本发明涉及取心钻探设备，特别是涉及超长水平孔无绳取心钻具。
背景技术：
1、随着交通运输网向西部地区的拓展，众多线路必须穿越高山峡谷地区，长大深埋隧道不断增多，隧道地质勘探需求不断加大。然而，线路沿线山势险峻、峡谷众多、气候恶劣、地质条件复杂，这给隧道的勘察与建设带来巨大的挑战。此条件下，传统垂直钻孔取心方法存在勘探孔布点多、无效进尺多、地下实物岩样离散、地势险峻区域难以完成等诸多不足。提高取心钻探效率、减少钻探设备搬迁、获取精准详实地层资料成为亟待解决的核心问题。水平孔取心钻探工艺成为破解上述难题的一种重要技术途径。该工艺是沿着隧道掘进方向钻一个水平向勘察孔，精确判别隧道沿线地质、水文情况。然而，我国在水平向取心钻探工艺方面的研究起步较晚，针对超长水平孔的取心钻探技术仍处于起步阶段。目前使用的水平向取心钻具是加装密封圈的绳索取心钻具，依靠液力投送，绳索打捞，实际工程应用时存在工艺流程复杂，取心效率低等问题。
2、绳索取心钻探技术最早起源于石油钻井。直到20世纪中叶，美国宝长年(boardlongyear)公司成功地将绳索取心钻探技术引入到地质岩心钻探领域。最初，宝长年公司研制的10wl系列钻具的钻杆采用连接强度低的公母接头式平螺纹连接，无法满足绳索取心钻进的工艺要求。为此，在1958年对10wl钻具进行改进，研制了q系列钻具，逐渐形成了aq、bq、nq、hq、pq五种规格的钻具。随着应用范围的不断扩大，相继出现了用于钻进水平孔和仰孔用的q-u系列钻具和用于松软破碎地层钻进取心的q-3系列钻具。其中q-u系列钻具是在内管总成或打捞矛适当部位增设密封圈或活塞机构，便于泵送至孔底。
3、美国宝长年公司(board longyear)研发的q-u系列钻具中最具代表性的内管总成是快速泵入球卡式和快速泵入弹卡式。其是在钻具悬挂环上部加装了v形唇面密封总成，代替以往的o形密封圈，保证封堵内管总成与钻杆之间的环状间隙，水平孔及仰孔钻进时，通过泥浆压力将内管总成泵送至孔底。快速泵入球卡式内管总成设计了周向双列钢球结构，在投送及打捞内管时的阻力为滚动摩擦，内管运移速度更快，减少了辅助时间。下部钢球实现钻具轴向限位功能，上部钢球实现制动功能，其能够控制打捞岩心时内管总成的回退速度，保证打捞过程中钢丝绳始终处于绷紧状态，防止出现钢丝绳打结、内管受卡等情况发生。快速泵入弹卡式与快速泵入球卡式的不同之处在于弹卡定位机构和到位报信机构的设计，其沿用了以往的铰链式设计，在弹簧张力作用下张开实现内管定位。打捞内管时，回收管上移使弹性圆柱销及限位块带动弹卡向内回收，弹卡与弹卡挡头及弹卡室之间为面接触，受力性能更好。至今为止，q系列钻具仍然被澳大利亚、加拿大、日本等国家广泛使用。
4、20世纪80年代，全俄勘探技术研究所(bntp)成功研制了用于坑道金刚石钻进的水平孔和上仰孔的绳索取心钻具—cck-59。这种钻具采用直径59毫米的金刚石钻头，清水、无固相泥浆和乳化液作为洗井介质。其特点是利用打捞矛连接捞矛头时带动弹卡回收，实现不提钻取心。该钻具适用于孔深在300米以内的复杂地质勘探孔，所钻岩石为可钻性级别ⅶ-ix级的完整和裂隙性岩石和部分x级岩石。
5、20世纪末期，美国宝长年公司正式推出了rq系列绳索取心钻具，该系列钻具改进了螺纹接头的连接方式，其特点是直接在公母接头两端加工锥形螺纹，以减少螺纹数量和钻杆壁厚，同时提高了螺纹连接强度，广受市场青睐。2019年又推出了xq系列绳索取心钻具，该系列钻具的特点是采用独特的热处理方式与工程应用相结合，以进一步提高钻具的使用寿命。
6、法国datc公司也进行了一系列绳索取心钻具研发，主要包括bwl、pwl、nwl、pwl、gbs、sk6l-146等钻具。该公司研制的所有绳索取心钻具内部机构相似，不同系列钻具之间的主要区别在于定位机构、打捞机构等组成机构的差异。
