CN115488144A - 两重管双通道加液喷粉搅拌的原位修复装置及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种两重管双通道加液喷粉搅拌的原位修复装置及设备，涉及土壤与地下水修复技术领域，其中，原位修复装置包括：两重管分流器，包括构成双层管道结构的中心管和外管、与中心管连接的粉剂进料管、以及与外管连接的药液进料管；两重管钻杆，包括钻杆本体和高压软管；以及双通道搅拌钻头，包括钻头杆体、钻尖、以及安装在钻头杆体侧壁上的叶片、粉剂喷管和药液喷管。本发明能实现多种药剂的同时施用，增加了修复药剂的选择性，显著提升了工作效率，减轻了修复压力和成本；叶片和喷管的数量多，能使药剂与污染介质混合更均匀，喷管的射程不同，在喷扫药剂时能更全面地覆盖修复区的污染地层，能进一步地改善药剂和污染介质的混合效果。

Description

两重管双通道加液喷粉搅拌的原位修复装置及设备

技术领域

本发明涉及土壤与地下水修复领域，具体涉及一种两重管双通道加液喷粉搅拌的原位修复装置及设备。

背景技术

土壤与地下水污染问题由来已久，其修复治理工作依然属于世界性难题。经过数十年的发展，国内技术日趋成熟优化。其中，原位化学加药工艺因其成本相对较低、见效快等优点而在目前的污染地块修复中具有广泛的应用。

原位化学加药技术通常是指，采用一定方式将化学药剂(氧化剂、还原剂、激活剂、稳定化剂等)注入到污染介质(如土壤、地下水等)中，进而引发化学药剂与污染物之间的反应，使污染物转化为无毒或低毒的物质，从而达到修复污染土壤和地下水的目的。

目前常用的药剂投加方式主要为直压式注射法和高压-旋喷注射法。

直压式注射法是指将药剂以一定压力通过注射管道注入污染地层中。注射管道随钻探机械下钻过程进入污染地层，沿长轴方向根据区域污染深度分层设置药剂扩散孔。药剂在注射泵的压力作用下经扩散孔进入每层污染地块，在水平方向形成稀薄的药剂层，再进行纵向渗透扩散迁移，互相交汇，进而覆盖整个污染区域。但该方法受限于地层性质，若受污地块渗透性较低，则药剂极难发生扩散，作用效果不显。

高压-旋喷注射法是在高压旋喷桩的基础上发展起来的一种药剂投加方法。高压旋喷桩是指在静压灌浆的基础上，引用水力采煤技术，利用射流作用切割掺搅地层，同时灌入泥浆或复合浆形成凝结体，达到加固地基、防渗止水的目的。将高压旋喷桩工艺中的泥浆换成原位化学氧化修复技术中的氧化剂，即为高压-旋喷注射技术。该方法虽然解决了地层传质的问题，但只能投加一种药剂，且作用半径很小，一般不超过80cm，导致施工密度大，易引发各种安全问题，修复成本也高。

除此之外，还有一些其他的药剂投加装置或技术，但总体均表现为与污染介质的混合效果较差，且只能注入单一药剂，大大限制了修复药剂的选择性。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种两重管双通道加液喷粉搅拌的原位修复装置及设备。

本发明提供了一种两重管双通道加液喷粉搅拌的原位修复装置，具有这样的特征，从上至下依次包括：两重管分流器，包括构成双层管道结构的中心管和外管、与中心管连接的粉剂进料管、以及与外管连接的药液进料管，粉剂进料管用于通入含固体粉状药剂的高压混合气体，药液进料管用于通入液体药剂；两重管钻杆，包括具有贯通腔的钻杆本体和设置在钻杆本体的贯通腔内的高压软管，钻杆本体的上端与外管连通，高压软管的上端与中心管的下端连接；以及双通道搅拌钻头，包括具有贯通腔的钻头杆体、连接在钻头杆体下端的钻尖、以及安装在钻头杆体侧壁上的叶片、粉剂喷管和药液喷管，钻头杆体的上端与钻杆本体的下端连接，多个叶片设置成至少两层且每层的叶片沿周向分布，每个叶片的下方设置一根粉剂喷管或药液喷管，粉剂喷管与高压软管连通，药液喷管与钻头杆体的贯通腔连通，位于同层叶片下方的粉剂喷管和药液喷管沿周向一一间隔设置，并且以同一周向位置的每相邻的一根粉剂喷管和一根药液喷管为一组喷管，各组喷管的射程不等。

