一种多功能超前地质钻探装置技术领域
本发明属于超前地质钻探技术领域，尤其是涉及一种多功能超前地质钻
探装置。
背景技术
超前地质预报是在隧道开挖时，对掌子面前方的围岩与地层情况做出
超前预报。超前地质预报常用的物探方法有很多，机械钻探是一种主要的
超前地质预报方法。机械钻探是使用超前地质钻杆在隧道断面的若干个部
位进行钻探，依据钻杆内岩土结构、构造及水文地质判定前方围岩的性质。
通过将多个孔位钻探出的围岩综合对比分析，然后按每两米一个断面记录
其围岩状况。目前，所采用超前地质钻杆的长度为20m左右。现如今，进
行超前地质钻探时，主要采用人工控制水平钻机的方式进行钻孔，但因超
前地质钻杆长度较长，实际操作不便，需投入较多的人力物力，钻孔效率
低、劳动强度大，费时费力，并且钻孔质量不易保证。另外，现如今进行
超前地质钻探时，大多都是逐一钻取多个超前地质钻孔，而分别钻取多个
钻孔所需花费的人力物力相当大，所需工期较长，很大程度上影响了隧道
施工进度。因而，现如今需要一种结构简单、设计合理、投入成本较低且
使用操作简便、使用效果好的多功能超前地质钻探装置，钻孔过程中能自
动带动多个水平钻机自动前后移动并同步完成钻进过程，并且能对多个水
平钻机的钻孔位置进行调整，从而能大幅度减少超前地质钻孔的劳动强
度，并能保证钻孔质量，节约超前地质钻孔施工工期。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一
种多功能超前地质钻探装置，其结构简单、设计合理、投入成本较低且使
用操作简便、使用效果好，能自动带动多个水平钻机自动前后移动并同步
完成钻进过程，且能对多个水平钻机的钻孔位置进行调整。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多功能超前地质
钻探装置，其特征在于：包括水平车架、多个均安装在水平车架底部的行
走轮、两道分别铺设在水平车架上部左右两侧的水平钢轨、安装在水平车
架上的钻孔机架和安装在所述钻孔机架上的钻探装置，所述行走轮为万向
轮，两道所述水平钢轨均位于水平车架的前侧上方；所述水平车架底部装
有多个液压顶升装置，多个所述液压顶升装置的结构均相同，所述液压顶
升装置包括水平底座和呈竖直向布设的顶升油缸，所述顶升油缸的缸体顶
部固定在水平车架上，且水平底座安装在顶升油缸的活塞杆底端；
所述钻孔机架呈水平布设；所述钻孔机架包括沿两道所述水平钢轨进
行前后移动的钻机安装架、位于两道所述水平钢轨正后方的水平底座、安
装在水平底座上且呈竖直向布设的后侧推顶架、安装在两道所述水平钢轨
后端且对钻机安装架进行限位的后侧限位板和推动钻机安装架沿两道所
述水平钢轨水平移动的液压缸；所述液压缸呈水平布设，所述液压缸的缸
体后端固定在后侧推顶架上且其活塞杆前端固定在钻机安装架上；所述液
压缸的行程不小于所述钻杆节段的长度，且两道所述水平钢轨的长度不小
于所述钻杆节段的长度；两道所述水平钢轨的前端设置有对钻机安装架进
行限位的前侧限位板，所述前侧限位板与后侧限位板之间的间距所述钻杆
节段的长度相同；所述后侧推顶架和钻机安装架均与两道所述水平钢轨呈
垂直布设且二者均呈竖直向布设，所述前侧限位板和后侧限位板均为竖向
板且二者均与两道所述水平钢轨呈垂直布设；两道所述水平钢轨呈平行布
设且二者布设在同一水平面上，两道所述水平钢轨与所述隧道掌子面呈垂
直布设且二者呈左右对称布设；
所述钻探装置包括多个均安装在钻机安装架上的水平钻机、多根分别
安装在多个所述水平钻机上的水平钻杆和多个分别同轴安装在多根所述
水平钻杆前端的钻头，多根所述水平钻杆的结构和尺寸均相同；所述水平
钻杆为由多个钻杆节段由前至后拼装而成的组合式钻杆，前后相邻两个所
述钻杆节段之间以螺纹方式连接，且多个所述钻杆节段的长度均相同；多
