本發(fā)明涉及一種極地冰-巖芯鉆探鉆探用可移動式鉆探艙。

背景技術(shù)：

目前，全球變暖問題日益嚴(yán)重，全球氣候變化已經(jīng)成為各國科學(xué)家高度關(guān)注的問題。南北極古老的冰芯中存在著大量氣泡，通過對這些氣泡中大氣成分的研究可以反演地球過去幾百萬年的氣候變化，尋找地球氣候變化的規(guī)律，從而推測未來地球氣候的發(fā)展趨勢，因此各國科學(xué)家均致力于在極地冰蓋中獲取最古老的冰芯。截止目前，在南北極已經(jīng)有多個國家先后開展了深冰芯鉆探工程，最深孔已經(jīng)達到3700多米，中國也于2011年在昆侖站正式開始實施深冰芯鉆探計劃，經(jīng)過3個工作季的努力，現(xiàn)孔深已達到654.66米。但現(xiàn)有深冰芯鉆探系統(tǒng)設(shè)備較大，存在運輸和安裝不便的缺點。以中國深冰芯鉆探工程為例，冰芯場地建設(shè)花費約2個工作季(第27次南極科學(xué)考察和第28次南極科學(xué)考察)，深冰芯鉆機安裝和調(diào)試花費1個工作季(第29次南極科學(xué)考察)，共花費了3年時間才完成全部準(zhǔn)備工作，在極地特殊的惡劣的環(huán)境下，這大大增加了鉆探成本，人員投入，降低了勞動效率。目前國際上的深冰芯鉆探項目也多采用此方式進行，效率低下。

本發(fā)明提供一種極地冰-巖芯鉆探鉆探用可移動式鉆探艙，該鉆探艙將所有鉆探相關(guān)的設(shè)備均集成在雪橇上，組裝完畢后，采用雪地車輛可輕松的將可移動式鉆探系統(tǒng)拖拉至鉆探場地，經(jīng)過簡單準(zhǔn)備即可以開始鉆探施工，大大節(jié)約了準(zhǔn)備時間。該鉆探艙還可在不同鉆探場地件快速轉(zhuǎn)場，滿足冰蓋多鉆孔作業(yè)對鉆機系統(tǒng)的便捷快速要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的提供極地冰-巖芯鉆探鉆探用可移動式鉆探艙。

本發(fā)明集成有絞車、鉆塔、控制桌等鉆探裝備，其結(jié)構(gòu)設(shè)計可實現(xiàn)高效的冰心鉆探和巖心鉆探，完成冰心和巖心的采集?？梢苿邮姐@探艙具有在南極快速安裝、搬運方便的特點。

本發(fā)明包括有鉆塔、保溫墻體和雪橇；

鉆塔包括四角塔、下鉆塔和上鉆塔三部分，其中四角塔采用螺釘固定在地板上，下鉆塔與四角塔采用鉸點連接，并采用支撐桿對四角塔進行加固，支撐桿中部具有調(diào)節(jié)螺絲，可對支撐桿長度進行調(diào)整；當(dāng)下鉆塔直立后，下鉆塔鉸點另一側(cè)采用螺栓將下鉆塔和四角塔固定在一起；上鉆塔和下鉆塔采用鉸接，上鉆塔可翻轉(zhuǎn)至下鉆塔一側(cè)。鉆塔共有兩個位置狀態(tài)，當(dāng)運輸時，鉆塔平放在保溫房頂部，上鉆塔與下鉆塔平行放置在保溫房頂部，并于保溫房頂部固定；當(dāng)鉆進時，首先將上鉆塔展開至與下鉆塔同一直線，并用螺栓牢固連接，再將鉆塔用起塔螺桿頂起，當(dāng)鉆塔處于直立狀態(tài)時，并將下鉆塔和四角塔用螺栓牢固連接，保證鉆塔處于直立狀態(tài)。起塔螺桿上部與下鉆塔鉸接，下部固定在地板上。為了提高鉆塔直立狀態(tài)的穩(wěn)定性，采用繃?yán)K將鉆塔與保溫房四個角相連。上鉆塔和下鉆塔外部采用具有保溫材料的鉆塔蓋板覆蓋，內(nèi)部均焊接有扶梯，上鉆塔內(nèi)安裝有二層臺，維修人員可通過扶梯上至二層臺對頂部滑輪進行維修保養(yǎng)，登塔扶梯為可拆卸式，需要登塔時，將登塔扶梯放至鉆塔下方，不需要時則移開，以增大地面工作空間。上鉆塔頂部固定有頂部滑輪，四角塔中則固定有下部滑輪，兩個滑輪構(gòu)成滑輪組，輔助絞車提升和下放鉆具。

