專利名稱：水下礁石探測(cè)裝置及探測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水下礁石勘探領(lǐng)域，涉及一種水下礁石探測(cè)的設(shè)備及水下礁石探測(cè)的方法。
背景技術(shù)：
在水運(yùn)工程項(xiàng)目中，當(dāng)工程所在水域有礁石需要清除時(shí)，由于礁石挖掘、爆破、搬移的艱巨性，需要進(jìn)行礁石探測(cè)，預(yù)先掌握礁石的詳細(xì)位置，為選擇合適的清礁手段和施工機(jī)具，進(jìn)行工程可行性分析、工程設(shè)計(jì)、費(fèi)用預(yù)算等提供基礎(chǔ)性依據(jù)。目前，水運(yùn)工程行業(yè)常將軟巖以上堅(jiān)硬程度的水下巖石稱為礁石。關(guān)于軟巖的概念，相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)按巖石的強(qiáng)度進(jìn)行分類，把飽和單軸抗壓強(qiáng)度符合以下范圍的劃定為“軟巖” 5MPa <飽和單軸抗壓強(qiáng)度彡15MPa所以，行內(nèi)常把強(qiáng)度在5MPa_15MPa以上的巖石稱為礁石。當(dāng)前探測(cè)被埋礁石的方法有接觸式和非接觸式兩大類。非接觸式的方法有旁側(cè)聲納、淺地層剖面儀掃測(cè)等物探方法，但它們只能測(cè)出巖土分層，反映礁石區(qū)的大概范圍及埋深，它們還須依賴鉆探資料進(jìn)行地質(zhì)解釋，不能單獨(dú)用于礁石認(rèn)定，也不能準(zhǔn)確測(cè)定礁石巖面標(biāo)高。接觸式的方法常用的有鉆探和觸探試驗(yàn)兩種。以鉆探方法取得巖芯，雖可以準(zhǔn)確評(píng)定礁石，但它不是在原位上進(jìn)行的，其判定礁石的步驟復(fù)雜，效率低。以鉆探方法測(cè)得鉆進(jìn)速度可用來(lái)評(píng)定巖石的堅(jiān)固性，但其對(duì)堅(jiān)固性評(píng)定的準(zhǔn)確程度取決于一是能否測(cè)得鉆進(jìn)速度(鉆速)，并且有相當(dāng)?shù)臏y(cè)量精確度，二是所測(cè)鉆進(jìn)速度參數(shù)的可比性(再現(xiàn)性)有多高。要達(dá)到識(shí)別礁石目的，要求所測(cè)鉆速的測(cè)量精度較高、鉆速的可比性(再現(xiàn)性)較強(qiáng)，現(xiàn)有的設(shè)備還未達(dá)到這一要求。觸探試驗(yàn)屬于原位測(cè)試技術(shù)，適用于評(píng)定砂土、粘土、碎石土的密實(shí)度，重型和超重型觸探儀雖有較強(qiáng)的穿透力，但仍難以穿過(guò)礁石上方密實(shí)的覆蓋層(密實(shí)的砂土、碎石土等)。另外還有一種人工釬探方法，是以人力將尖銳的釬探桿插入巖土中，但它只適用于軟的覆蓋層，遇到密實(shí)砂土就很難向下探測(cè)。當(dāng)礁石的覆蓋層較硬(如密實(shí)砂土、碎石土等)和要測(cè)定的礁石點(diǎn)很多時(shí)，要準(zhǔn)確識(shí)別出礁石并測(cè)定其高程，用上述現(xiàn)有方法都顯得很困難和費(fèi)時(shí)費(fèi)成本，所以，現(xiàn)有的礁石探測(cè)方法都不是準(zhǔn)確、高效的方法。所以，目前還沒(méi)有于巖土的原位探測(cè)被埋礁石，探明其所處位置的準(zhǔn)確、高效的設(shè)備和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種水下礁石探測(cè)裝置，該探測(cè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能在原位進(jìn)行鉆探，無(wú)需取巖芯，可實(shí)現(xiàn)恒力推進(jìn)，使鉆進(jìn)的速度指標(biāo)具有可比性(再現(xiàn)性)，探測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度高。本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種水下礁石探測(cè)裝置，包括固定于漂浮設(shè)備上的公共底座；固定在所述公共底座上的鉆機(jī)座；與所述鉆機(jī)座固定連接的鉆架；固定在所述鉆架上的導(dǎo)向裝置，該導(dǎo)向裝置包括固定在所述鉆架上的導(dǎo)軌與能沿所述導(dǎo)軌滑動(dòng)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；安裝在所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上的鉆探組件，該鉆探組件包括固定在所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上的主機(jī)、與所述主機(jī)連接的鉆桿和安裝在該鉆桿端部的鉆頭；能使所述鉆探組件升降的升降裝置，該升降裝置包括能為所述鉆探組件提供恒定推進(jìn)力的自重給力裝置；及用于測(cè)量鉆進(jìn)速度的速度測(cè)量裝置。