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（一）技术领域：

本发明涉及一种地质勘探用顶驱式岩心钻机。

（二）背景技术：

如图一所示，普通岩心钻机是当今地勘行业用得最为普遍的一种钻机，其主要由以下一些部分组成：输入动力101、变速箱102、机架103、卷扬104、动力分配箱105、动力头107、给进油缸108、导向杆109、锥齿轮相111、钻杆106等。

普通岩心钻机各部分的作用如下（输入动力101、变速箱102、机架103不作叙述）：

1、卷扬104一般与施工现场就地搭建的钻塔配合使用，主要用于起吊钻杆106，以方便钻杆106装入动力头107中或从动力头107中拆取出来。

2、动力分配箱105用于将变速箱103传过来的动力分配到锥齿轮箱111和卷扬104。

3、锥齿轮箱111将动力分配箱105传过来的动力转变方向后传给主轴108。

4、主轴108中空，以便装入钻杆106，主轴108的上端与动力头107相连接，能将锥齿轮箱111传过来的动力传给动力头107。

5、动力头107接受锥齿轮箱111通过主轴108传过来的动力带动钻杆106旋转。

6、给进油缸110使动力头107上下运动。

7、钻杆106在动力头107的作用下产生旋转运动，在给进油缸110的作用下产生上下运动，向下为钻进，向上则为取出。

8、导向杆109保证动力头107上下运动的方向一致。

普通岩心钻机的工作原理如图二所示，开启普通岩心钻机，运行普通岩心钻机的卷扬104，与塔顶滑轮和吊绳相配合，吊起未进入工作状态的钻杆106，装入到普通岩心钻机的动力头107中，松开吊绳；运行动力头107和给进油缸110，使钻杆106往下钻进；当一根钻杆的有效钻入长度全部钻入地下后，就再次运行卷扬104装入另一根钻杆并与前面已钻入地下的钻杆相连接，继续钻进，直至达到目标钻入深度。当达到目标钻入深度后，停止钻进，按照上述装入钻杆的过程反过来操作，逐根取出钻杆，即完成整个钻探操作过程。

普通岩心钻机有以下一些不足之处：

1、操作繁琐、工作效率较低。动力头向上运动的距离受给进油缸行程的限制，上下运动距离有限，向上运动距离过大也会使动力头的稳定性变得很差，所以一根钻杆全部钻入地下，动力头需要上下往复运行几次才能完成；且装入钻杆时，一次只能装一根。

2、动力浪费较大。输入动力经过多次传递，且由横向旋转运动变成了竖向旋转运动，造成了大量动力浪费。

3、钻进力量有限。在钻进时，给进油缸收缩，压着钻杆钻机，但给进油缸形成的压力主要来自普通岩心钻机靠动力头一端自身的重量，当钻杆在地底碰到较硬的岩质时，甚至可以将普通岩心钻机靠动力头的一端顶起来。

4、以上三点不足使普通岩心钻机难以实现集成控制。

（三）发明内容：

为解决普通岩心钻机操作繁琐、工作效率较低、动力浪费较大、钻进力量有限、难以实现集成控制诸多缺点，如图三所示，一种顶驱式岩心钻机主要由以下一些部分组成：主卷扬201和主吊绳205、导向装置203、副卷扬202和副吊绳204、塔顶滑轮组206、钻塔207、动力头208、钻杆209、塔座及平台210。

其各部分的作用如下（钻塔207、塔座及平台210不作叙述）：

1、主卷扬201和主吊绳205及塔顶滑轮组206用于吊住动力头208并能上下运动，向上运动时还能起拔已钻入地下的钻杆209。

2、副卷扬202和副吊绳204及塔顶滑轮206组主要用于从中空的、并已钻入地底的钻杆中取出岩心样块，也可用于起吊较轻物体，如装拆钻杆。

3、导向装置203保证动力头上下运动的方向一致。

4、塔顶滑轮组206的作用是与主卷扬201和主吊绳205及副卷扬202和副吊绳204配合使用；

5、动力头208上直接装着输入动力（如电机）、变速箱及配重装置，配重装置可以适当增加或减轻动力头的重量，动力头208上端与主吊绳连接，下端连接钻杆209，动力头208将旋转动力传给钻杆209，以自身重量压着钻杆209向下旋转钻机。

一种顶驱式岩心钻机的工作原理如下：开启主卷扬201，通过主吊绳205及塔顶滑轮组206将动力头208停在适当位置；启动副卷扬202，通过副吊绳204及塔顶滑轮组206吊起未进入工作状态的钻杆209，钻杆209的下端与已钻入地底的钻杆相连接，松开副吊绳204（还可再次装入钻杆，钻杆装入数量根据顶驱式岩心钻机的工艺参数而定），将钻杆209的上端与动力头208相连接；开启动力头208，带动钻杆209旋转，逐渐松开主卷扬201，动力头208在重力作用下压着钻杆209向下旋转钻进，导向装置203保证了动力头208的每次钻进方向一致。当达到目标钻入深度后，启动主卷扬201，让动力头208停在适当位置，即停止钻进。按照上述装入钻杆的过程反过来操作，逐根取出钻杆，即完成整个钻探操作过程。

（四）优势体现

一种顶驱式岩心钻机与普通岩心钻机相比具有明显的优势：一次可装入多根钻杆（根据顶驱式岩心钻机的工艺参数而定），操作简单；动力头向上运动的距离大幅度提升，动力头往返一次可钻入多根钻杆，另输入动力传递过程短，且无需改变动力的传递方向，动力浪费极少，工作效率高；钻进力量可以通过改变动力头的重量而改变；容易实现集成控制。