本实用新型涉及一种双管单动半合管钻具。适用于覆盖层或破碎岩石中原状取芯。

背景技术：

在水电工程勘察过程中，为了解不同时期的地质成因，如在坝基覆盖层、滑坡体覆盖层、断层破碎带等等钻孔取芯时，使所取岩芯保留土层的原有性，一般均要求采用半合管钻具进行钻进取样，以确保岩芯从内管中取出时岩芯不会受到破坏。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种结构简单、制造方便、成本较低的双管单动半合管钻具，以确保岩芯从内管中取出时岩芯不会受到破坏。

本实用新型所采用的技术方案是：一种双管单动半合管钻具，其特征在于：具有由上而下依次连接的保径接头、外管Ⅰ和分水接头，所述分水接头下端连接外管机构，分水接头下端可转动连接内管机构，内管机构置于外管机构内；

所述保径接头与外管Ⅰ内形成连通分水接头的进水通道，并经分水接头连通外管机构与内管机构之间间隙；

所述外管机构包括依次连接所述分水接头的外管Ⅱ、扩孔器和钻头；所述内管机构包括依次连接所述单动轴的内管接头、内管下接头、半合管、限位环和卡簧座，卡簧座内设有卡簧。

所述外管Ⅰ内设有沉淀管和过滤座，所述进水通道经沉淀管和过滤座连通所述分水接头。

所述分水接头下端连接轴承外壳，轴承外壳内装有轴承，并经轴承可转动连接单动轴的上端，单动轴下端连接所述内管机构。

所述单动轴上套装有轴承锁紧帽，轴承锁紧帽上端连接所述轴承外壳，单动轴与轴承锁紧帽接触部位设有O型圈。

所述半合管上每隔400mm上下设一卡箍。

本实用新型的有益效果是：本实用新型中在分水接头上接有外管机构和内管机构，且内管机构可转动连接分水接头，本实用新型的钻具转动时只带动外管机构，内管机构由于与分水接头可转动相连，在钻具转动时，内管机构不转动，确保内管机构中半合管内的岩芯保持原状的土层状态。

本实用新型中保径接头、外管Ⅰ、分水接头配合外管机构与内管机构之间的间隙形成为钻头提供冷却水的供水通道，结构简单，制造方便，成本较低。

附图说明

图1为实施例的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例为一种双管单动半合管钻具，具有由上而下依次螺纹连接的保径接头3、外管Ⅰ1和分水接头4，分水接头4下端同轴连接外管机构和置于外管机构内的内管机构，内管机构与分水接头4可转动相连。

本实施例中在外管Ⅰ1内设置沉淀管7，沉淀管7经过滤座8螺纹连接分水接头4。保径接头3与外管Ⅰ1内形成连通分水接头4的进水通道，并经依次经沉淀管7、过滤座8连通分水接头4，再经分水接头4连通外管机构与内管机构之间的间隙。

本例中外管机构包括依次螺纹连接的外管Ⅱ2、扩孔器5和钻头6，外管Ⅱ2的上端螺纹连接分水接头4的下端。

内管机构包括依次连接的内管接头12、内管下接头13、半合管9、限位环14和卡簧座16，卡簧座16内设有卡簧15，供起钻时卡断岩芯。其中内管接头12内设有通孔1201，该通孔连通内管接头12外侧壁和下端面，半合管9经内管下接头13和内管接头12上的通孔1201连通外管机构与内管机构之间的间隙。半合管9长度范围内，每间隔400mm上下设一卡箍21。

本实施例中内管机构中的内管接头12经单动轴10可转动连接分水接头4，其中单动轴10下端与内管接头12螺纹连接，单动轴10上端经轴承18可转动连接轴承外壳17，轴承外壳17上端螺纹连接分水接头4下端。本例中轴承外壳17内具有上下两个轴承座，安装于上轴承座内的轴承18经轴承盖22、弹性垫圈23和螺母24固定，轴承盖22与弹性垫圈23套于单动轴10上端并经螺母24锁定；安装于下轴承座内的轴承18经单动轴10上的固定环25固定。轴承外壳17下方的单动轴10上套装有轴承锁紧帽19，轴承锁紧帽19上端螺纹连接轴承外壳17，单动轴10与轴承锁紧帽19接触部位设有O型圈20，防止水进入轴承座内。

本例中保径接头3长100mm，外径自上而下长0～5mm范围，小径为98mm，大径为108mm的圆锥；在5～15mm范围为直径108mm圆柱；15～55mm范围，在外径108mm的圆周中，按圆周45°镶焊8条合金26，其合金断面尺寸为5mm×5mm，8条合金均高出108mm外圆1mm，镶焊之后最大外径不要超过110.50mm；保径接头3自上而下55～60mm范围为为直径108mm圆柱；60～100mm范围，大径为103mm，小径为101.5mm，P＝4，牙型半角为5°特梯形螺纹。保径接头3内径自上而下长0～65mm范围，可以根据所配钻杆进行加工，本实例为65mm锁接头钻杆螺纹；65～100mm范围，直径为90mm中空圆。