在本发明提供的原位修复装置中，还可以具有这样的特征：中心管和粉剂进料管的连接处设有气压密封仓，外管和药液进料管的连接处设有水压密封仓。

在本发明提供的原位修复装置中，还可以具有这样的特征：外管的外侧设有相配合的轴承仓。

在本发明提供的原位修复装置中，还可以具有这样的特征：粉剂喷管和药液喷管紧贴所在叶片的下表面设置。

在本发明提供的原位修复装置中，还可以具有这样的特征：粉剂喷管沿径向穿设在钻头杆体的侧壁上，粉剂喷管的径向外端为粉剂喷出口，粉剂喷管的径向内端通过管路接头和连接管与高压软管的下端连接，药液喷管沿径向安装在钻头杆体的侧壁上，药液喷管的径向外端为药液喷出口，药液喷管的径向内端与钻头杆体的贯通腔连通。

在本发明提供的原位修复装置中，还可以具有这样的特征：叶片包括上叶片和下叶片，多个上叶片和多个下叶片均沿周向分布，并分别组成上层叶片和下层叶片。

在本发明提供的原位修复装置中，还可以具有这样的特征：上叶片的长度大于下叶片的长度，位于上层的各组喷管的长度大于位于下层的各组喷管的长度。

在本发明提供的原位修复装置中，还可以具有这样的特征：上叶片和下叶片分别相对于水平面倾斜20°～45°。

在本发明提供的原位修复装置中，还可以具有这样的特征：上叶片和下叶片均为四片，粉剂喷管和药液喷管均为四根。

本发明还提供了一种两重管双通道加液喷粉搅拌的原位修复设备，具有这样的特征，包括：打桩机，包括上述原位修复装置和动力头，原位修复装置的两重管分流器安装在动力头上，原位修复装置的两重管钻杆通过钻杆本体的上端与动力头连接而由动力头驱动；以及输料***，与原位修复装置的粉剂进料管和药液进料管连接，用于向粉剂进料管输送含固体粉状药剂的高压混合气体以及向药液进料管输送液体药剂。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的两重管双通道加液喷粉搅拌的原位修复装置及设备，因为采用两重管分流器和两重管钻杆，其能够实现固体粉状药剂和液体药剂的分开输送，所以，与现有药剂投加装置只能注入单一药剂相比，本发明能实现多种药剂的同时施用，增加了修复药剂的选择性，显著提升了工作效率，减轻了修复压力和成本；因为采用双通道搅拌钻头，其上设置有至少两层沿周向分布的多个叶片，每个叶片的下方设置一根粉剂喷管或药液喷管，并且每相邻的一根粉剂喷管和一根药液喷管为一组喷管，各组喷管的射程不等，所以，本发明使得固体粉状药剂和液体药剂在喷出后再搅拌混合，并且由于叶片数量多，在搅拌时能使药剂与污染介质混合更均匀，喷管数量多，能大幅提高单次的药剂喷射量，而且固体粉状药剂和液体药剂是沿周向同时喷出的，与污染介质的混合效果更好、更均匀，各组喷管的射程不同，在喷扫药剂时能更全面地覆盖修复区的污染地层，进一步地改善了药剂和污染介质的混合效果。

附图说明

图1是本发明的实施例1中两重管双通道加液喷粉搅拌的原位修复装置的结构示意图；

图2是本发明的实施例1中两重管分流器的断面示意图；

图3是本发明的实施例1中两重管分流器的中心管和外管的剖面示意图；

图4是本发明的实施例1中双通道搅拌钻头的结构示意图；

图5是本发明的实施例1中双通道搅拌钻头的上层叶片及其上的粉剂喷管和药液喷管的分布示意图；

图6是本发明的实施例1中双通道搅拌钻头的下层叶片及其上的粉剂喷管和药液喷管的分布示意图；

图7是本发明的实施例1中双通道搅拌钻头的粉剂喷管的整体分布示意图；

图8是本发明的实施例1中双通道搅拌钻头的药液喷管的整体分布示意图。

附图标记说明：

10两重管分流器；11中心管；12外管；13粉剂进料管；14药液进料管；15第一环形通道；16气压密封仓；17水压密封仓；18轴承仓；20两重管钻杆；21钻杆本体；22高压软管；23第二环形通道；30双通道搅拌钻头；31钻头杆体；311贯通腔；32钻尖；33上叶片；34下叶片；35粉剂喷管；36药液喷管；40动力头；41动力头管。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明作具体阐述。

