一种水文地质钻孔抽水实验观测装置

1.本发明属于地质钻孔领域，特别是涉及一种水文地质钻孔抽水实验观测装置。


背景技术：

2.以获取合理开发及利用地下水所需资料而采用的一种主要技术手段,简称水文钻探。与一般地质钻探比较,水文地质钻探的特点是钻孔直径较大,钻进工艺和成井工艺比较复杂,所用的设备能力也比较大。水文地质钻孔一般可分为水文地质普查孔、水文地质勘探孔及探采结合孔三种，现有钻孔设备在进行钻孔时，不能很好的将孔的孔径进行扩大，同时容易发生卡死的情况，而观测装置需要后期单独进行设置才能进行含水层的观测，这样将钻头单独升起在进行二次施工会极大降低工作效率。
3.上述问题已经成为亟待解决的问题，所以设计了一种水文地质钻孔抽水实验观测装置。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明旨在提出一种水文地质钻孔抽水实验观测装置,以解决钻头容易卡死且扩孔困难以及需要单独设置含水层观测装置导致的二次施工降低效率的问题。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种水文地质钻孔抽水实验观测装置，包括不规则震动组件、上下驱动组件和观察钻头组件，不规则震动组件连接在上下驱动组件的上方用于帮助观察钻头组件解除卡死状态，观察钻头组件与上下驱动组件相连并用于完成钻孔和含水层的观察。
6.更进一步的，所述不规则震动组件包括轴承座、转动盘、限位杆、开槽、滑块、第一弹簧、第一电机、第一皮带轮和带轴皮带轮，所述转动盘设有两个，两个所述转动盘对称连接在带轴皮带轮上轴的两端，所述带轴皮带轮转动连接在轴承座上且两个转动盘相对于轴承座呈对称分布，在每个转动盘上远离轴承座一侧端面上设有一个开槽，所述开槽内连接有限位杆，滑块滑动连接在开槽内并偏向转动盘圆周外壁一侧，滑块与限位杆滑动连接，所述第一弹簧套在限位杆上，所述第一弹簧两端分别连接在滑块远离转动盘轴心一侧的端面上以及开槽内壁上，第一电机连接在轴承座上端，第一电机通过第一皮带轮与带轴皮带轮传动连接。
7.更进一步的，所述上下驱动组件包括底座、限位座、第二弹簧、高强度螺钉、浮动座、丝杠、竖向限位杆、上连接座、第二皮带轮、第一传动齿轮、电机齿轮、第二电机、通过口、限位槽和支撑盘，底座和浮动座上下端面中心对应位置均设有通过口，底座上端面上两侧对称设有限位槽，底座和浮动座保持相对固定时支撑盘抵在限位槽的上端面上，支撑盘上端连接有高强度螺钉，高强度螺钉与浮动座螺纹连接，底座上端对称设有两个限位座，限位座与浮动座滑动连接，丝杠对称的转动连接在浮动座两侧，丝杠对称的转动连接在上连接座两侧，上连接座与浮动座之间通过竖向限位杆固定，每个丝杠上端连接有一个第二皮带轮，两个第二皮带轮传动连接，一侧丝杠上固定连接有第一传动齿轮，第一传动齿轮与第二
电机的输出端通过电机齿轮传动连接，第二电机固定连接在上连接座上，所述轴承座连接在上连接座上端面上。
8.更进一步的，所述观察钻头组件包括钻头组件、钻头支撑、活动座、被动齿轮、第一腔体、带连接杆被动头、驱动槽、驱动头、第一伺服电机、滑动支撑、滑动限位槽、第二伺服电机、钻孔电机、齿轮、带孔螺纹盘、一级缓冲腔、通道、二级缓冲腔、第三弹簧和传动丝杠，钻头组件通过二级缓冲腔滑动连接连接在钻头支撑的下端，钻头支撑转动连接活动座上，所述活动座与丝杠螺纹连接，活动座与竖向限位杆滑动连接，被动齿轮连接在钻头支撑上部，被动齿轮与钻孔电机通过齿轮传动连接，钻孔电机固定连接在活动座上，第一腔体设置在钻头支撑上，带连接杆被动头上端设有驱动槽，驱动槽正上方设置有能够滑动插入到驱动槽内的驱动头，驱动头与第一伺服电机的输出轴传动连接，驱动头转动连接在滑动支撑上，第一伺服电机固定连接在滑动支撑上，滑动支撑滑动连接在滑动限位槽内，滑动限位槽贯穿设置在活动座一侧端面上，传动丝杠转动在滑动限位槽所在位置的活动座上，传动丝杠与滑动支撑螺纹连接，传动丝杠上端与第二伺服电机传动连接，第二伺服电机固定连接在活动座上，带连接杆被动头穿过第一腔体连接在带孔螺纹盘的上端，带孔螺纹盘螺纹连接在一级缓冲腔内，一级缓冲腔设置在钻头支撑内并将第一腔体与通道连通起来，二级缓冲腔内设有第三弹簧，第三弹簧两端分别连接在钻头支撑的下端面以及二级缓冲腔内壁上，通道与二级缓冲腔相连通。