所述升降裝置包括卷?yè)P(yáng)機(jī)、纏繞在該卷?yè)P(yáng)機(jī)滾筒上的升降鋼絲繩、位于所述鉆架下方的定滑輪、位于所述鉆架上方的上鏈輪及鏈條，所述升降鋼絲繩繞過(guò)所述定滑輪與所述鏈條連接，該鏈條繞過(guò)所述上鏈輪與所述主機(jī)相連接。 對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)為所述自重給力裝置包括一個(gè)懸掛配重塊的動(dòng)滑輪、繞過(guò)該動(dòng)滑輪的掛重鋼絲繩、掛重滑輪，其中所述掛重鋼絲繩的一端固定于鉆架上，另一端繞過(guò)所述掛重滑輪與所述鏈條相連接，所述配重塊的重力通過(guò)所述掛重鋼絲繩和鏈條施力于所述主機(jī)，其施力于主機(jī)的力的方向向下。對(duì)上述技術(shù)方案的再進(jìn)一步改進(jìn)為還包括卷?yè)P(yáng)機(jī)冗余繩自動(dòng)收放裝置，該裝置包括支架、設(shè)置在該支架上的上行程開(kāi)關(guān)與下行程開(kāi)關(guān)、設(shè)置在所述支架上部的滑輪、張緊繩、張緊重錘與張緊輪，其中所述張緊繩的一端連接所述張緊重錘，另一端繞過(guò)所述滑輪連接所述張緊輪，所述升降鋼絲繩掛置在張緊輪上，使所述升降鋼絲繩在所述張緊重錘位于上行程開(kāi)關(guān)與下行程開(kāi)關(guān)之間時(shí)一直處于張緊狀態(tài)，還包括分別與所述上行程開(kāi)關(guān)與下行程開(kāi)關(guān)電連接的鉆機(jī)控制單元。上述速度測(cè)量裝置包括位移檢測(cè)裝置，該位移檢測(cè)裝置包括與所述主機(jī)連接的鏈條，該鏈條繞過(guò)所述上鏈輪和位于所述鉆架下方的下鏈輪；由所述下鏈輪的輪軸驅(qū)動(dòng)的位移測(cè)量齒輪；安裝在所述位移測(cè)量齒輪圓周上的物位傳感器；與所述物位傳感器電連接的位移測(cè)量單元；與所述位移測(cè)量單元電連接的計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)上安裝有位移測(cè)量應(yīng)用軟件，能對(duì)位移數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示、儲(chǔ)存；還包括安裝于鉆架上的用于感應(yīng)位移起算點(diǎn)的主機(jī)上行程開(kāi)關(guān)和感應(yīng)位移最大值的主機(jī)下行程開(kāi)關(guān)。所述鉆架為管狀，所述導(dǎo)軌以焊接的方式被固定在所述鉆架上。上述技術(shù)方案還包括一端固定在所述公共底座上，另一端固定在所述鉆架中上部的撐桿，以使鉆架能更穩(wěn)固的固定在所述公共底座上。本發(fā)明所提供的水下礁石探測(cè)裝置分辨率高，能更精確的探測(cè)判定礁石。本發(fā)明還提供一種用于上述水下礁石探測(cè)裝置的鉆頭，在該鉆頭的頂端設(shè)有一錐形特征，該錐形特征的尖端在工作時(shí)先于所述鉆頭的其他部分接觸到所鉆巖土。所述錐形特征具有定中作用，能使鉆進(jìn)過(guò)程更加平穩(wěn)。本發(fā)明還提供了一種利用上述水下礁石探測(cè)裝置進(jìn)行水下礁石探測(cè)的方法，其特征在于包括以下步驟第一步，將安裝有水下礁石探測(cè)裝置的漂浮設(shè)備移動(dòng)到鉆探水域，定好位置，使所述漂浮設(shè)備的穩(wěn)定性滿足鉆機(jī)工作的需要，根據(jù)水深與鉆探的最低深度，接駁合適長(zhǎng)度的鉆桿，并裝上鉆頭；
第二步，使用卷?yè)P(yáng)機(jī)將主機(jī)升至行程的最高點(diǎn)，觸動(dòng)主機(jī)上行程開(kāi)關(guān)，發(fā)出停止信號(hào)，卷?yè)P(yáng)機(jī)停止；第三步，啟動(dòng)鉆頭沖水泵給鉆頭以沖洗液，啟動(dòng)主機(jī)，主機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆頭回轉(zhuǎn)；第四步，使卷?yè)P(yáng)機(jī)吊著主機(jī)向下鉆進(jìn)，主機(jī)下行釋放主機(jī)上行程開(kāi)關(guān)，同時(shí)發(fā)出一個(gè)信號(hào)到鉆機(jī)控制單元，鉆機(jī)控制單元將信號(hào)傳到位移測(cè)量裝置，位移測(cè)量裝置給位移清零，并開(kāi)始對(duì)位移進(jìn)行計(jì)量；第五步，計(jì)算出一定時(shí)間內(nèi)鉆進(jìn)的平均速度Vt，并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；第六步，用Vt與識(shí)別礁石的速度指標(biāo)Vcm進(jìn)行對(duì)比，判斷Vt ( Vt_0是否成立，如成立，則判定為礁石，人工或電腦控制卷?yè)P(yáng)機(jī)將主機(jī)返回始點(diǎn)，如不成立，則判定不是礁石，則繼續(xù)鉆進(jìn)，直到達(dá)到設(shè)定深度才停止并返回始點(diǎn)，完成本回次的探測(cè)任務(wù)。本發(fā)明對(duì)上述技術(shù)解決方案的進(jìn)一步改進(jìn)為在向下鉆進(jìn)的同時(shí)，位移測(cè)量裝置 每O. 5秒測(cè)量I次鉆頭的位移量，并每隔O. 5秒計(jì)算I次主機(jī)的鉆進(jìn)速度，同時(shí)還每隔O. 5秒計(jì)算I次主機(jī)此刻之前的5-30秒內(nèi)的鉆進(jìn)平均速度Vt。本發(fā)明所提供的上述水下礁石探測(cè)方法采用原位探測(cè)，鉆進(jìn)速度參數(shù)的可比性好，鉆進(jìn)平穩(wěn)，鉆進(jìn)速度快，探測(cè)效率高。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的水下礁石探測(cè)裝置的實(shí)施例的總體示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本實(shí)施例用于穿過(guò)水下覆蓋層識(shí)別礁石，并測(cè)定礁石頂面的高程。如圖I所示，一種水下礁石探測(cè)裝置，包括固定于船舶上的公共底座35 ;固定在所述公共底座35上的鉆機(jī)座34，所述鉆機(jī)座34與所述公共底座35用螺栓固定；與所述鉆機(jī)座34固定連接的鉆架5，該鉆架5為一根長(zhǎng)約3米的鋼管，鉆架5的下方與鉆機(jī)座34連接，鉆架34中上部由撐桿10的一端支撐，該撐桿10的另一端支撐在公共底座35上；固定在所述鉆架5上的導(dǎo)向裝置，該導(dǎo)向裝置包括焊接固定在所述鉆架5上的導(dǎo)軌4與能沿所述導(dǎo)軌4滑動(dòng)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)7，所述導(dǎo)軌4由兩根槽鋼和連接板焊接而成，長(zhǎng)度約為3米，所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)7依靠八只軸承8在所述導(dǎo)軌4的槽鋼翼板9上以滾動(dòng)方式直線運(yùn)動(dòng)；安裝在所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)7上的鉆探組件，該鉆探組件包括通過(guò)螺栓安裝固定在所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)7上的主機(jī)I、與所述主機(jī)I連接的鉆桿2和安裝在該鉆桿端部的鉆頭3，所述鉆桿2的直徑為42_，由多根組成，可按需要接駁；能使所述鉆探組件升降的升降裝置，該升降裝置包括能為所述鉆探組件提供恒定推進(jìn)力的自重給力裝置；及用于測(cè)量鉆進(jìn)速度的速度測(cè)量裝置。所述升降裝置包括卷?yè)P(yáng)機(jī)6、纏繞在該卷?yè)P(yáng)機(jī)6滾筒上的升降鋼絲繩18、位于所述鉆架5下方的定滑輪11、位于所述鉆架5上方的上鏈輪13及鏈條12，所述升降鋼絲繩18繞過(guò)所述定滑輪11與所述鏈條12連接，該鏈條12繞過(guò)所述上鏈輪13與所述主機(jī)I相連接。升降鋼絲繩18與鏈條12的連接方式是升降鋼絲繩18的繩端直接穿入鏈條12的一個(gè)鏈節(jié)并包繞鏈節(jié)，然后用鋼絲繩卡頭28卡緊連接處的鋼絲繩。
上述卷?yè)P(yáng)機(jī)6通過(guò)升降鋼絲繩18和鏈條12吊著主機(jī)作升降運(yùn)動(dòng)，該卷?yè)P(yáng)機(jī)6自帶蝸輪蝸桿自鎖機(jī)構(gòu)，該自鎖機(jī)構(gòu)在卷?yè)P(yáng)機(jī)6停止時(shí)立即制動(dòng)，能將所吊重物懸掛于任何