个所述水平钻机均位于同一竖直面上，所述钻机安装架前部设置有多个分
别供水平钻机安装的钻机固定座，且多个所述钻机固定座均位于同一竖直
面上；
所述水平车架的前端上方设置有多个分别对多根所述水平钻杆进行
支撑的支撑架，多个所述支撑架分别布设在多根所述水平钻杆的正下方；
多个所述支撑架均位于两道所述水平钢轨的前侧且其位于同一竖直平面
上，每个所述支撑架上安装有对所支撑水平钻杆中前后相邻两个所述钻孔
节段进行对接的对接装置，所述对接装置包括位于支撑架的前侧上部且对
位于支撑架前侧的钻杆节段进行限位的前限位座、位于支撑架的后侧上部
且对位于支撑架后侧的钻杆节段进行限位的后限位座和对位于支撑架前
侧的钻杆节段后端进行夹持的电动夹持机构，所述电动夹持机构位于前限
位座和后限位座之间且其位于支撑架上部，所述前限位座和后限位座上均
开有对所述钻杆节段进行限位的限位孔；所述电动夹持机构与前限位座之
间设置有对水平钻杆内所钻取岩芯进行切割的切割设备，所述切割设备安
装在支撑架上部且其位于水平钻杆的左右或右侧。
上述一种多功能超前地质钻探装置，其特征是：两道所述水平钢轨均
为角钢呈二者呈左右对称布设。
上述一种多功能超前地质钻探装置，其特征是：所述水平钻机的数量
为三个，所述水平钻杆的数量为三根，且三根所述水平钻杆分别布设在一
个等腰三角形的三个顶点上。
上述一种多功能超前地质钻探装置，其特征是：所述钻机安装架包括
沿两道所述水平钢轨前后移动的矩形支架、安装在矩形支架中部上方的竖
向加劲板和两个分别安装在矩形支架上方左右两侧的斜向连接杆，两个所
述斜向连接杆呈左右对称布设，两个所述斜向连接杆的上端均固定安装在
竖向加劲板上部且二者的下端均固定安装在矩形支架上；所述矩形支架和
两个所述斜向连接杆组成呈竖直向布设的三角形支架；三个所述水平钻机
分别安装在安装在竖向加劲板上部以及两个所述斜向连接杆与矩形支架
的连接处，所述矩形支架的下部卡装在两道所述水平钢轨之间。
上述一种多功能超前地质钻探装置，其特征是：所述钻机安装架上安
装有对其移动位移和移动方向分别进行实时检测的位移检测单元和方向
检测单元。
上述一种多功能超前地质钻探装置，其特征是：所述前侧限位板的左
右两端分别固定在两道所述水平钢轨上。
上述一种多功能超前地质钻探装置，其特征是：所述后侧推顶架的前
侧设置有供液压缸的缸体固定的缸体固定座，所述缸体固定座呈竖直向布
设。
上述一种多功能超前地质钻探装置，其特征是：所述液压缸的活塞杆
前端装有竖向推板。所述竖向推板与钻机安装架之间装有竖向垫板。
上述一种多功能超前地质钻探装置，其特征是：所述钻杆节段的长度
为2m。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、结构简单、拆装方便且电路设计合理，投入成本低。
2、电路简单且接线方便。
3、纵向长度短且占用空间小，使用操作灵活。
4、所采用的钻孔机架结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效
果好，通过液压缸推动钻机安装架前后移动，并且各水平钻杆均由多个钻
杆节段拼接而成，实际钻孔时，先安装一个钻杆节段，并通过液压缸推动
水平钻机向前钻进至该钻杆节段进入地层后；再断开水平钻机与该钻杆节
段之间的连接，并通过液压缸带动水平钻机向后移动直至水平钻机与已钻
进钻杆节段之间的间距满足下一个钻杆节段的安装需求；之后，将下一个
钻杆节段安装于水平钻机与已钻进地层的钻杆节段之间；然后，通过液压
缸推动水平钻机向前钻进；这样，经多次重复后这样能满足长钻杆的推进
需求，并且占地空间小，所采用的水平钢轨长度短。并且，设置有对接装
置，对前后相邻两个钻孔节段进行对接时，先将需安装的钻孔节段后端先
与水平钻机连接，并通过电动夹持机构对已钻进地层的钻杆节段后端进行
