本技術(shù)涉及水平定向鉆進(jìn)工程地質(zhì)勘察，具體涉及一種孔壁支護(hù)裝置以及地質(zhì)勘察設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、隨著西部大開(kāi)發(fā)、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶等一系列戰(zhàn)略規(guī)劃的啟動(dòng)，我國(guó)超大埋深、超長(zhǎng)距離隧道的建設(shè)量正呈爆發(fā)式增長(zhǎng)。隧道工程設(shè)計(jì)施工需要準(zhǔn)確探明沿線圍巖體地應(yīng)力、巖性、不良地質(zhì)情況(如斷裂帶發(fā)育、巖溶地層、涌水等)等信息，避免在穿越斷層、破碎帶、巖溶發(fā)育區(qū)等不良地質(zhì)時(shí)發(fā)生突涌水、塌方、卡機(jī)等災(zāi)害事故。傳統(tǒng)的地質(zhì)勘察主要是由地表向下的鉆孔取芯，或采用高密度電法、地震反射法等物探方法，在高海拔山區(qū)實(shí)施難度大、測(cè)點(diǎn)數(shù)量有限、精度難以保證且造價(jià)高。非開(kāi)挖水平定向鉆技術(shù)(horizontal?directionaldrilling，簡(jiǎn)稱hdd)作為一種成熟的非開(kāi)挖管道建設(shè)技術(shù)，擁有高效的導(dǎo)向、控向手段可實(shí)現(xiàn)沿預(yù)先設(shè)計(jì)軌跡鉆孔，在基于水平定向鉆技術(shù)的隧道地質(zhì)勘察中，將傳統(tǒng)地質(zhì)勘探中的垂直鉆孔改為沿隧道軸線的水平孔，再結(jié)合取芯、鉆孔綜合物探等技術(shù)手段和儀器裝備，可大幅度提高探測(cè)線路的精度，為隧道施工提供更加有效、精準(zhǔn)的地質(zhì)數(shù)據(jù)。

2、破碎帶，作為地質(zhì)鉆探中的一大難題，常常給鉆探工作帶來(lái)諸多挑戰(zhàn)。在鉆探過(guò)程中，破碎帶的存在往往意味著更高的風(fēng)險(xiǎn)與不確定性，其中最為常見(jiàn)的便是卡鉆和孔壁坍塌的問(wèn)題。

3、在破碎帶中，由于巖石的破碎和松散，孔壁失去足夠的支撐力，容易發(fā)生坍塌，孔壁坍塌不僅可能導(dǎo)致鉆孔報(bào)廢，還可能危及鉆探設(shè)備的安全，此外，孔壁坍塌還會(huì)破壞鉆孔的完整性，影響后續(xù)的鉆探和采樣工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型的主要目的是提出一種在地質(zhì)勘察過(guò)程中能夠支撐孔壁、避免發(fā)生坍塌的孔壁支護(hù)裝置以及地質(zhì)勘察設(shè)備。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提出的一種孔壁支護(hù)裝置，用于水平定向鉆勘察地層中，所述孔壁支護(hù)裝置包括：

3、氣囊；

4、充氣裝置，與所述氣囊連接，用以向所述氣囊內(nèi)充入氣體；以及，

5、支撐骨架，沿第一方向延伸設(shè)置，且套設(shè)于所述氣囊外，所述支撐骨架包括多個(gè)桿件結(jié)構(gòu)和多個(gè)鉸接結(jié)構(gòu)，多個(gè)所述桿件結(jié)構(gòu)和多個(gè)所述鉸接結(jié)構(gòu)沿所述第一方向依次交替設(shè)置，且各所述桿件結(jié)構(gòu)在所述第一方向上的兩端分別連接有一所述鉸接結(jié)構(gòu)，各所述鉸接結(jié)構(gòu)包括沿所述支撐骨架的周向分布的多個(gè)圓盤(pán)鉸，各所述桿件結(jié)構(gòu)包括沿所述支撐骨架的周向分布的多個(gè)連接桿，各所述連接桿的兩端與其在所述第一方向上兩側(cè)的兩個(gè)所述圓盤(pán)鉸一一對(duì)應(yīng)鉸接，且各所述桿件結(jié)構(gòu)中任意相鄰的兩個(gè)所述連接桿鉸接于同一所述圓盤(pán)鉸，以在所述氣囊處于充氣狀態(tài)作用所述連接桿時(shí)，所述連接桿受力相對(duì)所述圓盤(pán)鉸在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，以使得所述支撐骨架處于伸展?fàn)顟B(tài)。

6、可選地，各所述圓盤(pán)鉸與其鉸接的連接桿之間設(shè)有固定結(jié)構(gòu)，所述固定結(jié)構(gòu)包括相適配的凸部和凹槽，所述凸部和所述凹槽中之一設(shè)于所述圓盤(pán)鉸，另一設(shè)于所述連接桿與該圓盤(pán)鉸相對(duì)應(yīng)的部位，以在所述連接桿受力相對(duì)所述圓盤(pán)鉸轉(zhuǎn)動(dòng)至一預(yù)設(shè)角度時(shí)，所述凸部和所述凹槽適配卡接，以使得所述支撐骨架處于伸展固定狀態(tài)。