保溫房采用拼裝結(jié)構(gòu)，整個保溫房由40塊保溫板依次連接組成，保溫板之間采用暗鎖連接，在保證強度的同時保證很好的美觀性。保溫墻板內(nèi)部預(yù)埋有鋼骨架，該鋼骨架與不銹鋼板一邊采用螺釘連接，不銹鋼板另一邊用螺釘與地板連接，從而達到將保溫房牢固的固定在地板上的目的。

地板為可移動式鉆探艙的主要承載部件，固定有絞車、四角塔、控制系統(tǒng)、工具桌、離心機、冰屑振動器、攪拌桶、冰芯處理桌、擰卸移動小車、調(diào)平螺桿、絞車控制柜、鉆井液回流槽及相關(guān)線槽和燈具設(shè)備，這些設(shè)備為鉆探順利進行提供了有力保障。

地板通過螺栓與雪橇前頂板和雪橇后頂板連接，從而使整個上部結(jié)構(gòu)牢固的固定在雪橇之上，并可隨雪橇進行運移。由于南極雪面較軟，在鉆進過程中雪橇腳下方雪面會因為上部鉆機重量的長期壓迫而產(chǎn)生輕微塌陷，導(dǎo)致鉆探艙地板不水平，容易造成鉆具不能沿之前孔跡進行鉆進。因此設(shè)計了特殊的調(diào)平機構(gòu)，該機構(gòu)由四個調(diào)平螺桿分別控制地板四個角相對雪橇頂板進行升降，每個調(diào)平螺桿升降距離不同，則地板與雪橇頂板會形成一定角度，從而彌補由地面塌陷造成的地板不水平問題。地板相對雪橇頂板最大調(diào)節(jié)角度達10°，最大相對距離可達300mm。

雪橇采用先進的鏈傳動結(jié)構(gòu)，使?fàn)恳司鶆虻姆植脚c雪橇前后受力部件，增加了雪橇的使用壽命。雪橇前部兩個撬腳用前雪橇梁連接，撬腳可以前雪橇梁為軸心進行擺動，以適應(yīng)凹凸不平的雪面，前雪橇梁下部的限位螺釘可將撬腳擺動限制在一定范圍內(nèi)。前雪橇梁與前滑動梁采用主銷軸連接，前滑動梁可以主銷軸為中心相對前雪橇梁轉(zhuǎn)動，前滑動梁兩側(cè)通過兩個前滑動銷軸與雪橇前頂板連接，前滑動梁可沿前滑動銷軸相對雪橇前頂板相對運動，前滑動銷軸利用固定銷與雪橇前頂板固定。雪橇后部兩個撬腳用后雪橇梁連接，后雪橇梁與后滑動梁采用主銷軸連接，后滑動梁可以主銷軸為中心相對后雪橇梁轉(zhuǎn)動，后滑動梁兩側(cè)通過兩個后滑動銷軸與雪橇后頂板連接，后滑動梁可沿后滑動銷軸相對雪橇后頂板相對運動，后滑動銷軸利用固定銷與雪橇后頂板固定。雪橇前頂板和雪橇后頂板采用加強梁連接以增大雪橇的承載能力，加強梁通過后連接銷與雪橇后頂板相連，通過前連接銷與雪橇前頂板相連。