夹持，同时通过前限位座和后限位座分别对两个钻杆节段进行限位，使得
两个钻杆节段正对，之后通过水平钻机旋转便能自动完成钻杆连接。另外，
本发明还设置有对水平钻杆内所钻取岩芯进行切割的切割设备，这样当钻
进过程结束，将水平钻杆从钻孔内取出时，并且将钻杆节段逐段取出，并
逐段拆除，实际拆除时，采用切割设备对水平钻杆内的岩芯进行切割。由
于钻杆节段的长度为2m，因而切割后的岩芯能满足每两米一个断面记录围
岩状况的需求。同时，本发明能对多个水平钻机的钻孔位置进行调整，具
体是通过移动万向轮能在水平面上对水平钻杆进行前后与左右调整，且通
过液压顶升装置能在竖直面上对水平钻杆进行上下调整，因而能大幅度减
少超前地质钻孔的劳动强度，并能保证钻孔质量，节约超前地质钻孔施工
工期；同时，能保证钻孔质量，并有效解决现如今进行水平超前钻孔时存
在的实际操作不便、需投入较多的人力物力、钻孔效率低、劳动强度大，
费时费力、钻孔质量不易保证等问题。
5、使用操作简单、使用效果好且实用价值高，钻孔过程中带动水平
钻机自动前后移动，并相应完成超前地质钻孔的钻孔过程，从而能大幅度
减少超前地质钻孔的劳动强度，并能保证钻孔质量。
综上所述，本发明结构简单、设计合理、投入成本较低且使用操作简
便、使用效果好，能自动带动多个水平钻机自动前后移动并同步完成钻进
过程，且能对多个水平钻机的钻孔位置进行调整。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明钻机安装架的结构示意图。
附图标记说明:
1—水平钢轨；2—钻机安装架；2-1—矩形支架；
2-2—竖向加劲板；2-3—斜向连接杆；3—水平底座；
4—后侧推顶架；5—后侧限位板；6—水平钻杆；
7—支撑柱；8—切割设备；8-1—前限位座；
8-2—后限位座；8-3—电动夹持机构；9—液压缸；
10—水平钻机；11—钻机固定座；12—前侧限位板；
13—缸体固定座；14—竖向推板；15—竖向垫板；
16—钻头；17—水平车架；18—液压顶升装置；
18-1—水平底座；18-2—顶升油缸；19—行走轮。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明包括水平车架17、多个均安装在水平车架
17底部的行走轮19、两道分别铺设在水平车架17上部左右两侧的水平钢
轨1、安装在水平车架17上的钻孔机架和安装在所述钻孔机架上的钻探装
置，所述行走轮19为万向轮，两道所述水平钢轨1均位于水平车架17的
前侧上方。所述水平车架17底部装有多个液压顶升装置18，多个所述液
压顶升装置18的结构均相同，所述液压顶升装置18包括水平底座18-1
和呈竖直向布设的顶升油缸18-2，所述顶升油缸18-2的缸体顶部固定在
水平车架17上，且水平底座18-1安装在顶升油缸18-2的活塞杆底端。
所述钻孔机架呈水平布设。所述钻孔机架包括沿两道所述水平钢轨1
进行前后移动的钻机安装架2、位于两道所述水平钢轨1正后方的水平底
座3、安装在水平底座3上且呈竖直向布设的后侧推顶架4、安装在两道
所述水平钢轨1后端且对钻机安装架2进行限位的后侧限位板5和推动钻
机安装架2沿两道所述水平钢轨1水平移动的液压缸9。所述液压缸9呈
水平布设，所述液压缸9的缸体后端固定在后侧推顶架4上且其活塞杆前
端固定在钻机安装架2上。所述液压缸9的行程不小于所述钻杆节段的长
度，且两道所述水平钢轨1的长度不小于所述钻杆节段的长度。两道所述
水平钢轨1的前端设置有对钻机安装架2进行限位的前侧限位板12，所述
前侧限位板12与后侧限位板5之间的间距所述钻杆节段的长度相同。所
述后侧推顶架4和钻机安装架2均与两道所述水平钢轨1呈垂直布设且二
者均呈竖直向布设，所述前侧限位板12和后侧限位板5均为竖向板且二
