[发明专利]一种关于不同季节确定冻土上限的方法及钻探装置

权利要求书

1.一种关于不同季节确定冻土上限的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：不同季节施工时，根据地表温度T₀，确定所需热水的初始温度T₁，当T₀≥13℃时，T₁＝50℃，当13℃＞T₀＞-12℃时，T₁＝50℃+2×(13℃-T₀)，当T₀≤-12℃时，T₁＝100℃；

步骤二：根据热水管(42)的横截面积S₁、热水平均流速V确定热水流量Q及热水箱(41)流出10L热水的时间再结合该地区最大冻土上限H_max，确定钻探装置的钻进速度

步骤三：结合热水的初始温度T₁和热水箱(41)流出10L热水的时间t，确定每次加10L热水的时间与温度，钻探开始时，第一次加入热水，对应的初始温度为T₁，之后每隔时间t加入一次热水，若土层温度自上而下逐渐降低，每隔时间t加入热水的温度为T₁+10℃、T₁+20℃、T₁+30℃，若土层温度自上而下逐渐升高，每隔时间t加入热水的温度为T₁-10℃、T₁-20℃、T₁-30℃；

步骤四：启动钻探装置，此时钻杆本体(3)旋转，热水箱(41)内部的弹簧(411)由于离心作用而伸长，推动活塞隔水板(412)及球型水阀(415)离开初始位置，使温度为T₁的热水沿热水管(42)流出，并对钻头(2)进行加热；

步骤五：当钻探装置钻至地下40cm处时，打开荧光光纤温度传感器(66)，待其检测到0℃时，控制钻探装置停止钻进，球型水阀(415)回到原处，热水不再流出；

步骤六：启动冷水阀机构(53)，记忆弹簧(532)受电烙铁(531)的加热而伸长，推动直杆(533)绕轴(534)旋转，带动连杆(535)移动，将冷水塞(537)从冷水管(52)中抽出，使得冷却液(513)沿冷水管(52)流出，之后启动抽水泵(43)，将剩余热水抽到外界且带动冷却液(513)循环流动，实现对钻探装置的降温，若循环流动回冷水箱(51)的冷却液的温度高于0℃，则挡位控制装置(512)自动控制制冷片(511)制冷，对冷却液(513)进行降温，待冷却液(513)循环流动5min后，关闭冷水阀(53)，待抽水泵(43)将剩余的冷却液(513)抽回冷水箱(51)后，关闭抽水泵(43)；

步骤七：冷却工作完成后，将钻探装置静置20～30min，使周围土壤温度与钻杆本体(3)温度一致，之后打开四个分布式光纤温度传感器(67)，将所测温度分布传输到主机端，得到0℃位置到分布式光纤温度传感器(67)下端的距离h₁、h₂、h₃、h₄，求其平均值h₅，由定位模块(65)确定四个分布式光纤温度传感器(67)下端距路表的深度h₀，综上，计算出冻土上限为(h₀-h₅)。

2.确定冻土上限的钻探装置，用于权利要求1所述的方法中，包括连接安装筒(1)、钻头(2)、钻杆本体(3)、加热机构(4)、冷却机构(5)、温度检测机构(6)、导电滑环机构(7)、竖板(8)、金属环(9)、环形轨道(10)，所述连接安装筒(1)连接在钻杆本体(3)上端，所述钻头(2)连接在钻杆本体(3)下端，所述加热机构(4)安装在钻杆本体(3)内部，所述冷却机构(5)安装在钻杆本体(3)内部，所述温度检测机构(6)安装在钻杆本体(3)内部，且位于钻头(2)顶端以上竖直距离40-90cm，所述导电滑环机构(7)安装在距钻杆本体(3)上端，所述金属环(9)和环形轨道(10)设在距所述钻杆本体(3)上端。