[0001] 本公开涉及工程钻探领域，尤其涉及一种具有钻探标贯一体化功能的移动式钻机及钻探标贯方法。

[0002] 在高铁线路建设、高速公路建设、大型仓储基地等项目建设前的设计中，需要对施工现场进行钻探以对地质取芯研究地下矿藏，还需要进行标贯以获取不同深度的土壤硬度。现有技术采用移动式钻机向土壤钻进一段深度后取芯，取芯后将移动式钻机移走，再将标贯机开设到现场进行标贯测试，整个过程需要两台机器轮流作业，导致工作过程繁琐，劳动效率极低。

[0040] 现在将参照若干实施例来论述本公开。应当理解，论述了这些实施例仅是为了使得本领域普通技术人员能够更好地理解且因此实现本公开，而不是暗示对本公开的范围的任何限制。

[0041] 如本文中所使用的，术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语；术语“实施例”和“一个实施例”要被解读为“至少一个实施例”；术语“另一个实施例”要被解读为“至少一个其他实施例”；术语“第一”、“第二”等可以指代不同的或相同的对象；术语“设置”并不限于直接连接还是间接连接，也不限于具体的连接方式。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

[0042] 在下文描述中可能涉及一些具体的数值或者数值范围。应当理解，这些数值和数值范围仅仅是示例性的，其可能有利于将本公开的思想付诸于实践。然而，对这些示例的描述无意以任何方式限制本公开的范围。根据具体的应用场景和需求，这些数值或者数值范围可以被另行设置。

[0043] 如上文所述，现有技术的钻进、取芯和标贯过程至少需要两台机器轮流作业，导致工作过程繁琐，劳动效率低下。本公开的实施例所提出的具有钻探标贯一体化功能的移动式钻机及钻探标贯方法至少部分地解决了上述问题。下面将参考图1至图5来描述根据本公开的示例实施例的具有钻探标贯一体化功能的移动式钻机的结构和工作原理。如图1‑3所示，本公开实施例的具有钻探标贯一体化功能的移动式钻机总体上包括机架10、移动机构20、进给梁30、卷扬机构40、动力头50、取芯机构和标贯机构60，本领域技术人员能够理解，移动式钻机还具有常规功能部件，示例性的包括发动机、泥浆池、清水池等，但这些部件与本公开的构思关联性不强，在此不做详细描述。其中，机架10用于承载钻机的各功能部件，机架10设置在移动机构20上，通过移动机构20驱动钻机整体行进，示例性的，移动机构20可以是履带、驱动轮等机构；卷扬机构40用于收紧或释放牵引绳，进给梁30可以伸缩用于改变其上设置的滑轮组的位置，此外，进给梁30上还设置有动力头50；动力头50可以沿进给梁30移动，并驱动钻杆转动用以钻进土壤；取芯机构用于深入钻孔内提取地质材料，标贯机构60用于从预设高度下落击地以测试土壤硬度。

[0044] 具体的，进给梁30上至少设置有主滑轮组31用以缠绕牵引绳，主滑轮组31的设置位置可以位于进给梁30的最顶端，从而保证牵引绳实现起吊行程最大化，也可以设置在进给梁30顶端下移一段距离，在满足行程要求的基础上位于进给梁30两个支撑点之间的中点位置处，具体作用下文将进一步描述。

[0045] 具体的，卷扬机构40设置有卷扬筒、主牵引绳41和副牵引绳42，卷扬筒安装在机架10上，至少是主牵引绳41的一端与卷扬筒连接，住牵引绳另一端绕过主滑轮组31并形成牵引钩挂部，用于与取芯机构和标贯机构60连接。副牵引绳42可以是连接于卷扬筒，也可以是通过操作人员徒手拉拽。

[0046] 具体的，动力头50包括动力马达和钻杆，动力马达通过减速机构驱动钻杆旋转。动力头50通过基座滑动连接在进给梁30上，基座上还设置有转换机构，用以带动动力头50在工作位置和休息位置之间转换。其中，工作位置指钻杆对准土壤钻进的水平位置，休息位置指相对于钻进位置偏移让位的水平位置。其中，在工作位置设置有贯入器62，用于钻进过程装卸钻杆时对钻杆进行临时夹紧。

[0047] 具体的，取芯机构用于从钻杆的中空内放入钻孔并捞取土壤(图1‑5中未示出取芯机构)，取芯机构的顶部设置有取芯钩挂部，用于与主牵引绳41的牵引钩挂部连接，通过主牵引绳41带动取芯机构下放和升起。

[0048] 本公开主要的创新贡献在于，将取芯和标贯操作集成在一台移动式钻机上实现，将不同功能集成在一起操作的技术构思需要面临两个问题，即在集成过程中尽可能不改变现有结构，如何最大程度发挥现有结构功能的问题，以及如何避免新功能与现有结构之间产生冲突的问题。

[0049] 为最大程度发挥现有卷扬机构40和进给梁30结构功能，在一个实施例中，标贯机构60包括滑杆61、贯入器62、锁紧螺母63、连接器和标贯锤64，贯入器62用于在安装位置插入土壤，连接器用于带动标贯锤64沿滑杆61自由滑动，连接器设置有标贯钩挂部651，标贯钩挂部651应该设置为与取芯钩挂部形式相同或近似，至少能保证牵引钩挂部与二者均可以方便拆卸连接，从而可以仅使用相同的主牵引绳41，即可在升降取芯机构后，还能升降标贯机构60。

[0050] 为避免新功能与现有结构之间产生冲突，在设计和试用过程中，发明人发现标贯机构60落锤动作产生的冲击力，极易导致因贯入器62安装不稳发生的标贯机构60倾倒事故，标贯机构60砸中操作人员或钻机功能部件会带来重大人身和财产损失。