外管Ⅰ1长为2790mm，材料均为Ф108mm×4.5mm无缝地质钢管，该外管Ⅰ外径不需要加工，而内径只加工上下两端，并且两端丝扣相同，上下两端长0～45mm为螺纹丝扣，大径为Ф103mm，小径为Ф101.5mm，P＝4，牙型半角为5°的特梯形螺纹。

本例中分水接头4长170mm，分水接头4外径自上而下为长0～40mm螺纹丝扣，大径为Ф103mm，小径为Ф101.5mm，P＝4，牙型半角为5°的特梯形螺纹，该丝扣与外管Ⅰ1内丝扣连接；在40mm～72mm之间为直径Ф108mm圆柱；72mm～112mm之间，大径为103mm，小径为101.5mm，P＝4，牙型半角为5°特梯形螺纹，该丝扣与外管机构连接。112mm～130mm之间，外径为93mm；130mm～170mm之间，大径为89.5mm，小径为88mm，P＝4，牙型半角为5°特梯形螺纹，该丝扣与轴承外壳17内螺纹连接。分水接头4内径自上而下在0～80mm之间为M68×2螺纹丝扣；80～110mm之间为直径65.5通孔，自上端面80mm为端点，呈49°的角度，向下端Ф93mm为中心，均布设有8个Ф10的通水眼401，该通水眼与外螺纹丝扣呈90°设置，以确保下端的过水通畅；分水接头4自下向上0～35mm之间为直径74mm盲孔。

螺母24规格尺寸为M30×2，符合GB/T6171-2000标准。弹性垫圈23规格尺寸与螺母24匹配，符合GB/T93-1987标准。轴承盖长7mm，外径为69mm；内径自上而下长0～4mm之间为直径52圆孔，4～7mm之间为直径30.5圆孔。本实施例中轴承18采用推力球轴承，数量为2个，轴承代号为51210，符合GB/T301-1995标准。

轴承外壳17长150mm外径均为93mm；轴承外壳17内径自上而下长0～45mm之间为大径为89.5mm，小径为88mm，P＝4，牙型半角为5°特梯形螺纹，该螺纹与分水接头4下端外螺纹连接；轴承外壳17内径自上而下45～58mm之间内径尺寸为78.5mm，58～66mm之间内径尺寸为78mm，该段内径(45～66mm之间)形成上轴承座；66～82mm之间内径尺寸为51mm；82～90mm之间内径尺寸为78mm，90～105mm之间内径尺寸为78.5mm，该段内径(82～105mm之间)形成下轴承座；105～150mm之间为大径为89.5mm，小径为88mm，P＝4，牙型半角为5°上旋特梯形螺纹，该上旋螺纹与轴承锁紧帽19上旋螺纹连接。

轴承锁紧帽19长55mm，外径自上而下长0～15mm之间为直径93mm圆柱；15～55mm之间大径为89.5mm，小径为88mm，P＝4，牙型半角为5°上旋特梯形螺纹，该上旋螺纹与轴承外壳上旋螺纹连接；内径自上而下长0～5mm之间为直径50mm圆孔；5～9mm之间为直径57mm圆孔；9～14mm之间为直径50mm圆孔；14～49mm之间为直径52mm圆孔；49～55mm之间为直径50mm圆孔。O型圈20规格尺寸为Ф57×3.5，符合GB/T3452.1-1992标准。

单动轴10长300mm，外径自上而下长0～35mm之间为M30×2螺纹；35～100mm之间外径50mm，其中35～57mm和78～100mm之间上偏差为-0.03mm，下偏差为-0.06mm，其余尺寸上偏差为-0.10mm，下偏差为-0.15mm；100～105mm之间外径为60mm，形成固定环25；105～170mm之间外径为50mm；170～190mm之间外径为50mm，且铣一切口，对边尺寸为46mm；190～300mm之间为M48×3螺纹。

调节螺母11长0～3mm之间外径，自上而下小径为65mm，大径为78mm的30°倒角；3～20mm之间最大尺寸为78mm，对边为65mm的六边形；内径为M48×3螺纹。

内管接头12长60mm，外径自上而下长0～20mm之间为直径93mm圆柱；20～60mm之间大径为89.5mm，小径为88mm，P＝4，牙型半角为5°特梯形螺纹，该螺纹与内管下接头13螺纹连接；内径为M48×3螺纹；接头下端面在直径68mm处，设有直径为4mm孔眼，该孔深为48mm，与接头外经12mm处，直径为4mm孔眼呈90°相交，形成通孔1201。

内管下接头13长120mm，外径自上而下长0～80mm之间为直径93mm圆柱；80～120mm之间大径为89.5mm，小径为88mm，P＝4，牙型半角为5°特梯形螺纹；内径自上而下长0～50mm之间大径为89.5mm，小径为88mm，P＝4，牙型半角为5°特梯形螺纹；50～80mm之间为直径83mm通孔；80～120mm之间大径为78mm，小径为76mm，P＝4，牙型半角为5°特梯形螺纹，该螺纹与半合管9外螺纹连接。