7、可選地，位于所述支撐骨架兩端的兩個(gè)所述鉸接結(jié)構(gòu)中的各圓盤(pán)鉸上鉸接有兩個(gè)所述連接桿，位于所述支撐骨架中部的各所述鉸接結(jié)構(gòu)中的各圓盤(pán)鉸上鉸接有四個(gè)所述連接桿；

8、各所述圓盤(pán)鉸的中部設(shè)有鉸接軸，以與所述連接桿鉸接；

9、各所述圓盤(pán)鉸上開(kāi)設(shè)有四個(gè)所述凹槽，四個(gè)所述凹槽設(shè)于所述鉸接軸的外周，且沿所述圓盤(pán)鉸的周向間隔分布；

10、各所述連接桿上設(shè)有兩個(gè)所述凸部，以在其轉(zhuǎn)動(dòng)至所述預(yù)設(shè)角度時(shí)，兩個(gè)所述凸部和與該連接桿相鉸接的兩個(gè)所述圓盤(pán)鉸上的凹槽一一對(duì)應(yīng)卡接。

11、可選地，所述孔壁支護(hù)裝置還包括控制器，所述控制器與所述充氣裝置電連接。

12、可選地，所述孔壁支護(hù)裝置還包括壓力傳感器，所述壓力傳感器設(shè)于所述氣囊，用以檢測(cè)所述氣囊內(nèi)壓力；

13、所述控制器與所述壓力傳感器電連接。

14、可選地，所述氣囊具有充氣接口和放氣接口，所述充氣接口與所述充氣裝置連接，所述放氣接口上設(shè)有安全閥；

15、所述控制器與所述安全閥電連接。

16、可選地，所述氣囊的外表面設(shè)有防滑層。

17、可選地，所述氣囊的材料包括增強(qiáng)型尼龍材料或聚酯纖維材料。

18、可選地，所述孔壁支護(hù)裝置還包括抽離組件，所述抽離組件包括：

19、連接繩，其一端與所述氣囊連接；以及，

20、驅(qū)動(dòng)件，與所述連接繩的另一端驅(qū)動(dòng)連接，以驅(qū)動(dòng)所述連接繩帶動(dòng)所述氣囊沿遠(yuǎn)離所述支撐骨架的方向活動(dòng)。

21、本實(shí)用新型還提供一種地質(zhì)勘察設(shè)備，所述地質(zhì)勘察設(shè)備包括：

22、水平定向鉆；以及，

23、孔壁支護(hù)裝置，所述孔壁支護(hù)裝置可拆卸地安裝于所述水平定向鉆的鉆頭的前端；

24、其中，所述孔壁支護(hù)裝置包括：

25、氣囊；

26、充氣裝置，與所述氣囊連接，用以向所述氣囊內(nèi)充入氣體；以及，

27、支撐骨架，沿第一方向延伸設(shè)置，且套設(shè)于所述氣囊外，所述支撐骨架包括多個(gè)桿件結(jié)構(gòu)和多個(gè)鉸接結(jié)構(gòu)，多個(gè)所述桿件結(jié)構(gòu)和多個(gè)所述鉸接結(jié)構(gòu)沿所述第一方向依次交替設(shè)置，且各所述桿件結(jié)構(gòu)在所述第一方向上的兩端分別連接有一所述鉸接結(jié)構(gòu)，各所述鉸接結(jié)構(gòu)包括沿所述支撐骨架的周向分布的多個(gè)圓盤(pán)鉸，各所述桿件結(jié)構(gòu)包括沿所述支撐骨架的周向分布的多個(gè)連接桿，各所述連接桿的兩端與其在所述第一方向上兩側(cè)的兩個(gè)所述圓盤(pán)鉸一一對(duì)應(yīng)鉸接，且各所述桿件結(jié)構(gòu)中任意相鄰的兩個(gè)所述連接桿鉸接于同一所述圓盤(pán)鉸，以在所述氣囊處于充氣狀態(tài)作用所述連接桿時(shí)，所述連接桿受力相對(duì)所述圓盤(pán)鉸在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，以使得所述支撐骨架處于伸展?fàn)顟B(tài)。

