CN104777009A - 湖泊海洋底泥岩芯取样器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湖泊海洋底泥岩芯取样器及其使用方法，该取样器的横向构架上安装有发电机、电动机，电动机与卷扬机连接，卷扬机上绕有油绳，横向构架与纵向构架的垂直角处固定有下定滑轮，下定滑轮与反向挂钩连接，反向挂钩挂接在滑板下方两侧预留的挂环上，纵向构架的上端固定有上定滑轮，上定滑轮下方设置有双滑轮，双滑轮、上定滑轮通过油绳连接与卷扬机配合，双滑轮下方挂有滑板，滑板上固定有主头，纵向构架的下端两侧安装有管卡。本发明取样过程简单快捷，满足了取样深度的需求，取样造价低，充分保障了取样效率及成功率，而且根据不同科研机构的样品深度需要，本仪器按照横向构架和纵向构架比例可以改造，以满足更深样品的需求。

Description

湖泊海洋底泥岩芯取样器及其使用方法

技术领域

本发明涉及的是水文地质、勘察、水环境工程技术领域，具体涉及湖泊海洋底泥岩芯取样器。

背景技术

传统技术的深水底泥岩芯取样设备普遍存在着取样难的问题，如果在湖水的最深处取到3m以上的底泥岩芯，对设备的稳定性、克服水压力和大气负压力是一个难题，其缺点是对底泥样品要求较长的话，需要分几次连续取样，使得样品的衔接有扰乱，现有工程上用的钻岩芯设备都是旋转的，对岩芯扰动较大，影响科研数据的准确性；从现有的报道中以及实地调查中发现，现有的取样设备只能取到表层沉积物，不能达到科研所需的深度；亦或者是用造价较高的仪器，同一钻孔分几次连续取样，底泥岩芯的连续性不能得到保证，衔接处会有扰乱，影响准确判断一些科学问题，取样过程繁琐，取样成功率低，同时现有技术和设备操作过程需要大量的人力、物力，大大增加了成本开销，取样造价较高，基于此，设计一种湖泊海洋底泥岩芯取样器还是很有必要的。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种湖泊海洋底泥岩芯取样器，结构简单，设计合理，取样过程简单快捷，使用轻巧，满足了取样深度的需求，取样造价低，充分保障了取样效率及成功率。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

湖泊海洋底泥岩芯取样器，包括发电机、电动机、卷扬机、轮胎、下定滑轮、管卡、把手、吸铁、反向挂钩、主头、滑板、双滑轮、上定滑轮和油绳，取样器的横向构架上安装有发电机、电动机，电动机与卷扬机连接，卷扬机上绕有油绳，横向构架两侧安装有轮胎，横向构架上设置有控制卷扬机正转和反转的开关，横向构架与纵向构架的垂直角处固定有下定滑轮，下定滑轮与反向挂钩连接，反向挂钩挂接在滑板下方两侧预留的挂环上，横向构架与纵向构架之间通过螺丝固定，纵向构架的上端固定有上定滑轮，上定滑轮下方设置有双滑轮，双滑轮、上定滑轮通过油绳连接与卷扬机配合，双滑轮下方挂有滑板，滑板上固定有主头，纵向构架的下端两侧安装有管卡，管卡上固定有把手，管卡上方设置有吸铁。

作为优选，所述的主头与钻杆连接，钻杆采用S75锡钻。装泥管采用镀锌钢管，顶部可接S75锡钻，钢管内套有PVC管，装泥管的顶部设置有皮垫，此皮垫固定一点，其余活动，底泥开始进管后，空气和未排净的水会顶开气垫进入钻杆，在提升时气垫自动闭合，保持装泥管中真空，从而保护里面的泥不滑落。

作为优选，所述的管卡上设置有卡头，卡头与钻杆配合，卡头的作用是在拧钻杆时，可以卡住下面的钻杆不转动，避免下面钻杆转动解扣，掉入水中。

为解决上述问题，本发明实施例还提供了该设备的使用方法，包括如下步骤：

S1、通过皮卡或小型汽车将该设备拖运到湖冰上，展开设备；

S2、设备展开后，在冰上用冰钻打出直径200mm的圆形冰洞，测量水深，并记录，根据水深计算钻杆的长度和根数；

S3、将PVC-U管径160的给水管接好，下入水中，并用力压入泥中，用潜水泵将水排出；

S4、将4寸装泥管管壁上焊接把手，绳子拴好后下入水中，一个人拿着绳子，保持装泥管头部露出水面，以便接S75钻杆；

S5、将S75钻杆先接装泥管，然后接滑板上的主头；当一根钻杆的尾部到管卡处时，拧开连接钻杆的主头，提升滑板，装上新钻杆，打开管卡，继续下放钻杆，重复此过程，直到达到计算深度；同时，绳子跟着取泥管进入底泥；