7、除此之外，日本利根钻探公司(tone boring co)、瑞典sandvik公司、英国jksboyles公司、加拿大希斯-舍伍特(heah&sherwood inc.)公司也开展了绳索取心钻具相关研发工作。
8、现有施用于水平孔的取心钻具存在工艺流程繁复，取心效率低的缺点。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供超长水平孔无绳取心钻具，以解决上述现有技术存在的问题，提高取心钻探效率。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
3、本发明提供超长水平孔无绳取心钻具，包括捞矛头、弹卡定位机构、内连接管和外管；所述捞矛头设置于所述弹卡定位机构的孔口端，所述弹卡定位机构的孔底端通过所述内连接管与所述外管相连接；所述外管的孔底端设置有扩孔器和钻头；所述外管内部设置有岩心管，所述岩心管用于储存岩心；芯轴为一端直径较大一端直径较小的空心轴；所述芯轴的直径较大端的中部侧壁上设置有第一通水口；所述内连接管的孔底端与所述芯轴的孔口端相连接，所述芯轴的孔底端伸入滑套内；所述滑套为中空轴，所述滑套中部的内壁上设置有向内凸起的限位台，所述芯轴的孔底端滑动的贯穿所述限位台；所述芯轴上位于所述限位台的两侧分别设置有一推力球轴承；中心杆的孔口端与所述弹卡定位机构相连接，所述中心杆的孔底端贯穿所述芯轴后与第一调节螺母相连接；所述芯轴内部设置有圆柱压缩弹簧和密封活塞，所述圆柱压缩弹簧和所述密封活塞均套在所述中心杆上，所述圆柱压缩弹簧通过所述密封活塞控制所述第一通水口的开启和关闭；所述芯轴的直径较小端的外壁上设置有圆柱复位弹簧，所述圆柱复位弹簧位于所述芯轴与所述滑套围成的密闭容室内，所述圆柱复位弹簧的孔口端与所述芯轴外壁上的阶梯面接触，所述圆柱复位弹簧的孔底端与所述推力球轴承接触；所述滑套位于所述限位台靠近孔底的一端的外壁上设置有第三通水口；所述滑套的孔底端通过岩心管上部接头与岩心管的孔口端相连接；所述岩心管上部接头的孔口端设置有复位弹簧和不锈钢球，所述不锈钢球用于封堵所述岩心管的孔口端。
4、可选的，所述内连接管的中部外壁上设置有密封圈。
5、可选的，所述芯轴的孔口端的外壁上设置有悬挂环，所述内连接管的孔底端直径大于所述芯轴的孔口端直径，所述芯轴的直径较大端的外壁上设置有限位环，所述悬挂环设置于所述限位环与所述内连接管的孔底端之间；所述内连接管的内壁上设置有座环，所述座环用于限制所述悬挂环的下位移极限。
6、可选的，所述外管的孔底端的端部与所述扩孔器的内壁之间设置有扶正环，所述扶正环用于使所述岩心管与所述外管保持同轴。
7、可选的，所述扩孔器的孔底端内壁上设置有卡簧座，所述卡簧座的孔口端上设置有卡簧挡圈，所述卡簧座内设置有卡簧。
8、可选的，所述岩心管上部接头与所述滑套之间采用螺纹连接，所述岩心管上部接头的外螺纹上设置有第二调节螺母。
9、可选的，所述弹卡定位机构包括弹性圆柱销、导向圆柱销、弹卡板、内回收杆、外回收管、弹卡室、扭转弹簧和弹卡挡头；所述弹卡挡头为中空管，所述弹卡挡头的孔底端与通过外管连接管与所述外连接管相连接；所述外管连接管的孔口端内壁上设置有弹卡室；所述弹卡室的底面为向内收缩的斜面；所述弹卡室用于限定所述弹卡板的位移上限并在所述弹卡板下移时使所述弹卡板收缩；所述内回收杆的孔口端与所述捞矛头相连接；所述内回收杆的孔底端与所述中心杆的孔口端相连接；所述内回收杆的中部设置有环形腔室，所述环形腔室内的孔口端设置有所述弹性圆柱销，所述环形腔室内的孔底端设置有所述导向圆柱销，所述环形腔室内的侧壁上设置有贯通孔；所述环形腔室内设置有两个所述弹卡板，所述弹卡板的孔口端与所述弹性圆柱销相连接，所述导向圆柱销贯穿所述弹卡板中部的导向孔；所述扭转弹簧与所述弹性圆柱销同轴设置，且所述扭转弹簧的两端分别与一所述弹卡板相连接，所述扭转弹簧用于使两个所述弹卡板穿过所述贯通孔进入所述弹卡室。