半合管9长2530mm，由2块直径为93×3无缝钢管的半圆组成，外径自上而下长0～40mm之间大径为78mm，小径为76mm，P＝4，牙型半角为5°特梯形螺纹，该螺纹与内管下接头内螺纹连接；40～482mm之间为直径93圆柱；482～522mm之间为直径91圆柱，其在482mm处设宽为18mm，而在522mm处设宽为21mm，大小头卡箍槽，槽宽为1.5mm；522～2282mm范围，每间隔400mm设一处40mm卡槽，其尺寸与上相同；2282～2322mm之间为直径93圆柱；2322～2502mm之间为直径91圆柱；2502～2503mm之间，其2502mm为小径91mm，而2503mm为大径93mm的圆锥；2503～2505mm之间为直径93圆柱；2505～2530mm之间为直径91圆柱；内径自上而下长0～100mm为内径60mm，其中在长85mm与直径为74mm交汇处，设有用于固定内管的，直径为6mm的铆钉；100～2530mm之间为内径87mm。

卡箍21长20mm，其外径为93mm，卡箍21壁厚为1mm，在0～20mm之间自上而下加工成开口18mm至20mm锥形状，且呈90°弯钩长2mm。

扩孔器5长160mm，其两端丝扣相同，上下各0～40mm之间为螺纹丝扣，大径为103mm，小径为101.5mm，P＝4，牙型半角为5°特梯形螺纹；自上而下在40～75mm之间直径为108圆柱；75～110mm之间直径为108圆柱，另按圆周45°镶焊8条合金条26，其合金断面尺寸为5mm×5mm，8条合金条均高出108mm外圆1mm，镶焊之后最大外径不要超过108.50mm；长120mm～130mm之间为外径Ф108mm圆柱。

限位环14长10mm，外径为95mm，表面滚花深0.25mm，内径为91mm。

卡簧15长26mm，该卡簧尺寸为上大下小，上端直径为Ф91mm，至下端末端26mm，单边小3°进行控制；其内径最小尺寸为Ф85mm通孔，其公差控制在-0.05～-0.15mm之间；再按内圆15°等分，用宽5mm刨刀，跳格刨成24等分，刨除后其厚度为1mm，再把其中的1个等分割除，成为开口型卡簧。

卡簧座16长55mm，外径自上而下0～50mm为外径Ф95mm，50～55mm之间，上端直径为95mm，而下端55mm处直径为91mm；而内径自上而下在0～15mm之间直径为91mm空圆，其公差控制在0～+0.05mm之间；15～18mm之间直径为88mm空圆；在18～50mm之间，下端50mm处尺寸为Ф88mm，呈锥度为3°至上端18mm处；在50mm处，按45°8等分，设有直径为Ф8通水眼；在50～55mm之间为上小下大呈锥形状，其中55mm处内径尺寸为91mm。

钻头6长150mm，外径自上而下0～130mm为Ф108mm圆柱；在130mm～150mm之间，内、外、底各4mm为金刚石，其余均为钢体，外径为Ф110mm；内径自上而下在0～45mm之间为螺纹丝扣，大径为103mm，小径为101.5mm，P＝4，牙型半角为5°特梯形螺纹；该内丝扣与扩孔器5外螺纹连接；在45mm～126mm之间为直径101.5mm中空孔；在126mm～133mm之间，126mm处为Ф101.5mm中空圆孔，而133mm处为Ф85中空圆孔，呈45°锥台，下端0～17mm为Ф85中空圆孔，其端面0～5mm范围，把圆周12等分，呈30°，铣R3水槽口。

过滤座8长75mm，外径自上而下0～40mm为Ф58mm圆柱；40～75mm为M68×2螺纹；内径自上而下0～65mm为锥度1:16，10扣/寸57锁接头细牙螺纹，该内螺纹与沉淀管7外螺纹连接；内径自上而下65～75mm为直径18中空圆。

沉淀管7长550mm，其中0～5mm为实心铁板，外径为43mm，它与长545mm43×6无缝钢管焊接成一体；在下端500～550mm之间为锥度1:16，10扣/寸57锁接头细牙螺纹，该外螺纹与过滤座8内螺纹连接；另在自上而下50mm和100mm处，90°交叉钻一直径为18mm的孔眼。

本实施例的工作原理如下：由钻机立轴旋转传递到钻杆下部保径接头3和外管Ⅰ1以及与之连接一起分水接头4，通过轴承18使分水接头4只带动连接在其外丝扣上的外管机构一起转动，其余零部件均(包括内管机构及以下各部件)处于不动状态。

起钻之后的钻具先拆除钻头6、卡簧座16和外管Ⅱ2，再使半合管9与内管下接头13分离，然后拆除限位环14和半合管9中的卡箍21，最后打开半合管9，使所取的岩芯处于原状性。