S6、根据计算，如果下放的深度没有达到要求时，将考虑使用卷扬机的反转，通过钢丝油绳施加向下静作用力；

S7、当装泥管计算装满后，开始提升钻杆，当提升到一节钻杆的头部时，钻杆头部焊接的两个卡头就会顶开管卡，然后管卡会自动合上，而此时装泥的原因，钻杆会很重，为了防止钻杆卡头压折管卡，用另一个夹持器夹持钻杆后，再拆卸漏出水面的钻杆；

S8、漏出水面钻杆拆卸后，下放连接钻杆的主头，拧到下一节钻杆，然后按动提升开关，向上提升，重复此过程，直到装泥管的头部露出，整个提升过程装泥管上的绳子也要跟着向上提，以便最后提起装泥管使用；

S9、连接钻杆主头与装泥管头部连接，当装泥管完全漏出后，将连接主头和装泥管拧开，慢慢放到在冰面上；

S10、放倒后，拧开固定的螺丝，将里面的PVC管用钳子轻松拔出；

S11、标记符号，拍照，运回实验室。

本发明具有以下有益效果：

(1)解决了深水底泥取样难的问题，在湖水的最深处取到3m以内的底泥岩芯，通过改大横向构架和纵向构架比例，可以取到3m以上的底泥岩芯，并且能保持设备的稳定性，克服水压力和大气负压力，取样更方便。

(2)解决了取样深度不够的问题，可以根据取样长度改造设备，靠静压取出完整的岩芯，没有扰动，不仅能取到表层沉积物，更能达到科研所需的深度，底泥岩芯的连续性能得到保证，取到最理想的湖泊底泥岩芯，从而能得到最准确的科学数据。

(3)解决了取样过程繁琐的问题，从运输过程到实地操作，过程十分简单快捷，三个人完全可以顺利完成取样任务，而且取样仪器的一些细节性创新使得仪器的实用价值更高，取样成功率得到充分的保障。

(4)解决了取样过程造价高的问题。根据不同科研机构的样品深度需要，本仪器按照横向结构和纵向结构比例可以改造，以满足取样深度的需求，仪器几千元便可制作成功，加上一些附属设备不到一万元，运输过程直接放进皮卡车上或者小型农汽便可运至操作地点，操作过程中不需要大量的人力、物力，所以大大减少了成本开销。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明管卡的结构示意图；

图3为本发明主头与钻杆的连接示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-3所示，本发明实施例提供了一种湖泊海洋底泥岩芯取样器，包括发电机1、电动机2、卷扬机3、轮胎4、下定滑轮5、管卡6、把手7、吸铁8、反向挂钩10、主头11、滑板12、双滑轮13、上定滑轮14和油绳15，取样器的横向构架17上安装有发电机1、电动机2，发电机1为整个设备提供电源，电动机2与卷扬机3连接，带动卷扬机3旋转，卷扬机3上绕有油绳15，卷扬机3用于卷放油绳15，从而提升和下放钻杆，油绳15起到连接和受力作用，横向构架17两侧安装有轮胎4，使得冬季在湖面上可以拉着跑，节省时间；横向构架17上设置有控制卷扬机3正转和反转的开关16，横向构架17与纵向构架18的垂直角处固定有下定滑轮5，下定滑轮5与反向挂钩10连接，下定滑轮5给反向挂钩10提供轨道，反向挂钩10挂接在滑板12下方两侧预留的挂环19上，用于施加反作用力；横向构架17与纵向构架18之间通过螺丝9固定，纵向构架18的上端固定有上定滑轮14，上定滑轮14为油绳15提供导向作用，上定滑轮14下方设置有双滑轮13，双滑轮13下方挂有滑板12，才能实现下放或提升钻杆，使用双滑轮12另一个目的是节省油绳受力，双滑轮13、上定滑轮14通过油绳15连接与卷扬机3配合，滑板12上固定有主头11，纵向构架18的下端两侧安装有管卡6，管卡6结构采用两个铁板通过折页固定在两侧，管卡6上固定有把手7，通过两个把手7打开和关闭，管卡6上方设置有吸铁8，吸铁8可以将其固定。

值得注意的是，所述的主头11与钻杆连接，钻杆采用镀锌钢管，钻杆内套接有PVC管，PVC管与钻杆组成了装泥管，装泥管的顶部设置有皮垫20。

本具体实施方式具有一定的新颖性：(1)由于岩芯要保持原状和不能扰动，需要静压才能达到目的，而此设备通过卷扬机3的反转，通过油绳15向下给力钻杆，可以把设备的本身重力施加给钻杆，如果压力不足，可以在设备上配重，利用卷扬机3的反向旋转给力钻杆，可以取到想要深度的岩芯，是一种创新。