[0051] 发明人尝试通过现有的钻机牵引结构控制标贯机构60的倾倒方向，在一个实施例中，如图3所示，主牵引绳41在主滑动轮的绕线出线点，在水平方向上位于标贯机构60安装位置的外侧(图中左侧)，从而使主牵引绳41在主滑动轮的绕线出线点与标贯钩挂部651连接点之间的线迹倾斜，使得若标贯机构60发生倾倒，由于主牵引绳41对标贯机构60构成了向外的拉力分力，促使标贯机构60仅能向远离钻机主体方向倾倒，避免造成事故风险。

[0052] 在一个实施例中，经发明人结合机构尺寸、机构重量测算并中试验证，前述线迹与垂直于水平方向的竖向之间形成的角度a应控制在3‑12度范围内(图中虚线指“竖向”)，发明人发现角度a过小时无法保证对标贯机构60倾倒方向的精准控制，角度a过大会造成主牵引绳41每次提升标贯机构60时都会将标贯机构60拉拽倾倒，无法满足标贯机构60正常落锤测试的要求。

[0053] 在一个实施例中，如图4和5所示，连接器可以替换为第一挂套65合第二挂套66，第一挂套65由大套筒和小套筒组成阶梯结构，第二挂套66能够套设在小套筒外，标贯锤64呈中空且能够套设在第二挂套66，从而保证标贯锤64、第二挂套66和第一挂套65的小套筒能够依次嵌套。

[0054] 标贯钩挂部651设置在大套筒顶部，为了利用主牵引绳41的牵引作用顺利实现标贯机构60的落锤测试功能，在一个实施例中，小套筒上设置套筒孔652，标贯锤64的壁上设置锤孔(图中未示出)，其中套筒孔652和锤孔可以是沉孔，也可以是通孔661。第二挂套66上设置有通孔661，通孔661内设置滚珠，当套筒孔652、通孔661和锤孔相互重合时，能够利用滚珠在小套筒、第二挂套66和标贯锤64之间传递力。

[0055] 为避免小套筒、第二挂套66之间发生周向错位，在一个实施例中，小套筒外设置导向条653，第二挂套66内设置导向槽662，通过导向条653嵌入导向槽662内，事先小套筒与第二挂套66在周向定位。

[0056] 在一个实施例中，小套筒底部设置挡环654，用以抵挡第二挂套66底部，从而防止第二挂套66与小套筒脱离。具体的，第二挂套66套设在第一挂套65的小套筒外，挡环654和大套筒台阶之间的轴向距离大于第二挂套66轴向高度，使第二挂套66能够保持套设在小套筒外，并且可相对于小套筒在一定距离内轴向移动，定义第二挂套66底部抵紧挡环654的位置为“低位”，第二挂套66顶部抵紧大套筒台阶的位置为“高位”。标贯初始时，将标贯锤64、第二挂套66和小套筒套设在一起，主牵引绳41与标贯钩挂部651连接并开始拉升，此时锤孔与通孔661重合，第二挂套66位于“低位”，在小套筒壁的抵紧作用下，推动滚珠位于锤孔与通孔661之间，此时小套筒借助第二挂套66带动标贯锤64一起上升。

[0057] 主牵引绳41持续拉升作用，直到大套筒顶部碰撞到锁紧螺母63，此时刻第一挂套65停止，第二挂套66在惯性作用下继续向上窜动至“高位”，此时通孔661与套筒孔652重合，锤孔内设置的弹簧推动滚珠脱离锤孔而部分进入套筒孔652，使标贯锤64下落完成测试工作。

[0058] 在一个实施例中，标贯锤64顶部还设置有副钩挂部641，进给梁30上还设置有副滑轮组32，副牵引绳42绕所述副滑轮组32后与副钩挂部641可拆卸连接，当一次落锤结束后，既可以将第一挂套65和第二挂套66下放，也可以是利用副牵引绳42拉升标贯锤64，还可以二者同时动作，以恢复标贯锤64和第二挂套66之间再次连接。

[0059] 在一个实施例中，移动式钻机还设置了夹紧机构70，利用夹紧机构70在钻进工作中临时夹紧钻杆，并且还可以在标贯机构60安装在土壤后，临时夹紧标贯机构60的贯入器62，从而在拉升标贯锤64过程中保持滑杆61稳定，避免标贯机构60倾倒。

[0060] 使用本公开实施例的移动式钻机进行钻探标贯方法过程中，钻进一段深度后，使用转换机构将钻杆从工作位置转换至休息位置，从而让出位置供住牵引绳或副牵引绳42下放和拉升取芯机构捞取土壤成分，再使用主牵引绳41钩挂住标贯钩挂部651，拉升标贯锤64上升并完成落锤动作。

[0061] 需要说明，在主牵引绳41拉升标贯锤64过程中，副牵引绳42也同时连接副钩挂部641，副牵引绳42同步拉升标贯锤64的速度保持与主牵引绳41升速一直，副牵引绳42仅用于防止极端情况下标贯机构60因主牵引绳41拉拽而向外倾倒时进行平衡；在副牵引绳42拉升标贯锤64进行标贯锤64与第二挂套66恢复连接的过程中，由于副滑轮组32设置位置低，无法伸出足够长度保证施加拉力方向朝向远离钻机主体(伸出位置过长的副滑轮组32容易干扰主牵引绳41正常工作)，使得标贯机构60容易被副牵引绳42拉拽向钻机主体方向倾倒，为平衡和避免此情况发生，使用主牵引绳41对第一挂套65进行脉冲式拉升，即快速拉升一段距离后下放，再快速拉升一段距离后再下放，经过中试验证能够获得很好的平衡效果。

[0062] 此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。

[0063] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。