种钻杆，其例如可用于土壤岩心取样。钻杆包括连接杆，以及进行钻探的钻探杆，该连接杆的数量和长度可根据钻探的深度进行调整。该钻探杆由外层的钻探筒和内层的采样筒组成，钻探筒可为螺旋钻进方式，也可为直推钻进方式。采样筒可由a筒和b筒共同构成，a筒和b筒通过筒身上的凸栓和凹槽以及上部的固定螺帽结合成一个整体。固定螺帽顶部设有提拉环，以便使采样筒与钻探筒顺利分离，旋开固定螺帽，分开a、b筒即可获得完整且无扰动的土壤岩心样品。本发明既适用于螺旋钻机土壤岩心取样，又适用于直推钻机取样，具有使用范围广、操作简单、无扰动、取样效率高等特点。

尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本发明的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本发明的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本发明的范围之内。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。