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申请/专利权人：吉林大学

摘要：本发明公开了一种土层蠕动式自平衡静压给进成孔系统，属于岩土工程施工领域，包括双静压钻头交替伸缩破泥成孔机构、蠕动式自加压给进机构、高频低幅旋振发生机构、探头仓及探头仓开合机构；本发明采用仿生自平衡自适应原理通过双静压钻头交替伸缩破泥成孔机构联合蠕动式自加压给进机构自动完成向下静压给进；采用双钻头交替伸缩方式能够将总的给进力集中施加在内钻头或外钻头上，更有利于静压快速结进；通过高频低幅旋振发生机构产生的高频低幅振动并作用在钻头上，这有利于整套钻具顺利破泥进尺；具有简单、快速、高效、节能和低成本的优点。

主权项：1.一种土层蠕动式自平衡静压给进成孔系统，其特征在于，包括：双静压钻头交替伸缩破泥成孔机构、蠕动式自加压给进机构、高频低幅旋振发生机构、探头仓及探头仓开合机构；所述双静压钻头交替伸缩破泥成孔机构包括第二内钻头27、第二外钻头25、第二密封滑环26、第二钻头电动伸缩推杆18和第二钻头推杆支撑外壳17，第二内钻头27和第二外钻头25形成第二钻头，第二内钻头27为圆柱形和圆锥形的组合体，圆柱形位于圆锥形上方，并在圆柱形的外表面上沿轴向设置有凸起的限位连接键，第二内钻头27的顶部与第二钻头电动伸缩推杆18的推杆端通过销相连；第二钻头推杆支撑外壳17套设在第二钻头电动伸缩推杆18外部并与第二钻头电动伸缩推杆18的电机端连接，第二钻头推杆支撑外壳17的上方通过探头外壳16进行限位，下方与高频低幅旋振发生机构相连；第二钻头电动伸缩推杆18与地面控制端电联接，第二钻头电动伸缩推杆18的推杆端能够伸出或缩回第二钻头推杆支撑外壳17内部，第二钻头电动伸缩推杆18的推杆端伸出时，第二内钻头27超前于第二外钻头25设置，第二钻头电动伸缩推杆18的推杆端缩回时，第二内钻头27位于第二外钻头25内部；第二外钻头25为中空圆柱形和中空倒置圆台形的组合体，中空圆柱形位于中空倒置圆台形上方，中空圆柱形的内壁上设置有与所述限位连接键配合滑动连接的限位连接槽，中空倒置圆台形上开设有供第二内钻头27穿过的镂空结构，第二密封滑环26设置在第二内钻头27和第二外钻头25之间；所述蠕动式自加压给进机构包括增阻机构、给进电动伸缩推杆12、给进推杆支撑外壳11和推进接头13，增阻机构的数量为两个，两个增阻机构一上一下设置，位于上方的增阻机构称为上增阻机构，位于下方的增阻机构称为下增阻机构，两个增阻机构均由增阻弹性保护套5、增阻限位块6、增阻调节件7、增阻支撑外壳8、增阻电动伸缩推杆9及增阻推杆支撑外壳10构成，增阻限位块6的数量至少两个，至少两个增阻限位块6等间隔均匀设置在增阻调节件7的外壁上，增阻限位块6朝向增阻调节件7的一侧设置有楔形块；增阻调节件7的上部为直径上小下大的圆台形结构，增阻调节件7朝向增阻限位块6的一侧设置有与所述楔形块楔形配合的楔形槽，增阻调节件7的底部与增阻电动伸缩推杆9的推杆端通过销连接，增阻电动伸缩推杆9与地面控制端电联接，增阻电动伸缩推杆9的推杆端向上推出时，推动增阻调节件7向上移动，增阻限位块6产生径向位移；增阻推杆支撑外壳10套设在增阻电动伸缩推杆9的外部并与增阻电动伸缩推杆9的电机端固定连接，增阻电动伸缩推杆9的推杆端能够伸出或缩回增阻推杆支撑外壳10内部，增阻推杆支撑外壳10的上部与增阻支撑外壳8相连，下部与给进推杆支撑外壳11相连；增阻支撑外壳8上开设有数量与增阻限位块6数量相同且一一对应的限位槽，用于防止增阻限位块6产生轴向移动；增阻限位块6的外部包裹有增