雪橇的傳動系統(tǒng)由第一鐵鏈、第二鐵鏈、第三鐵鏈、第四鐵鏈和拉板組成，牽引頭套在牽引架上，并能沿牽引架進行前后滑動，牽引架連接在前兩個撬腳頭部，并可帶動撬腳轉(zhuǎn)動，牽引頭末端通過第一鐵鏈與前撬腳拉板相連，前撬腳拉板中心加工有橢圓形孔，該橢圓形孔使前撬腳拉板能沿牽引架前后滑動，前撬腳拉板另一側(cè)通過第二鐵鏈與前雪橇梁前側(cè)相連，前雪橇梁后側(cè)通過第三鐵鏈交叉連接至后撬腳拉板，后撬腳拉板中心加工有橢圓形孔，使其能沿連接圓梁前后滑動，后撬腳拉板另一側(cè)通過第四鐵鏈連接至后雪橇梁。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明很好地解決了現(xiàn)有深冰芯及巖心鉆探系統(tǒng)在極地惡劣環(huán)境下準(zhǔn)備周期長、投入成本高等問題，將鉆探相關(guān)設(shè)備高度集成在雪橇上，可實現(xiàn)極地冰-巖芯的快速取芯鉆探，并具有在極地冰蓋快速轉(zhuǎn)場能力，為極地冰蓋大范圍多孔作業(yè)提供了重要的技術(shù)支撐。

本發(fā)明全部結(jié)構(gòu)均采用模塊化設(shè)計，單件重量不超過4噸，且單件尺寸可放入20英尺集裝箱內(nèi)，滿足極地飛機運輸標(biāo)準(zhǔn)，且具有現(xiàn)場組裝方便、快捷特點。

本發(fā)明為首次將鉆探所有設(shè)備集成在一個可移動設(shè)備上，為以后鉆機系統(tǒng)的模塊化設(shè)計提供了良好的借鑒。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的總體圖。

圖2為本發(fā)明的雪橇側(cè)視圖。

圖3為本發(fā)明的雪橇俯視圖。

圖4為本發(fā)明的地板設(shè)備布置圖。

具體實施方式

請參閱圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明包括有鉆塔、保溫房8和雪橇17；

鉆塔包括四角塔12、下鉆塔6和上鉆塔5，四角塔12采用螺釘固定在地板16上，并采用支撐桿13對四角塔12進行加固，支撐桿13中部具有調(diào)節(jié)螺絲，可對支撐桿13長度進行調(diào)整；下鉆塔6與四角塔12采用鉸點連接，當(dāng)下鉆塔6直立后，下鉆塔6鉸點另一側(cè)采用螺栓將下鉆塔6和四角塔12固定在一起；上鉆塔5和下鉆塔6采用鉸接，上鉆塔5可翻轉(zhuǎn)至下鉆塔6一側(cè)；鉆塔共有兩個位置狀態(tài)，當(dāng)運輸時，鉆塔平放在保溫房8頂部，上鉆塔5與下鉆塔6平行放置在保溫房8頂部，并于保溫房8頂部固定；當(dāng)鉆進時，首先將上鉆塔5展開至與下鉆塔6同一直線，并用螺栓牢固連接，再將鉆塔用起塔螺桿14頂起，當(dāng)鉆塔處于直立狀態(tài)時，并將下鉆塔6和四角塔12用螺栓牢固連接，保證鉆塔處于直立狀態(tài)；起塔螺桿14上部與下鉆塔6鉸接，起塔螺桿14下部固定在地板16上；為了提高鉆塔直立狀態(tài)的穩(wěn)定性，采用繃?yán)K7將鉆塔與保溫房8四個角相連。上鉆塔5和下鉆塔6外部采用具有保溫材料的鉆塔蓋板2覆蓋，上鉆塔5和下鉆塔6內(nèi)部均焊接有扶梯4，上鉆塔5內(nèi)安裝有二層臺3，維修人員可通過扶梯4上至二層臺3對頂部滑輪1進行維修保養(yǎng)，登塔扶梯9為可拆卸式，需要登塔時，將登塔扶梯9放至鉆塔下方，不需要時則移開，以增大地面工作空間。上鉆塔5頂部固定有頂部滑輪1，四角塔12中則固定有下部滑輪11，頂部滑輪1和下部滑輪11構(gòu)成滑輪組，輔助絞車15提升和下放鉆具。