停止位置。所述自重給力裝置包括一個(gè)懸掛配重塊15的動(dòng)滑輪29、繞過(guò)該動(dòng)滑輪29的掛重鋼絲繩14、掛重滑輪30，其中所述掛重鋼絲繩14的一端固定于鉆架5上的外伸結(jié)構(gòu)51上，另一端繞過(guò)所述掛重滑輪30與所述 鏈條12相連接，所述配重塊15的重力通過(guò)所述掛重鋼絲繩14和鏈條12施力于所述主機(jī)1，其施于所述主機(jī)的力的方向向下。上述所掛重量由配重塊15的重量決定，配重塊15可以根據(jù)需要增減重量。由于動(dòng)滑輪29的作用，使得配重塊15的重力只有一半加于主機(jī)1，但配重塊15的行程只有主機(jī)I行程的一半，這有利于減少配重塊15的最大高度，從而使整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)比較緊湊。由于一般的鉆機(jī)都是通過(guò)機(jī)械加力推進(jìn)的，常用的有液壓油缸、鏈條傳動(dòng)、螺紋傳動(dòng)等加力方式。這些推進(jìn)方式均做不到恒力推進(jìn)，而本實(shí)施例中利用自重給力，實(shí)現(xiàn)了恒力推進(jìn)，具有以下優(yōu)點(diǎn)以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)使得恒推力鉆進(jìn)非常方便、準(zhǔn)確、可靠地實(shí)現(xiàn)；恒定的推力是鉆進(jìn)速度指標(biāo)具有可比性(再現(xiàn)性)的必要條件之一。上述裝置還包括卷?yè)P(yáng)機(jī)冗余繩自動(dòng)收放裝置，該裝置包括支架52、設(shè)置在該支架52上的上行程開(kāi)關(guān)16與下行程開(kāi)關(guān)17、設(shè)置在所述支架52上部的滑輪53、張緊繩31、張緊重錘20與張緊輪19，其中所述張緊繩31的一端連接所述張緊重錘20，另一端繞過(guò)所述滑輪53連接所述張緊輪19，所述升降鋼絲繩18掛置在張緊輪19上，使所述升降鋼絲繩18在所述張緊重錘20位于上行程開(kāi)關(guān)16與下行程開(kāi)關(guān)17之間時(shí)一直處于張緊狀態(tài)，還包括分別與所述上行程開(kāi)關(guān)16與下行程開(kāi)關(guān)17電連接的鉆機(jī)控制單元21。所述張緊重錘20向上運(yùn)動(dòng)至最高點(diǎn)會(huì)觸動(dòng)上行程開(kāi)關(guān)16，向下運(yùn)動(dòng)至最低點(diǎn)會(huì)觸動(dòng)下行程開(kāi)關(guān)17。在所述鉆架5的上部與下部分別設(shè)置有主機(jī)上行程開(kāi)關(guān)32與主機(jī)下行程開(kāi)關(guān)33，該兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)也分別與鉆機(jī)控制單元21電連接。當(dāng)鉆頭3受到阻力，主機(jī)I鉆進(jìn)速度低于卷?yè)P(yáng)機(jī)6下降速度時(shí)，吊著主機(jī)I的升降鋼絲繩I8便會(huì)放松，張緊輪19在張緊重錘20的作用下收起冗余的繩，當(dāng)升降鋼絲繩18放松到一定長(zhǎng)度時(shí)，張緊重錘20觸動(dòng)下行程開(kāi)關(guān)17使其動(dòng)作，向鉆機(jī)控制單元21發(fā)出一個(gè)停止放繩的信號(hào)，卷?yè)P(yáng)機(jī)6停止工作，放繩停止；期間，鉆機(jī)不停地向下鉆進(jìn)，被收起的冗余鋼絲繩長(zhǎng)度不斷減少，當(dāng)冗余鋼絲繩將要被拉直前的某個(gè)位置，張緊重錘20觸動(dòng)上行程開(kāi)關(guān)16，向鉆機(jī)控制單元21發(fā)出一個(gè)繼續(xù)放繩的信號(hào)，卷?yè)P(yáng)機(jī)啟動(dòng)繼續(xù)放繩，以保持鉆進(jìn)推力不變。該自重給力裝置保證了主機(jī)I在鉆到一定硬度的巖土，其鉆進(jìn)速度低于卷?yè)P(yáng)機(jī)6下降速度時(shí)，主機(jī)I始終處于自重作用下的恒力推進(jìn)狀態(tài)，這一狀態(tài)是使鉆進(jìn)速度參數(shù)具有可比性的必要條件。上述速度測(cè)量裝置包括位移檢測(cè)裝置，該位移檢測(cè)裝置包括與所述主機(jī)I連接的鏈條12，該鏈條12繞過(guò)所述上鏈輪13和位于所述鉆架5下方的下鏈輪22 ;由所述下鏈輪22的輪軸驅(qū)動(dòng)的位移測(cè)量齒輪23 ;安裝在所述位移測(cè)量齒輪23圓周上的物位傳感器24 ;與所述物位傳感器24電連接的位移測(cè)量單元25 ;與所述位移測(cè)量單元25電連接的計(jì)算機(jī)26，該計(jì)算機(jī)26上安裝有位移測(cè)量應(yīng)用軟件，能對(duì)位移數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示、儲(chǔ)存，可以儲(chǔ)存并顯示經(jīng)過(guò)計(jì)算得出的實(shí)時(shí)鉆進(jìn)速度。