阻弹性保护套5；增阻弹性保护套5的内表面设置有与增阻限位块6数量相同且一一对应的凹槽，增阻弹性保护套5随着增阻限位块6的径向移动而扩张或收缩；给进电动伸缩推杆12与地面控制端电联接，数量为两个，一个给进电动伸缩推杆12设置在两个增阻机构之间，称为第一给进电动伸缩推杆，另一个给进电动伸缩推杆12设置在下增阻机构与第二钻头之间，称为第二给进电动伸缩推杆，且第一给进电动伸缩推杆的行程和运动速度均为第二给进电动伸缩推杆的行程和运动速度的二倍；第一给进电动伸缩推杆的上方与上增阻机构中的增阻电动伸缩推杆9固定连接，第二给进电动伸缩推杆的上方与下增阻机构中的增阻电动伸缩推杆9固定连接，第一给进电动伸缩推杆和第二给进电动伸缩推杆的下方分别与各自对应的推进接头13相连，其中，与第一给进电动伸缩推杆连接的推进接头13称为第一推进接头，与第二给进电动伸缩推杆连接的推进接头13称为第二推进接头，第一推进接头与下增阻机构中的增阻支撑外壳8相连，第二推进接头与探头推杆支撑外壳14相连；给进推杆支撑外壳11的上方与增阻推杆支撑外壳10连接并与之一同移动，给进推杆支撑外壳11套设在两个给进电动伸缩推杆12及两个推进接头13外部；给进电动伸缩推杆12伸出时，推进接头13外露于给进推杆支撑外壳11，给进电动伸缩推杆12收回时，推进接头13位于给进推杆支撑外壳11内；所述探头仓包括探头外壳16，探头外壳16为中空结构，探头外壳16的侧壁上开设有进气孔，内部设置有探测器；所述探头仓开合机构包括探头推杆支撑外壳14和探头电动伸缩推杆15，探头电动伸缩推杆15与地面控制端电联接，探头电动伸缩推杆15位于探头外壳16上方，二者通过销进行连接，在静压钻进过程中，探头电动伸缩推杆15处于收回状态，探头电动伸缩推杆15和探头外壳16位于探头推杆支撑外壳14内部，此时探头仓开合机构对应关闭状态；在地层气体探测过程中，探头电动伸缩推杆15处于伸出状态，探头外壳16露于探头推杆支撑外壳14外部，设置在探头外壳16内部的探测器执行探测动作，此时探头仓开合机构对应打开状态；所述高频低幅旋振发生机构包括旋振电机接头19、旋振电机20、推力轴承28、起振元件接头21、起振元件22、辅振滚柱29、辅振传振柱30、辅振支撑外壳23、辅振元件31及第一密封滑环24，旋振电机20为空心轴电机，旋振电机20与地面控制端电联接，旋振电机20的上方通过旋振电机接头19与第二钻头推杆支撑外壳17相连，旋振电机20的输出轴上连接有起振元件接头21；起振元件接头21内设置有起振元件22；推力轴承28安装在起振元件22上；起振元件22的底部呈波浪形结构；辅振元件31为顶部敞口的半封闭式壳体结构，辅振元件31的上表面设置有四个支撑脚，每个支撑脚的顶部两侧均为斜面，每个斜面对应一个与其配合的辅振传振柱30，且辅振传振柱30的斜面部与支撑脚的斜面滑动配合，辅振传振柱30为四棱柱和直角三棱柱的组合体，直角三棱柱固定在四棱柱的侧面上部，四棱柱和直角三棱柱的顶面平齐；每个辅振传振柱30的上方嵌设有一个辅振滚柱29；所述辅振滚柱29远离辅振传振柱30的一侧的形状与起振元件22的底部波浪形结构的波纹形状契合，位于同一支撑脚两侧的两个辅振滚柱29交替与起振元件22的底部呈波浪形结构接触；辅振支撑外壳23套设在辅振传振柱30及支撑脚外部，辅振支撑外壳23的上部与起振元件接头21连接，辅振支撑外壳23的下部与第二外钻头25连接；第一密封滑环24设置在辅振支撑外壳23和第二外钻头25之间。

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