保溫房8采用拼裝結(jié)構(gòu)，整個保溫房由40塊保溫板依次連接組成，保溫板之間采用暗鎖連接，在保證強度的同時保證很好的美觀性。保溫墻板內(nèi)部預(yù)埋有鋼骨架，該鋼骨架與不銹鋼板一邊采用螺釘連接，不銹鋼板另一邊用螺釘與地板16連接，從而達到將保溫房8牢固的固定在地板16上的目的。

地板16為可移動式鉆探艙的主要承載部件，固定有絞車15、四角塔12、控制系統(tǒng)43、調(diào)平螺桿44、工具桌45、離心機46、冰屑振動器47、攪拌桶48、冰芯處理桌49、鉆井液回流槽50、鉆具擰卸小車51、絞車控制柜52及相關(guān)線槽和燈具設(shè)備，這些設(shè)備為鉆探順利進行提供了有力保障。

地板16通過螺栓與雪橇前頂板28和雪橇后頂板21連接，從而使整個上部結(jié)構(gòu)牢固的固定在雪橇17之上，并可隨雪橇進行運移。由于南極雪面較軟，在鉆進過程中雪橇腳下方雪面會因為上部鉆機重量的長期壓迫而產(chǎn)生輕微塌陷，導(dǎo)致鉆探艙地板不水平，容易造成鉆具不能沿之前孔跡進行鉆進。因此設(shè)計了調(diào)平機構(gòu)，調(diào)平機構(gòu)由四個調(diào)平螺桿44分別控制地板四個角相對雪橇頂板進行升降，每個調(diào)平螺桿44升降距離不同，則地板16與雪橇頂板會形成一定角度，從而彌補由地面塌陷造成的地板不水平問題。地板相對雪橇頂板最大調(diào)節(jié)角度達10°，最大相對距離可達300mm。

雪橇17采用先進的鏈傳動結(jié)構(gòu)，使?fàn)恳司鶆虻姆植脚c雪橇17前后受力部件，增加了雪橇17的使用壽命。雪橇17前部兩個撬腳39用前雪橇梁29連接，撬腳39能以前雪橇梁29為軸心進行擺動，以適應(yīng)凹凸不平的雪面，前雪橇梁29下部的限位螺釘20可將撬腳39擺動限制在一定范圍內(nèi)；前雪橇梁29與前滑動梁30采用主銷軸35連接，前滑動梁30能以主銷軸35為中心相對前雪橇梁29轉(zhuǎn)動，前滑動梁30兩側(cè)通過兩個前滑動銷軸37與雪橇前頂板28連接，前滑動梁29能沿前滑動銷軸37相對雪橇前頂板28前后運動，前滑動銷軸37利用固定銷33與雪橇前頂板28固定。雪橇17后部兩個撬腳用后雪橇梁19連接，后雪橇梁19與后滑動梁18采用主銷軸35連接，后滑動梁18可以主銷軸35為中心相對后雪橇梁19轉(zhuǎn)動，后滑動梁18兩側(cè)通過兩個后滑動銷軸34與雪橇后頂板21連接，后滑動梁18能沿后滑動銷軸34相對雪橇后頂板21相對運動，后滑動銷軸34利用固定銷33與雪橇后頂板21固定。雪橇前頂板28和雪橇后頂板21采用加強梁25連接以增大雪橇的承載能力，加強梁25通過后連接銷23與雪橇后頂板21相連，通過前連接銷27與雪橇前頂板28相連；雪橇17的傳動系統(tǒng)由第一鐵鏈41、第二鐵鏈31、第三鐵鏈26、第四鐵鏈22和拉板組成，牽引頭42套在牽引架40上，并能沿牽引架40進行前后滑動，牽引架40連接在前兩個撬腳39頭部，并可帶動撬腳39轉(zhuǎn)動，牽引頭42末端通過第一鐵鏈41與前撬腳拉板32相連，前撬腳拉板32中心加工有橢圓形孔，該橢圓形孔使前撬腳拉板32能沿牽引架40前后滑動，前撬腳拉板32另一側(cè)通過第二鐵鏈31與前雪橇梁29前側(cè)相連，前雪橇梁29后側(cè)通過第三鐵鏈26交叉連接至后撬腳拉板24，后撬腳拉板24中心加工有橢圓形孔，使其能沿連接圓梁36前后滑動，后撬腳拉板24另一側(cè)通過第四鐵鏈22連接至后雪橇梁19。