所述位移測(cè)量齒輪23的外圓上布滿細(xì)小的輪齒，物位傳感器24是一個(gè)開(kāi)關(guān)式物位傳感器，物位傳感器24能檢測(cè)位移測(cè)量齒輪23上轉(zhuǎn)過(guò)的輪齒，每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)輪齒，傳感器就發(fā)出一個(gè)電脈沖傳給位移測(cè)量單元25。驅(qū)動(dòng)位移測(cè)量齒輪23的鏈條12始終是張緊的，可確保主機(jī)I的任何細(xì)微的上下移動(dòng)都能及時(shí)傳遞到位移測(cè)量齒輪23。其張緊原理是在鏈條12上取一小段作為連接鏈條27，連接鏈條27的上端連接升降鋼絲繩18，下端連接掛重鋼絲繩14，該兩根鋼絲繩的拉力方向是相反的，其結(jié)果就使得鏈條12除了連接鏈條27之外其余部分全部被拉緊。在此結(jié)構(gòu)中鏈條12被一物多用，既是起吊主機(jī)I的受力件，又是主機(jī)I驅(qū)動(dòng)位移測(cè)量齒輪23的傳動(dòng)裝置。工作時(shí)，所述位移測(cè)量裝置能精確地測(cè)定主機(jī)I任何時(shí)候、任何方向的位移量，其位移測(cè)量分辨率優(yōu)于0. 75_，全行程測(cè)量精度優(yōu)于0. 4%，滿足礁石評(píng)定對(duì)位移測(cè)量的要求。 所述管狀鉆架5內(nèi)布置有鏈條12、升降鋼絲繩18、掛重鋼絲繩14，這種布局使得本裝置更加簡(jiǎn)潔、緊湊。本發(fā)明還提供一種用于上述水下礁石探測(cè)裝置的鉆頭的實(shí)施例，在該鉆頭的頂端設(shè)有一錐形特征，該錐形特征的尖端在工作時(shí)先于所述鉆頭的其他部分接觸到所鉆巖土。上述鉆頭是在普通三翼巖石鉆頭上通過(guò)嵌入和焊接的方法加裝一個(gè)錐形結(jié)構(gòu)，且該結(jié)構(gòu)高出原巖石鉆頭的最底端，錐形結(jié)構(gòu)采用高強(qiáng)度耐磨材料。所述錐形結(jié)構(gòu)具有定中作用，使鉆進(jìn)更加平穩(wěn)，錐頭增大了本鉆頭在巖土中的鉆進(jìn)阻力，有利于在軟質(zhì)巖石中鉆進(jìn)時(shí)具有合適的鉆進(jìn)速度。上述轉(zhuǎn)頭的鉆進(jìn)原理是回轉(zhuǎn)的錐形結(jié)構(gòu)鉆頭在旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的摩擦力和鉆進(jìn)推力共同作用下擠開(kāi)或壓碎巖土(巖土是指各類土和巖石的總稱)，錐形結(jié)構(gòu)先行貫入，然后，錐形結(jié)構(gòu)后方的切削刃才跟進(jìn)接觸巖土，并切削巖土。使用所述鉆頭具有以下優(yōu)點(diǎn)保持了巖石鉆頭的強(qiáng)大穿透力，以穿透硬的覆蓋層，同時(shí)也具有高的鉆進(jìn)速度；本鉆頭的錐頭具有硬度感應(yīng)功能，調(diào)節(jié)錐頭大小，使其在軟巖中鉆進(jìn)獲得較理想的鉆進(jìn)速度；錐頭還具有定中作用，使回轉(zhuǎn)的同軸度高，防止跳動(dòng)，也有利于鉆進(jìn)速度指標(biāo)的可比性(再現(xiàn)性)。試驗(yàn)證明，沒(méi)有所述錐形特征的鉆頭鉆進(jìn)時(shí)有向外爬行現(xiàn)象，且鉆到硬質(zhì)巖石時(shí)鉆桿跳動(dòng)劇烈。而加了所述錐形特征的鉆頭，在同樣的硬質(zhì)巖石中鉆進(jìn)，運(yùn)行就平穩(wěn)多了。一種利用上述水下礁石探測(cè)裝置進(jìn)行水下礁石探測(cè)的方法，包括以下步驟第一步，將安裝有水下礁石探測(cè)裝置的船舶移動(dòng)到鉆探水域，定好船位，使船舶的穩(wěn)定性滿足鉆機(jī)工作的需要，根據(jù)水深與鉆探的最低深度，接駁合適長(zhǎng)度的鉆桿，并裝上鉆頭;第二步，使用卷?yè)P(yáng)機(jī)將主機(jī)升至行程的最高點(diǎn)，觸動(dòng)主機(jī)上行程開(kāi)關(guān)，發(fā)出停止信號(hào)，卷?yè)P(yáng)機(jī)停止；弟二步，啟動(dòng)鉆頭沖水栗給鉆頭以沖洗液，啟動(dòng)王機(jī)，王機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆頭回轉(zhuǎn)；第四步，使卷?yè)P(yáng)機(jī)吊著主機(jī)向下鉆進(jìn)，主機(jī)下行釋放主機(jī)上行程開(kāi)關(guān)32，同時(shí)發(fā)出一個(gè)信號(hào)到鉆機(jī)控制單元21，鉆機(jī)控制單元21將信號(hào)傳到位移測(cè)量裝置，位移測(cè)量裝置給位移清零，并開(kāi)始對(duì)位移進(jìn)行計(jì)量，在向下鉆進(jìn)的同時(shí)，位移測(cè)量裝置每0. 