9.更进一步的，所述钻头组件包括尖端部、刀头和扩孔部，尖端部设置在刀头的下端，刀头周侧圆周均布的设有数个扩孔部。
10.更进一步的，所述带孔螺纹盘上端面与一级缓冲腔顶壁、侧壁之间均设有密封材料。
11.更进一步的，所述观察钻头组件还包括液压缸、闸门、开口和探测头，多个液压缸沿着钻头支撑轴向等间距设置有多个，每个液压缸的上连接有闸门，每个闸门对应位置设置有一个与第一腔体连通的开口，闸门滑动连接在开口内并在钻孔时将外部空间与第一腔体隔开，每个闸门关闭时对应位置的钻头支撑上连接有一个探测头，闸门关闭时探测头被闸门遮挡与装置外界隔开。
12.更进一步的，所述钻头组件的材料为金刚石。
13.更进一步的，位于最下端的开口的高度高于一级缓冲腔顶壁的高度。
14.更进一步的，所述闸门靠近探测头一侧设有密封材料。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.1、能够进行钻孔，且在钻孔时利用二级缓冲腔的气体压缩以及第三弹簧的缓冲，使得在钻头进行钻孔的过程中，保持一定的轴向浮动量，这样不容易发生卡死现象并形成气体和弹簧的缓冲作用，更加有助于保护钻头的同时，浮动量有助于对下方造成一定的冲击，形成冲击和钻孔的叠加效应；
17.2、通过尖端部、刀头和扩孔部的设置，尖端部有助于向下推进整个钻头，刀头帮助进行钻孔时扩孔部有助于将周围的碎料进行打碎的同时扩大开孔的直径；
18.3、能够在钻头支撑整体发生卡死的情况下进行浮动不规则震动，帮助钻头支撑脱离卡死的状态；
19.4、能够根据钻头组件的浮动量来完成对不同含水层的水进行导流引出；5、能够观
察不同含水层的状态。
附图说明
20.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
21.图1为本发明所述的一种水文地质钻孔抽水实验观测装置的第一整体结构示意图；
22.图2为本发明所述的一种水文地质钻孔抽水实验观测装置的第二整体结构示意图；
23.图3为本发明所述的一种水文地质钻孔抽水实验观测装置的第一整体剖视结构示意图；
24.图4为本发明所述的一种水文地质钻孔抽水实验观测装置的第二整体剖视结构示意图；
25.图5为本发明所述的不规则震动组件的第一结构示意图；
26.图6为本发明所述的不规则震动组件的第二结构示意图；
27.图7为本发明所述的不规则震动组件的剖视结构示意图；
28.图8为本发明所述的上下驱动组件的结构示意图；
29.图9为本发明所述的上下驱动组件的剖视结构视图；
30.图10为本发明所述的观察钻头组件的第一结构示意图；
31.图11为本发明所述的图10的a部分局部示意图；
32.图12为本发明所述的观察钻头组件的第二结构示意图；
33.图13为本发明所述的观察钻头组件第一剖视结构示意图；
34.图14为本发明所述的图13的b部分局部放大结构示意图；
35.图15为本发明所述的观察钻头组件的第二剖视结构示意图；
36.图16为本发明所述的图15的c部分局部放大结构示意图；
37.图17为本发明所述的观察钻头组件的第三剖视结构示意图。
38.不规则震动组件1；上下驱动组件2；观察钻头组件3；轴承座4；转动盘5；限位杆6；开槽7；滑块8；第一弹簧9；第一电机10；第一皮带轮11；带轴皮带轮12；底座13；限位座14；第二弹簧15；高强度螺钉16；浮动座17；丝杠18；竖向限位杆19；上连接座20；第二皮带轮21；第一传动齿轮22；电机齿轮23；电机24；通过口25；限位槽26；支撑盘27；钻头组件28；尖端部29；刀头30；扩孔部31；钻头支撑32；活动座33；被动齿轮34；第一腔体35；带连接杆被动头36；驱动槽37；驱动头38；第一伺服电机39；滑动支撑40；滑动限位槽41；第二伺服电机42；钻孔电机43；齿轮44；带孔螺纹盘45；一级缓冲腔46；通道47；二级缓冲腔48；第三弹簧49；传动丝杠50；液压缸51；闸门52；开口53；探测头54。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