10、可选的，所述捞矛头的底部通过上接头与外回收管的孔口端相连接，所述外回收管的孔底端与所述内连接管的孔口端相连接；所述外回收管孔底端的侧壁上设置有弹卡贯通孔，所述弹卡贯通孔用于通过所述弹卡定位机构中的弹卡板；所述上接头孔口端的侧壁上设置有第二通水口。
11、可选的，所述上接头内设置有矛头座，所述矛头座的孔底端与内回收杆相连接；所述捞矛头通过卷制弹性销与所述矛头座的孔口端相连接。
12、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
13、本发明超长水平孔无绳取心钻具，在施工中省去了液力投送打捞矛环节，简化了工艺流程，降低取心钻探成本，提高取心钻探效率。
1.超长水平孔无绳取心钻具，其特征在于，包括捞矛头、弹卡定位机构、内连接管和外管；所述捞矛头设置于所述弹卡定位机构的孔口端，所述弹卡定位机构的孔底端通过所述内连接管与所述外管相连接；所述外管的孔底端设置有扩孔器和钻头；所述外管内部设置有岩心管，所述岩心管用于储存岩心；芯轴为一端直径较大一端直径较小的空心轴；所述芯轴的直径较大端的中部侧壁上设置有第一通水口；所述内连接管的孔底端与所述芯轴的孔口端相连接，所述芯轴的孔底端伸入滑套内；所述滑套为中空轴，所述滑套中部的内壁上设置有向内凸起的限位台，所述芯轴的孔底端滑动的贯穿所述限位台；所述芯轴上位于所述限位台的两侧分别设置有一推力球轴承；中心杆的孔口端与所述弹卡定位机构相连接，所述中心杆的孔底端贯穿所述芯轴后与第一调节螺母相连接；所述芯轴内部设置有圆柱压缩弹簧和密封活塞，所述圆柱压缩弹簧和所述密封活塞均套在所述中心杆上，所述圆柱压缩弹簧通过所述密封活塞控制所述第一通水口的开启和关闭；所述芯轴的直径较小端的外壁上设置有圆柱复位弹簧，所述圆柱复位弹簧位于所述芯轴与所述滑套围成的密闭容室内，所述圆柱复位弹簧的孔口端与所述芯轴外壁上的阶梯面接触，所述圆柱复位弹簧的孔底端与所述推力球轴承接触；所述滑套位于所述限位台靠近孔底的一端的外壁上设置有第三通水口；所述滑套的孔底端通过岩心管上部接头与岩心管的孔口端相连接；所述岩心管上部接头的孔口端设置有复位弹簧和不锈钢球，所述不锈钢球用于封堵所述岩心管的孔口端。
2.根据权利要求1所述的超长水平孔无绳取心钻具，其特征在于，所述内连接管的中部外壁上设置有密封圈。
3.根据权利要求1所述的超长水平孔无绳取心钻具，其特征在于，所述芯轴的孔口端的外壁上设置有悬挂环，所述内连接管的孔底端直径大于所述芯轴的孔口端直径，所述芯轴的直径较大端的外壁上设置有限位环，所述悬挂环设置于所述限位环与所述内连接管的孔底端之间；所述内连接管的内壁上设置有座环，所述座环用于限制所述悬挂环的下位移极限。
4.根据权利要求1所述的超长水平孔无绳取心钻具，其特征在于，所述外管的孔底端的端部与所述扩孔器的内壁之间设置有扶正环，所述扶正环用于使所述岩心管与所述外管保持同轴。
5.根据权利要求1所述的超长水平孔无绳取心钻具，其特征在于，所述扩孔器的孔底端内壁上设置有卡簧座，所述卡簧座的孔口端上设置有卡簧挡圈，所述卡簧座内设置有卡簧。
6.根据权利要求1所述的超长水平孔无绳取心钻具，其特征在于，所述岩心管上部接头与所述滑套之间采用螺纹连接，所述岩心管上部接头的外螺纹上设置有第二调节螺母。
7.根据权利要求1所述的超长水平孔无绳取心钻具，其特征在于，所述弹卡定位机构包括弹性圆柱销、导向圆柱销、弹卡板、内回收杆、外回收管、弹卡室、扭转弹簧和弹卡挡头；
8.根据权利要求1所述的超长水平孔无绳取心钻具，其特征在于，所述捞矛头的底部通过上接头与外回收管的孔口端相连接，所述外回收管的孔底端与所述内连接管的孔口端相连接；所述外回收管孔底端的侧壁上设置有弹卡贯通孔，所述弹卡贯通孔用于通过所述弹卡定位机构中的弹卡板；所述上接头孔口端的侧壁上设置有第二通水口。
9.根据权利要求8所述的超长水平孔无绳取心钻具，其特征在于，所述上接头内设置有矛头座，所述矛头座的孔底端与内回收杆相连接；所述捞矛头通过卷制弹性销与所述矛头座的孔口端相连接。