5秒測(cè)量I次鉆頭的位移量，并每隔0. 5秒計(jì)算I次主機(jī)的鉆進(jìn)速度，同時(shí)還每隔0. 5秒計(jì)算I次主機(jī)此刻之前的5-30秒內(nèi)的鉆進(jìn)平均速度Vt，這些位移和速度值被計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)顯示、貯存；第五步，計(jì)算出一定時(shí)間內(nèi)鉆進(jìn)的平均速度Vt，并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；第六步，用Vt與識(shí)別礁石的速度指標(biāo)Vcm進(jìn)行對(duì)比，判斷Vt ( Vt_0是否成立，如成立，則判定為礁石，人工或電腦控制卷?yè)P(yáng)機(jī)將主機(jī)返回始點(diǎn)，如不成立，則判定不是礁石，則繼續(xù)鉆進(jìn)，直到達(dá)到設(shè)定深度才停止并返回始點(diǎn)，完成本回次的探測(cè)任務(wù)。當(dāng)鉆頭鉆進(jìn)時(shí)遇到的阻力少于鉆進(jìn)推力(自重)時(shí)，鉆機(jī)以卷?yè)P(yáng)機(jī)下降的正常速度持續(xù)鉆進(jìn)，當(dāng)鉆頭鉆進(jìn)時(shí)遇到的阻力 >鉆進(jìn)推力(自重)時(shí)，鉆進(jìn)速度會(huì)少于卷?yè)P(yáng)機(jī)下降速度，吊著主機(jī)的鋼絲繩會(huì)放松，冗余繩自動(dòng)收放裝置動(dòng)作，適時(shí)收繩、放繩，確保處于自重恒力鉆進(jìn)狀態(tài)。 如向下鉆進(jìn)操作不及時(shí)，主機(jī)可能會(huì)觸動(dòng)主機(jī)下行程開(kāi)關(guān)33，此時(shí)，鉆機(jī)控制單元起作用，自動(dòng)停止卷?yè)P(yáng)機(jī)。上述Vt是一個(gè)表征巖石堅(jiān)固性的指標(biāo)，鉆速Vt越小，巖石越堅(jiān)固，軟巖也有其對(duì)應(yīng)的鉆速指標(biāo)值，礁石的識(shí)別可由電腦自動(dòng)識(shí)別或由人工識(shí)別。因?yàn)殂@進(jìn)速度Vt都是在相同的鉆頭、平穩(wěn)的鉆進(jìn)中、以恒定的推進(jìn)力、相同的鉆進(jìn)方式下測(cè)得的值，因此，Vt具有高可比性。Vt的測(cè)量精度和分辨率足夠高，可以滿足對(duì)軟巖堅(jiān)固性進(jìn)行評(píng)定的需要。使用本發(fā)明提供的探測(cè)裝置，給已知強(qiáng)度的軟巖(礁石)試樣進(jìn)行鉆進(jìn)試驗(yàn)，測(cè)得其Vt值(記作vQ_t)作為礁石評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)值或稱識(shí)別值，將被測(cè)巖土的Vt值與標(biāo)準(zhǔn)值Vpt相比較，便可識(shí)別出礁
O所述速度值生成的方法是取時(shí)間t內(nèi)的位移量除以t得到鉆進(jìn)平均速度(以Vt表示，單位mm/s),如V5表示任意5秒內(nèi)的鉆進(jìn)平均速度。t在5_30秒范圍內(nèi)可任意設(shè)定，Vt的計(jì)算是每0. 5秒進(jìn)行一次的；速度數(shù)據(jù)可以貯存和查閱。5秒平均速度V5測(cè)量的分辨率優(yōu)于0. 15mm/s, 5秒平均速度V5的測(cè)量精度優(yōu)于2%，滿足礁石評(píng)定對(duì)平均速度測(cè)量的要求。本發(fā)明所提供的實(shí)施例，是在原位進(jìn)行鉆探，無(wú)須取巖芯，在實(shí)踐應(yīng)用中，對(duì)于水深5米、有30公分碎石土作為覆蓋層的水下巖石鉆探，本實(shí)施例的裝置I個(gè)回次(即從始點(diǎn)下行——穿透覆蓋層——接觸到巖石——返回始點(diǎn))的運(yùn)行時(shí)間在I分鐘以內(nèi)。能有效評(píng)定5-20MPa的巖石的堅(jiān)固程度，滿足礁石識(shí)別需要。本發(fā)明所提供的上述水下礁石探測(cè)方法采用原位探測(cè)，鉆進(jìn)速度參數(shù)的可比性好，鉆進(jìn)平穩(wěn)，鉆進(jìn)速度快，評(píng)定結(jié)果準(zhǔn)確、探測(cè)效率高。以上所揭露的僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來(lái)限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