(2)采用创新的底座管卡6结构，它的作用一是卡住钻杆，这样才能在装卸钻杆时，水下的钻杆不掉落；二是可以规范钻杆不偏离中心，起到矫正钻杆的作用，同时两块吸铁8可以在管卡6打开时，固定管卡6的两个铁板，管卡6就像可以打开的两扇门，合起来后对钻杆起到卡托的作用(钻杆接手处对称的位置焊接两个长为2cm的钢筋，落下钻杆正好卡住钻杆)，管卡6上设置有卡头21，卡头21的作用是在拧钻杆时，可以卡住下面的钻杆不转动，避免下面钻杆转动解扣，掉入水中。

(3)先将管径较粗的PVC管深入底泥中，将管中的水用潜水泵排出，再进行取样，提高了取样的成功率，通过对有水和没水的条件下取样对比分析，水压的阻力是制约取样成功的主要因素。

(4)装泥管的顶部设计了一个皮垫20，此皮垫20固定一点，其余活动，底泥开始进管后，空气和未排净的水会顶开气垫进入钻杆，在提升时皮垫20自动闭合，保持装泥管中真空，从而保护里面的泥不滑落，皮垫虽小，但起到的作用很大，在技术上是一种创新。

本具体实施方式所需要的设备及配件：(1)PVC-U给水管φ160*4.0*60.63MPa GB/T10002.1-2006，两根；

(2)PVC-U给水管φ100*4.0*30.63MPa GB/T10002.1-2006，1根；

(3)镀锌钢管φ100*4.0*31根，将(2)的塑料管纵向切除1cm后，用胶带粘好，装入镀锌刚管中，用螺丝固定，即为装泥管；

(4)S75普通绳索钻杆1.5m/根，10根，钻杆接手15cm；

(5)带把手夹持器，1个，一个夹持钻杆；

(6)发电机X7500，重庆制造，额定电压230V，额定频率50HZ，额定功率6.5KW，功率因素1.0；

(7)卷扬机：JK-2，额定拉力2t，钢丝油绳直径11-12.5mm；

(8)电动机：Y160M-4，11KW，转速1460r/min；

(9)抽水泵：小型潜水电泵，型号QSD3-28/3-1.5，功率0.6KW，杨程40m，流量10m3/h；

(10)吸水管：12m；

(11)30m绳子。

本具体实施方式的操作过程及工作原理：(1)本设备由两个轮胎支撑，搭在皮卡或小型汽车上即可拖运，也可以直接装入皮卡或小型汽车箱内，运输非常方便，到达湖冰上时，两个人便可以轻松展开；

(2)设备展开后，在冰上用冰钻打出直径200mm的圆形冰洞，测量水深，并记录，根据水深计算钻杆的长度和根数；

(3)将PVC-U管径160的给水管接好，下入水中，用力压入泥中，用潜水泵将水排出；

(4)先将4寸装泥管(1根3m镀锌钢管内套PVC管)下入水中，管壁上焊接把手，绳子拴好，一个人拿着绳子；

(5)开始接S75钻杆，接好后放下夹持器，绳子跟着取泥管进入底泥，当一根钻杆的尾部到管卡处时，拧开连接钻杆的主头，装上新钻杆，打开管卡，继续下放钻杆；

(6)根据计算，如果下放的深度没有达到要求时，将考虑使用卷扬机的反转，通过钢丝油绳施加向下作用力；

(7)当装泥管计算装满后，开始提升钻杆，当提升到一节钻杆的头部时，钻杆头部焊接的两个卡头就会顶开管卡，然后管卡会自动合上，而此时装泥的原因，钻杆会很重，为了防止钻杆卡头压折管卡(这种现象根本不会出现，只是为了防止万一)，用另一个夹持器(71-75夹持器)夹持钻杆后，再拆卸漏出水面的钻杆；