40.参见附图说明本实施方式，一种水文地质钻孔抽水实验观测装置，其特征在于：包括不规则震动组件1、上下驱动组件2和观察钻头组件3，不规则震动组件1连接在上下驱动组件2的上方用于帮助观察钻头组件3解除卡死状态，观察钻头组件3与上下驱动组件2相连并用于完成钻孔和含水层的观察。
41.在本实施例中，所述不规则震动组件1包括轴承座4、转动盘5、限位杆6、开槽7、滑块8、第一弹簧9、第一电机10、第一皮带轮11和带轴皮带轮12，所述转动盘5设有两个，两个所述转动盘5对称连接在带轴皮带轮12上轴的两端，所述带轴皮带轮12转动连接在轴承座4上且两个转动盘5相对于轴承座4呈对称分布，在每个转动盘5上远离轴承座4一侧端面上设有一个开槽7，所述开槽7内连接有限位杆6，滑块8滑动连接在开槽7内并偏向转动盘5圆周外壁一侧，滑块8与限位杆6滑动连接，所述第一弹簧9套在限位杆6上，所述第一弹簧9两端分别连接在滑块8远离转动盘5轴心一侧的端面上以及开槽7内壁上，第一电机10连接在轴承座4上端，第一电机10通过第一皮带轮11与带轴皮带轮12传动连接。
42.在本实施例中，所述上下驱动组件2包括底座13、限位座14、第二弹簧15、高强度螺钉16、浮动座17、丝杠18、竖向限位杆19、上连接座20、第二皮带轮21、第一传动齿轮22、电机齿轮23、电机24、通过口25、限位槽26和支撑盘27，底座13和浮动座17上下端面中心对应位置均设有通过口25，底座13上端面上两侧对称设有限位槽26，底座13和浮动座17保持相对固定时支撑盘27抵在限位槽26的上端面上，支撑盘27上端连接有高强度螺钉16，高强度螺钉16与浮动座17螺纹连接，底座13上端对称设有两个限位座14，限位座14与浮动座17滑动连接，丝杠18对称的转动连接在浮动座17两侧，丝杠18对称的转动连接在上连接座20两侧，上连接座20与浮动座17之间通过竖向限位杆19固定，每个丝杠18上端连接有一个第二皮带轮21，两个第二皮带轮21传动连接，一侧丝杠18上固定连接有第一传动齿轮22，第一传动齿轮22与电机24的输出端通过电机齿轮23传动连接，电机24固定连接在上连接座20上，所述轴承座4连接在上连接座20上端面上，当钻头支撑32在孔内发生卡死现象时，首先拧动高强度螺钉16带动支撑盘27从限位槽26中脱离出来，这样浮动座17便处于浮动状态了，通过第一电机10进行变频运转带动第一皮带轮11进行转动，第一皮带轮11会带动带轴皮带轮12进行转动，带轴皮带轮12会带动转动盘5进行转动，由于变频驱动控制使得转动盘5的速度逐渐升高后降低然后再升高，如此往复，从而滑块8随着转动盘5转动时收到不停变化的离心力，从而使转动盘5在转动时形成不同的偏振力，从而传递给上连接座20不规则的震动，上连接座20会将震动通过竖向限位杆19传递给整个观察钻头组件3，从而使观察钻头组件3获得不规则震动，从而帮助解除卡死现象。
43.在本实施例中，所述观察钻头组件3包括钻头组件28、钻头支撑32、活动座33、被动齿轮34、第一腔体35、带连接杆被动头36、驱动槽37、驱动头38、第一伺服电机39、滑动支撑40、滑动限位槽41、第二伺服电机42、钻孔电机43、齿轮44、带孔螺纹盘45、一级缓冲腔46、通道47、二级缓冲腔48、第三弹簧49和传动丝杠50，钻头组件28通过二级缓冲腔48滑动连接连接在钻头支撑32的下端，钻头支撑32转动连接活动座33上，所述活动座33与丝杠18螺纹连接，活动座33与竖向限位杆19滑动连接，被动齿轮34连接在钻头支撑32上部，被动齿轮34与钻孔电机43通过齿轮44传动连接，钻孔电机43固定连接在活动座33上，第一腔体35设置在钻头支撑32上，带连接杆被动头36上端设有驱动槽37，驱动槽37正上方设置有能够滑动插入到驱动槽37内的驱动头38，驱动头38与第一伺服电机39的输出轴传动连接，驱动头38转