權(quán)利要求
1.一種水下礁石探測(cè)裝置，包括 固定于漂浮設(shè)備上的公共底座； 固定在所述公共底座上的鉆機(jī)座； 與所述鉆機(jī)座固定連接的鉆架； 固定在所述鉆架上的導(dǎo)向裝置，該導(dǎo)向裝置包括固定在所述鉆架上的導(dǎo)軌與能沿所述導(dǎo)軌滑動(dòng)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)； 安裝在所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上的鉆探組件，該鉆探組件包括固定在所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上的主機(jī)、與所述主機(jī)連接的鉆桿和安裝在該鉆桿端部的鉆頭； 能使所述鉆探組件升降的升降裝置，該升降裝置包括能為所述鉆探組件提供恒定推進(jìn)力的自重給力裝置；及 用于測(cè)量鉆進(jìn)速度的速度測(cè)量裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水下礁石探測(cè)裝置，其特征在于所述升降裝置包括卷?yè)P(yáng)機(jī)、纏繞在該卷?yè)P(yáng)機(jī)滾筒上的升降鋼絲繩、位于所述鉆架下方的定滑輪、位于所述鉆架上方的上鏈輪及鏈條，所述升降鋼絲繩繞過(guò)所述定滑輪與所述鏈條連接，該鏈條繞過(guò)所述上鏈輪與所述主機(jī)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水下礁石探測(cè)裝置，其特征在于所述自重給力裝置包括一個(gè)懸掛配重塊的動(dòng)滑輪、繞過(guò)該動(dòng)滑輪的掛重鋼絲繩、掛重滑輪，其中所述掛重鋼絲繩的一端固定于鉆架上，另一端繞過(guò)所述掛重滑輪與所述鏈條相連接，所述配重塊的重力通過(guò)所述掛重鋼絲繩和鏈條施力于所述主機(jī)，其施于所述主機(jī)的力的方向向下。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水下礁石探測(cè)裝置，其特征在于還包括卷?yè)P(yáng)機(jī)冗余繩自動(dòng)收放裝置，該裝置包括支架、設(shè)置在該支架上的上行程開(kāi)關(guān)與下行程開(kāi)關(guān)、設(shè)置在所述支架上部的滑輪、張緊繩、張緊重錘與張緊輪，其中所述張緊繩的一端連接所述張緊重錘，另一端繞過(guò)所述滑輪連接所述張緊輪，所述升降鋼絲繩掛置在張緊輪上，使所述升降鋼絲繩在所述張緊重錘位于上行程開(kāi)關(guān)與下行程開(kāi)關(guān)之間時(shí)一直處于張緊狀態(tài)，還包括分別與所述上行程開(kāi)關(guān)與下行程開(kāi)關(guān)電連接的鉆機(jī)控制單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水下礁石探測(cè)裝置，其特征在于所述速度測(cè)量裝置包括位移檢測(cè)裝置，該位移檢測(cè)裝置包括 與所述主機(jī)連接的鏈條，該鏈條繞過(guò)所述上鏈輪和位于所述鉆架下方的下鏈輪； 由所述下鏈輪的輪軸驅(qū)動(dòng)的位移測(cè)量齒輪； 安裝在所述位移測(cè)量齒輪圓周上的物位傳感器； 與所述物位傳感器電連接的位移測(cè)量單元； 與所述位移測(cè)量單元電連接的計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)上安裝有位移測(cè)量應(yīng)用軟件，能對(duì)位移數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示、儲(chǔ)存； 安裝于鉆架上的用于感應(yīng)位移起算點(diǎn)的主機(jī)上行程開(kāi)關(guān)和感應(yīng)位移最大值的主機(jī)下行程開(kāi)關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水下礁石探測(cè)裝置，其特征在于所述鉆架為管狀，所述導(dǎo)軌以焊接的方式被固定在所述鉆架上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水下礁石探測(cè)裝置，其特征在于還包括一端固定在所述公共底座上，另一端固定在所述鉆架中上部的撐桿。