(8)漏出水面钻杆拆卸后，下放连接钻杆的主头，拧到下一节钻杆，然后按动提升开关，向上提升，重复步骤(6)，整个提升过程装泥管上的绳子也要跟着向上提；

(9)当装泥管完全漏出水面后，将连接主头和装泥管拧开，慢慢放到在冰面上；

(10)放到后，拧开固定的螺丝，将里面的PVC管用钳子轻松拔出；

(11)标记符号，拍照，运回实验室。

本具体实施方式可以和汽车结合为汽车钻，这样运输和操作更为自动化，效率更高，通过自制取泥构架，并与电动机、卷扬机、发电机等实现完美结合，从而达到轻巧方便使用的效果，通过静压力设计，取得没有扰动、最理想的岩芯，从而能得到最准确的科学数据，相比传统的大型底泥取样设备，无论在实用性还是其经济性，将是一次伟大的革新，具有广阔的市场应用前景。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.湖泊海洋底泥岩芯取样器，其特征在于，包括发电机(1)、电动机(2)、卷扬机(3)、轮胎(4)、下定滑轮(5)、管卡(6)、把手(7)、吸铁(8)、反向挂钩(10)、主头(11)、滑板(12)、双滑轮(13)、上定滑轮(14)和油绳(15)，取样器的横向构架(17)上安装有发电机(1)、电动机(2)，电动机(2)与卷扬机(3)连接，卷扬机(3)上绕有油绳(15)，横向构架(17)两侧安装有轮胎(4)，横向构架(17)上设置有控制卷扬机(3)正转和反转的开关(16)，横向构架(17)与纵向构架(18的垂直角处固定有下定滑轮(5)，下定滑轮(5)与反向挂钩(10)连接，横向构架(17)与纵向构架(18)之间通过螺丝(9)固定，纵向构架(18)的上端固定有上定滑轮(14)，上定滑轮(14)下方设置有双滑轮(13)，双滑轮(13)下方挂有滑板(12)，滑板(12)上固定有主头(11)，纵向构架(18)的下端两侧安装有管卡(6)，管卡(6)上固定有把手(7)，管卡(6)上方设置有吸铁(8)。

2.根据权利要求1所述的湖泊海洋底泥岩芯取样器，其特征在于，所述的反向挂钩(10)挂接在滑板(12)下方两侧预留的挂环(19)上。

3.根据权利要求1所述的湖泊海洋底泥岩芯取样器，其特征在于，所述的双滑轮(13)、上定滑轮(14)通过油绳(15)连接与卷扬机(3)配合。

4.根据权利要求1所述的湖泊海洋底泥岩芯取样器，其特征在于，所述的主头(11)与钻杆连接。

5.根据权利要求1所述的湖泊海洋底泥岩芯取样器，其特征在于，所述钻杆采用S75锡钻。

6.根据权利要求5所述的湖泊海洋底泥岩芯取样器，其特征在于，所述的装泥管采用镀锌钢管，钢管内套有PVC管，顶部与钻杆相连，所述的装泥管的顶部设置有皮垫(20)。

7.根据权利要求1所述的湖泊海洋底泥岩芯取样器，其特征在于，所述的管卡(6)上设置有卡头(21)，卡头(21)与钻杆配合。

8.湖泊海洋底泥岩芯取样器的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、通过皮卡或小型汽车将该设备拖运到湖冰上，展开设备；

S2、设备展开后，在冰上用冰钻打出直径200mm的圆形冰洞，测量水深，并记录，根据水深计算钻杆的长度和根数；

S3、将PVC-U管径160的给水管接好，下入水中，并用力压入泥中，用潜水泵将水排出；

S4、将4寸装泥管管壁上焊接把手，绳子拴好后下入水中，一个人拿着绳子，保持装泥管头部露出水面，以便接S75钻杆；

S5、将S75钻杆先接装泥管，然后接滑板上的主头；当一根钻杆的尾部到管卡处时，拧开连接钻杆的主头，提升滑板，装上新钻杆，打开管卡，继续下放钻杆，重复此过程，直到达到计算深度；同时，绳子跟着取泥管进入底泥；

S6、根据计算，如果下放的深度没有达到要求时，将考虑使用卷扬机的反转，通过钢丝油绳施加向下静作用力；

S7、当装泥管计算装满后，开始提升钻杆，当提升到一节钻杆的头部时，钻杆头部焊接的两个卡头就会顶开管卡，然后管卡会自动合上，而此时装泥的原因，钻杆会很重，为了防止钻杆卡头压折管卡，用另一个夹持器夹持钻杆后，再拆卸漏出水面的钻杆；

S8、漏出水面钻杆拆卸后，下放连接钻杆的主头，拧到下一节钻杆，然后按动提升开关，向上提升，重复此过程，直到装泥管的头部露出，整个提升过程装泥管上的绳子也要跟着向上提，以便最后提起装泥管使用；

S9、连接钻杆主头与装泥管头部连接，当装泥管完全漏出后，将连接主头和装泥管拧开，慢慢放到在冰面上；

S10、放倒后，拧开固定的螺丝，将里面的PVC管用钳子轻松拔出；

S11、标记符号，拍照，运回实验室。