28、本實(shí)用新型的技術(shù)方案中，所述孔壁支護(hù)裝置包括氣囊、充氣裝置以及支撐骨架，在水平定向鉆勘察作業(yè)中，將所述孔壁支護(hù)裝置放置于已經(jīng)勘察過(guò)的破碎帶中，此時(shí)，所述氣囊和所述支撐骨架均處于收縮狀態(tài)，再通過(guò)所述充氣裝置向所述氣囊內(nèi)充氣，所述氣囊處于充氣狀態(tài)，并作用所述支撐骨架的連接桿，使得所述連接桿受力相對(duì)所述圓盤(pán)鉸轉(zhuǎn)動(dòng)，各所述桿件結(jié)構(gòu)中任意相鄰的兩個(gè)連接桿的角度增大，所述支撐骨架處于伸展?fàn)顟B(tài)，抵接于巖層內(nèi)壁，對(duì)破碎帶巖層進(jìn)行穩(wěn)定支撐，避免孔壁坍塌或者破碎帶的碎石碎塊損傷鉆探設(shè)備，保護(hù)鉆孔的完整性。

技術(shù)特征：

1.一種孔壁支護(hù)裝置，用于水平定向鉆勘察地層中，其特征在于，所述孔壁支護(hù)裝置包括：

2.如權(quán)利要求1所述的孔壁支護(hù)裝置，其特征在于，各所述圓盤(pán)鉸與其鉸接的連接桿之間設(shè)有固定結(jié)構(gòu)，所述固定結(jié)構(gòu)包括相適配的凸部和凹槽，所述凸部和所述凹槽中之一設(shè)于所述圓盤(pán)鉸，另一設(shè)于所述連接桿與該圓盤(pán)鉸相對(duì)應(yīng)的部位，以在所述連接桿受力相對(duì)所述圓盤(pán)鉸轉(zhuǎn)動(dòng)至一預(yù)設(shè)角度時(shí)，所述凸部和所述凹槽適配卡接，以使得所述支撐骨架處于伸展固定狀態(tài)。

3.如權(quán)利要求2所述的孔壁支護(hù)裝置，其特征在于，位于所述支撐骨架兩端的兩個(gè)所述鉸接結(jié)構(gòu)中的各圓盤(pán)鉸上鉸接有兩個(gè)所述連接桿，位于所述支撐骨架中部的各所述鉸接結(jié)構(gòu)中的各圓盤(pán)鉸上鉸接有四個(gè)所述連接桿；

4.如權(quán)利要求1所述的孔壁支護(hù)裝置，其特征在于，所述孔壁支護(hù)裝置還包括控制器，所述控制器與所述充氣裝置電連接。

5.如權(quán)利要求4所述的孔壁支護(hù)裝置，其特征在于，所述孔壁支護(hù)裝置還包括壓力傳感器，所述壓力傳感器設(shè)于所述氣囊，用以檢測(cè)所述氣囊內(nèi)壓力；

6.如權(quán)利要求5所述的孔壁支護(hù)裝置，其特征在于，所述氣囊具有充氣接口和放氣接口，所述充氣接口與所述充氣裝置連接，所述放氣接口上設(shè)有安全閥；

7.如權(quán)利要求1所述的孔壁支護(hù)裝置，其特征在于，所述氣囊的外表面設(shè)有防滑層。

8.如權(quán)利要求1所述的孔壁支護(hù)裝置，其特征在于，所述氣囊的材料包括增強(qiáng)型尼龍材料或聚酯纖維材料。

9.如權(quán)利要求1所述的孔壁支護(hù)裝置，其特征在于，所述孔壁支護(hù)裝置還包括抽離組件，所述抽離組件包括：

10.一種地質(zhì)勘察設(shè)備，其特征在于，所述地質(zhì)勘察設(shè)備包括：

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)公開(kāi)一種孔壁支護(hù)裝置以及地質(zhì)勘察設(shè)備，涉及水平定向鉆進(jìn)工程地質(zhì)勘察技術(shù)領(lǐng)域，包括氣囊、充氣裝置以及支撐骨架，充氣裝置與氣囊連接；支撐骨架沿第一方向延伸，套設(shè)氣囊外，包括沿第一方向依次交替設(shè)置的多個(gè)桿件結(jié)構(gòu)和多個(gè)鉸接結(jié)構(gòu)，各桿件結(jié)構(gòu)在第一方向上的兩端分別連接有一鉸接結(jié)構(gòu)，各鉸接結(jié)構(gòu)包括沿支撐骨架周向分布的多個(gè)圓盤(pán)鉸，各桿件結(jié)構(gòu)包括沿支撐骨架周向分布的多個(gè)連接桿，各連接桿的兩端與其在兩側(cè)的兩個(gè)圓盤(pán)鉸一一對(duì)應(yīng)鉸接，且各桿件結(jié)構(gòu)中任意相鄰兩個(gè)的兩個(gè)連接桿鉸接于同一圓盤(pán)鉸，以在氣囊處于充氣狀態(tài)作用連接桿時(shí)，連接桿受力轉(zhuǎn)動(dòng)，以使得支撐骨架處于伸展?fàn)顟B(tài)，對(duì)破碎帶巖層進(jìn)行穩(wěn)定支撐，避免坍塌。

技術(shù)研發(fā)人員：王鑫燚,閆雪峰,曾聰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）
技術(shù)研發(fā)日：20240531
技術(shù)公布日：2025/1/6