本發(fā)明的工作過程：

運輸過程中，上鉆塔5和下鉆塔6均水平固定在保溫房8頂部。雪橇通過雪地車輛牽引運往鉆探地點。運輸過程中雪橇受力狀態(tài)為：雪地車輛通過鋼絲繩連接牽引頭42，牽引頭42受力將沿牽引架40向前滑動，并通過鐵鏈一41將力傳遞至前撬腳拉板32，并通過鐵鏈二31傳遞到前雪橇梁29，前雪橇梁29帶動前兩個撬腳39沿前滑動銷軸37向前滑動，此時雪橇前頂板28不動，前雪橇梁29向前移動并通過鐵鏈三26將力傳遞至后撬腳拉板24，并通過鐵鏈四22傳遞至后雪橇梁19，后雪橇梁19帶動后兩個撬腳39沿后滑動銷軸34向前滑動，當(dāng)后雪橇梁19運動至與雪橇后頂板21接觸，雪橇后頂板21將在后雪橇梁19的推動下向前運動，從而帶動整個鉆探艙向前運動。設(shè)計中雪橇前頂板28間距較大，因此當(dāng)后雪橇梁19與雪橇后頂板21接觸時，前雪橇梁29與雪橇前頂板28并未接觸，因此雪橇的受力情況始終是從牽引頭42一直到后雪橇梁19，再傳遞至鉆探艙上部，保證雪橇下部鐵鏈機構(gòu)均處于受力狀態(tài)。

當(dāng)可移動式鉆探艙到達鉆塔場地，準(zhǔn)備鉆探時：首先對場地進行平整，將可移動式鉆探艙拖拉至平整完畢的場地內(nèi)，將上鉆塔5展開，并于下鉆6塔用螺栓固定，采用起塔螺桿14將鉆塔豎起，當(dāng)鉆塔處于直立位置后，用螺栓將下鉆塔6和四角塔12牢固連接，并將鉆塔用繃?yán)K7固定在保溫房8四角。將絞車15的鋼絲繩穿過下部滑輪11和頂部滑輪1，與鉆探機具相連。

鉆探時，孔內(nèi)需要填充鉆井液，如果鉆井液采用兩種液體混合制成，則用攪拌桶48對兩種液體進行充分混合后再注入孔內(nèi)。操作人員利用控制系統(tǒng)43和絞車控制柜52控制絞車15和鉆探機具進行鉆探，當(dāng)鉆探完畢后，將鉆具收集冰芯部分采用鉆具擰卸小車51拆卸下來，并移至冰芯處理桌49進行后處理，將鉆具收集冰屑部分放入冰屑振動器47，進行振動，使冰屑與鉆具分離，并將收集的冰屑放入離心機46進行甩干，并對離心出的鉆井液進行重復(fù)利用。鉆井液回收槽50主要回收被鋼絲繩從孔內(nèi)帶出的鉆井液。

在鉆進過程中，如果雪橇腳下方雪面因為上部鉆機重量的長期壓迫而產(chǎn)生輕微塌陷，導(dǎo)致鉆探艙地板不水平，需要對地板進行調(diào)平時：首先松開雪橇上地板連接板38與地板16的連接螺栓，其次對塌陷撬腳上方的調(diào)平螺桿44進行調(diào)節(jié)，抬升此處地板，并對其他位置調(diào)平螺桿44進行微調(diào)，直到地板16重新水平為止。