动连接在滑动支撑40上，第一伺服电机39固定连接在滑动支撑40上，滑动支撑40滑动连接在滑动限位槽41内，滑动限位槽41贯穿设置在活动座33一侧端面上，传动丝杠50转动在滑动限位槽41所在位置的活动座33上，传动丝杠50与滑动支撑40螺纹连接，传动丝杠50上端与第二伺服电机42传动连接，第二伺服电机42固定连接在活动座33上，带连接杆被动头36穿过第一腔体35连接在带孔螺纹盘45的上端，带孔螺纹盘45螺纹连接在一级缓冲腔46内，一级缓冲腔46设置在钻头支撑32内并将第一腔体35与通道47连通起来，二级缓冲腔48内设有第三弹簧49，第三弹簧49两端分别连接在钻头支撑32的下端面以及二级缓冲腔48内壁上，通道47与二级缓冲腔48相连通，将装置安装在需要打孔的位置，安装完毕后运转钻孔电机43带动齿轮44进行转动，齿轮44进行转动会带动被动齿轮34进行转动，被动齿轮34进行转动会带动钻头支撑32进行转动，钻头支撑32进行转动会带动钻头组件28进行转动，此时具备钻孔条件，然后运转电机24带动电机齿轮23进行转动，电机齿轮23会带动第一传动齿轮22进行转动，第一传动齿轮22会带动相对应的丝杠18进行转动，丝杠18转动会通过上端的第二皮带轮21带动另一侧的丝杠18进行转动，两侧丝杠18进行同步转动会带动活动座33向下运动，带动转动的钻头组件28向下运动进行钻孔，钻孔过程中，尖端部29会首先与地面接触，减少初步进入时的阻力，然后刀头30会扩大孔的面积，在扩孔部31的作用下在钻孔的同时完成扩孔，减少后边钻头支撑32进入地下时的阻力，从而降低磨损率；在钻头组件28进行转动并向下钻孔的过程中，由于钻的转动过程本身会降低钻头组件28向下的阻力，二级缓冲腔48内的空气存在一定的压缩量，配合第三弹簧49的弹力作用，使得钻头组件28在进行钻孔的过程中，会形成一定的浮动量，第三弹簧49会处于受压缩然后复位的循环过程中，复位的行程中会加大对土地层的冲击，从而提高钻孔效率，配合尖端部29，会使钻孔过程中向下的运动行程更加顺畅，当钻孔完毕后需要对水进行取样时，首先使观察钻头组件3整体下移，下移同样是通过电机24来驱动完成，这样会使钻头支撑32在二级缓冲腔48内运动造成二级缓冲腔48内压力升高，通过第二伺服电机42带动传动丝杠50进行转动，传动丝杠50会带动滑动支撑40进行向下运动，滑动支撑40向下运动会带动驱动头38插入到驱动槽37内，然后运转第一伺服电机39带动驱动头38进行转动，驱动头38会带动带孔螺纹盘45进行转动，带孔螺纹盘45进行转动会通过与一级缓冲腔46的螺纹配合带动带孔螺纹盘45自身向下运动，这样带孔螺纹盘45与一级缓冲腔46的顶壁脱离后，二级缓冲腔48内积聚的压力会瞬间从通道47和一级缓冲腔46通过带孔螺纹盘45上的孔向上运动，向上运动的压力会最终从第一腔体35上开口向上喷出，如果哪个部分需要取水，将相应位置高度的液压缸51运转带动闸门52运动解除对开口53的阻隔，这样会使相应位置的水会被向上的压力进行引流从而从开口53进入到第一腔体35内被压力带动向上运动从第一腔体35上开口向上喷出，从此处进行收集便可，而需要放置水向溢流时，可以继续让带连接杆被动头36转动，带孔螺纹盘45旋转向下使得带连接杆被动头36继续旋转向下最终将第一腔体35上开口堵住，防止水向外溢出，需要对哪个位置的水进行观测，就可以打开相应位置的闸门52，使得探测头54外漏对水进行观测，测量数据。
44.在本实施例中，所述钻头组件28包括尖端部29、刀头30和扩孔部31，尖端部29设置在刀头30的下端，刀头30周侧圆周均布的设有数个扩孔部31。
45.在本实施例中，所述带孔螺纹盘45上端面与一级缓冲腔46顶壁、侧壁之间均设有密封材料。
46.在本实施例中，所述观察钻头组件3还包括液压缸51、闸门52、开口53和探测头54，多个液压缸51沿着钻头支撑32轴向等间距设置有多个，每个液压缸51的上连接有闸门52，每个闸门52对应位置设置有一个与第一腔体35连通的开口53，闸门52滑动连接在开口53内并在钻孔时将外部空间与第一腔体35隔开，每个闸门52关闭时对应位置的钻头支撑32上连接有一个探测头54，闸门52关闭时探测头54被闸门52遮挡与装置外界隔开。