者均与两道所述水平钢轨1呈垂直布设。两道所述水平钢轨1呈平行布设
且二者布设在同一水平面上，两道所述水平钢轨1与所述隧道掌子面呈垂
直布设且二者呈左右对称布设。
所述钻探装置包括多个均安装在钻机安装架4上的水平钻机10、多根
分别安装在多个所述水平钻机10上的水平钻杆6和多个分别同轴安装在
多根所述水平钻杆6前端的钻头16，多根所述水平钻杆6的结构和尺寸均
相同。所述水平钻杆6为由多个钻杆节段由前至后拼装而成的组合式钻杆，
前后相邻两个所述钻杆节段之间以螺纹方式连接，且多个所述钻杆节段的
长度均相同。多个所述水平钻机10均位于同一竖直面上，所述钻机安装
架2前部设置有多个分别供水平钻机10安装的钻机固定座11，且多个所
述钻机固定座11均位于同一竖直面上。
所述水平车架17的前端上方设置有多个分别对多根所述水平钻杆6
进行支撑的支撑架7，多个所述支撑架7分别布设在多根所述水平钻杆6
的正下方。多个所述支撑架7均位于两道所述水平钢轨1的前侧且其位于
同一竖直平面上，每个所述支撑架7上安装有对所支撑水平钻杆6中前后
相邻两个所述钻孔节段进行对接的对接装置，所述对接装置包括位于支撑
架7的前侧上部且对位于支撑架7前侧的钻杆节段进行限位的前限位座
8-1、位于支撑架7的后侧上部且对位于支撑架7后侧的钻杆节段进行限
位的后限位座8-2和对位于支撑架7前侧的钻杆节段后端进行夹持的电动
夹持机构8-3，所述电动夹持机构8-3位于前限位座8-1和后限位座8-2
之间且其位于支撑架7上部，所述前限位座8-1和后限位座8-2上均开有
对所述钻杆节段进行限位的限位孔。所述电动夹持机构8-3与前限位座
8-1之间设置有对水平钻杆6内所钻取岩芯进行切割的切割设备8，所述
切割设备8安装在支撑架7上部且其位于水平钻杆6的左右或右侧。
本实施例中，两道所述水平钢轨2均为角钢呈二者呈左右对称布设。
本实施例中，所述水平钻机10的数量为三个，所述水平钻杆6的数
量为三根，且三根所述水平钻杆6分别布设在一个等腰三角形的三个顶点
上。
实际使用时，可根据具体需要，对水平钻机10的数量进行相应调整。
本实施例中，所述钻机安装架2包括沿两道所述水平钢轨1前后移动
的矩形支架2-1、安装在矩形支架2-1中部上方的竖向加劲板2-2和两个
分别安装在矩形支架2-1上方左右两侧的斜向连接杆2-3，两个所述斜向
连接杆2-3呈左右对称布设，两个所述斜向连接杆2-3的上端均固定安装
在竖向加劲板2-2上部且二者的下端均固定安装在矩形支架2-1上；所述
矩形支架2-1和两个所述斜向连接杆2-3组成呈竖直向布设的三角形支
架。三个所述水平钻机10分别安装在安装在竖向加劲板2-2上部以及两
个所述斜向连接杆2-3与矩形支架2-1的连接处，所述矩形支架2-1的下
部卡装在两道所述水平钢轨1之间。
同时，所述钻机安装架2上安装有对其移动位移和移动方向分别进行
实时检测的位移检测单元和方向检测单元。
实际安装时，所述前侧限位板12的左右两端分别固定在两道所述水
平钢轨1上。
本实施例中，所述后侧推顶架4的前侧设置有供液压缸9的缸体固定
的缸体固定座13，所述缸体固定座13呈竖直向布设。
并且，所述液压缸9的活塞杆前端装有竖向推板14。所述竖向推板
14与钻机安装架2之间装有竖向垫板15。
本实施例中，所述钻杆节段的长度为2m。
实际使用时，可根据具体需要，对所述钻杆节段的长度进行相应调整。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是
根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构
变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。