8.一種用于如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的水下礁石探測(cè)裝置的鉆頭，其特征在于在該鉆頭的頂端設(shè)有一錐形特征，該錐形特征的尖端在工作時(shí)先于所述鉆頭的其他部分接觸到所鉆巖土。
9.一種水下礁石探測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟 第一步，將安裝有水下礁石探測(cè)裝置的漂浮設(shè)備移動(dòng)到鉆探水域，定好位置，使所述漂浮設(shè)備的穩(wěn)定性滿足鉆機(jī)工作的需要，根據(jù)水深與鉆探的最低深度，接駁合適長(zhǎng)度的鉆桿，并裝上鉆頭； 第二步，使用卷?yè)P(yáng)機(jī)將主機(jī)升至行程的最高點(diǎn)，觸動(dòng)主機(jī)上行程開(kāi)關(guān)，發(fā)出停止信號(hào)，卷?yè)P(yáng)機(jī)停止； 第三步，啟動(dòng)鉆頭沖水泵給鉆頭以沖洗液，啟動(dòng)主機(jī)，主機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆頭回轉(zhuǎn)； 第四步，使卷?yè)P(yáng)機(jī)吊著主機(jī)向下鉆進(jìn)，主機(jī)下行釋放主機(jī)上行程開(kāi)關(guān)，同時(shí)發(fā)出一個(gè)信號(hào)到鉆機(jī)控制單元，鉆機(jī)控制單元將信號(hào)傳到位移測(cè)量裝置，位移測(cè)量裝置給位移清零，并開(kāi)始對(duì)位移進(jìn)行計(jì)量； 第五步，計(jì)算出一定時(shí)間內(nèi)鉆進(jìn)的平均速度Vt，并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示； 第六步，用Vt與識(shí)別礁石的速度指標(biāo)Vpt進(jìn)行對(duì)比，判斷Vt ( v0_t是否成立，如成立，則判定為礁石，人工或電腦控制卷?yè)P(yáng)機(jī)將主機(jī)返回始點(diǎn)，如不成立，則判定不是礁石，則繼續(xù)鉆進(jìn)，直到達(dá)到設(shè)定深度才停止并返回始點(diǎn)，完成本回次的探測(cè)任務(wù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的水下礁石探測(cè)方法，其特征在于在向下鉆進(jìn)的同時(shí)，位移測(cè)量裝置每O. 5秒測(cè)量I次鉆頭的位移量，并每隔O. 5秒計(jì)算I次主機(jī)的鉆進(jìn)速度，同時(shí)還每隔O. 5秒計(jì)算I次主機(jī)此刻之前的5-30秒內(nèi)的鉆進(jìn)平均速度Vt。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種水下礁石探測(cè)裝置，包括固定于漂浮設(shè)備上的公共底座；固定在公共底座上的鉆機(jī)座；與鉆機(jī)座固定連接的鉆架；固定在鉆架上的導(dǎo)向裝置，該導(dǎo)向裝置包括固定在鉆架上的導(dǎo)軌與能沿導(dǎo)軌滑動(dòng)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；安裝在導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上的鉆探組件，該鉆探組件包括固定在導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上的主機(jī)、與主機(jī)連接的鉆桿和安裝在該鉆桿端部的鉆頭；能使鉆探組件升降的升降裝置，該升降裝置包括能為鉆探組件提供恒定推進(jìn)力的自重給力裝置；及用于測(cè)量鉆進(jìn)速度的速度測(cè)量裝置。還公開(kāi)了一種利用上述裝置進(jìn)行水下礁石探測(cè)的方法以及專用于上述裝置的鉆頭。該裝置能在原位進(jìn)行鉆探，無(wú)需取巖芯，可實(shí)現(xiàn)恒力推進(jìn)，使鉆進(jìn)速度指標(biāo)具有可比性，探測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度高。
文檔編號(hào)G01V9/00GK102830443SQ20121029860
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月21日
發(fā)明者王雪波, 楊明遠(yuǎn), 李光武, 陳天錦, 郁達(dá), 葉明波, 肖尤基, 翁政池 申請(qǐng)人:廣東省廣州航道局, 廣東省航道局