47.在本实施例中，所述钻头组件28的材料为金刚石，提高耐磨性和抗冲击性。
48.在本实施例中，位于最下端的开口53的高度高于一级缓冲腔46顶壁的高度，便于压力从一级缓冲腔46冲出后对开口53处的水进行引流。
49.在本实施例中，所述闸门52靠近探测头54一侧设有密封材料。
50.使用时，将装置安装在需要打孔的位置，安装完毕后运转钻孔电机43带动齿轮44进行转动，齿轮44进行转动会带动被动齿轮34进行转动，被动齿轮34进行转动会带动钻头支撑32进行转动，钻头支撑32进行转动会带动钻头组件28进行转动，此时具备钻孔条件，然后运转电机24带动电机齿轮23进行转动，电机齿轮23会带动第一传动齿轮22进行转动，第一传动齿轮22会带动相对应的丝杠18进行转动，丝杠18转动会通过上端的第二皮带轮21带动另一侧的丝杠18进行转动，两侧丝杠18进行同步转动会带动活动座33向下运动，带动转动的钻头组件28向下运动进行钻孔，钻孔过程中，尖端部29会首先与地面接触，减少初步进入时的阻力，然后刀头30在旋转的过程中会扩大孔的面积，在扩孔部31的作用下在钻孔的同时完成扩孔，减少后边钻头支撑32进入地下时的阻力，从而降低磨损率；在钻头组件28进行转动并向下钻孔的过程中，由于钻的转动过程本身会降低钻头组件28向下的阻力，二级缓冲腔48内的空气存在一定的压缩量，配合第三弹簧49的弹力作用，使得钻头组件28在进行钻孔的过程中，会形成一定的浮动量，第三弹簧49会处于受压缩然后复位的循环过程中，复位的行程中会加大对土地层的冲击，从而提高钻孔效率，配合尖端部29，会使钻孔过程中向下的运动行程更加顺畅；当钻孔完毕后需要对水进行取样时，首先使观察钻头组件3整体下移，下移同样是通过电机24来驱动完成，这样会使钻头支撑32在二级缓冲腔48内运动造成二级缓冲腔48内压力升高，通过第二伺服电机42带动传动丝杠50进行转动，传动丝杠50会带动滑动支撑40进行向下运动，滑动支撑40向下运动会带动驱动头38插入到驱动槽37内，然后运转第一伺服电机39带动驱动头38进行转动，驱动头38会带动带孔螺纹盘45进行转动，带孔螺纹盘45进行转动会通过与一级缓冲腔46的螺纹配合带动带孔螺纹盘45自身向下运动，这样带孔螺纹盘45与一级缓冲腔46的顶壁脱离后，二级缓冲腔48内积聚的压力会瞬间从通道47和一级缓冲腔46通过带孔螺纹盘45上的孔向上运动，向上运动的压力会最终从第一腔体35上开口向上喷出，如果哪层含水层需要取水，将相应位置高度的液压缸51运转带动闸门52运动解除对开口53的阻隔，这样会使相应位置的水会被向上的压力进行引流从而从开口53进入到第一腔体35内被压力带动向上运动从第一腔体35上开口向上喷出，从此处进行收集便可，而需要防止水向外溢流时，可以继续让带连接杆被动头36转动，带孔螺纹盘45旋转向下使得带连接杆被动头36继续旋转向下最终将第一腔体35上开口堵住，防止水向外溢出，需要对哪个位置的水进行观测，就可以打开相应位置的闸门52，使得探测头54外漏对水进行观测，测量数据；当钻头支撑32在孔内发生卡死现象时，首先拧动高强度螺钉16带动支撑盘27从限位槽26中脱离出来，这样浮动座17便处于浮动状态了，通过第一电机10进行变频运转带动第一皮带轮11进行转动，第一皮带轮11会带动带轴皮带轮12进行转
动，带轴皮带轮12会带动转动盘5进行转动，由于变频驱动控制使得转动盘5的速度逐渐升高后降低然后再升高，如此往复，从而滑块8随着转动盘5转动时收到不停变化的离心力，从而使转动盘5在转动时形成不同的偏振力，从而传递给上连接座20不规则的震动，上连接座20会将震动通过竖向限位杆19传递给整个观察钻头组件3，从而使观察钻头组件3获得不规则震动，从而帮助解除卡死现象。
51.以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。