实施例1

图1是两重管双通道加液喷粉搅拌的原位修复装置的结构示意图。

如图1所示，本实施例提供了一种两重管双通道加液喷粉搅拌的原位修复装置，是打桩机的组成部分之一，包括从上至下依次设置的两重管分流器10、两重管钻杆20、以及双通道搅拌钻头30。其中，两重管分流器10安装在打桩机的动力头40上，用于固体原位药剂和液体原位药剂的分流，两重管钻杆20通过上端与动力头40连接而由动力头40驱动，双通道搅拌钻头30连接在两重管钻杆20的下端，由两重管钻杆20带动一起转动。

图2是两重管分流器10的断面示意图，图3是两重管分流器10的中心管11和外管12的剖面示意图。

如图1至图3所示，两重管分流器10主要包括中心管11、外管12、粉剂进料管13、以及药液进料管14。中心管11的下端与动力头40上设置的动力头管41的上端连接，外管12设置在中心管11的外侧，中心管11和外管12构成双层管道结构，中心管11和外管12之间形成轴向延伸的第一环形通道15。中心管11的上端处设置粉剂进料口，并连接有粉剂进料管13，粉剂进料管13用于向中心管11通入含固体粉状药剂(例如过硫酸钠)的高压混合气体。外管12的上端处设置药液进料口，并连接有药液进料管14，药液进料管14用于向第一环形通道15通入液体药剂(例如石灰浆)。在本实施例中，中心管11的上端高于外管12的上端，并且中心管11的粉剂进料口开设在上端端面上，外管12的药液进料口开设在侧壁上。

为了限制高压气流的逸散，使含固体粉状药剂的高压混合气体更好地沿中心管11向下传运，两重管分流器10还包括主要由密封圈组成的气压密封仓16，该气压密封仓16设置在中心管11和粉剂进料管13的连接处。

为了限制药液的流动，使液体药剂更好地沿第一环形通道15向下传运，两重管分流器10还包括主要由密封圈组成的水压密封仓17，该水压密封仓17设置在外管12和药液进料管14的连接处，并且连接在气压密封仓16的下方。

由于两重管钻杆20由打桩机的动力头40驱动旋转，中心管11通过动力头管41与两重管钻杆20连接，为了承接两重管钻杆20的旋转，保证两重管分流器10自身在打桩机上的安装，两重管分流器10还包括装有轴承的轴承仓18，轴承仓18连接在水压密封仓17的下方，轴承与外管12相配合。

如图1所示，两重管钻杆20包括钻杆本体21和高压软管22。钻杆本体21用于传递扭矩和转速，其采用钢制材质制成，并且具有上下贯通的贯通腔，钻杆本体21的上端与动力头管41的下端通过法兰相连接。高压软管22沿轴向延伸地设置在钻杆本体21的贯通腔中，高压软管22的上端与两重管分流器10的中心管11的下端连接，高压软管22的下端与双通道搅拌钻头30的粉剂喷管35连接，高压软管22用于输送含固体粉状药剂的高压混合气体。钻杆本体21和高压软管22之间形成轴向延伸的第二环形通道23，第二环形通道23与两重管分流器10的第一环形通道15连通，用于输送液体药剂。

图4是双通道搅拌钻头30的结构示意图。

如图4所示，双通道搅拌钻头30包括钻头杆体31、钻尖32、叶片、粉剂喷管35、以及药液喷管36。钻头杆体31采用钢制材质制成，钻头杆体31的上端与两重管钻杆20的钻杆本体21的下端连接，钻头杆体31的下端与钻尖32连接，钻头杆体31具有上下贯通的贯通腔，该贯通腔与两重管钻杆20的第二环形通道23连通，用于输送液体药剂。叶片至少设置两层，保证搅拌时可力学导正，在本实施例中，叶片设置为两层，多个上叶片33沿周向均布地安装在钻头杆体31的侧壁上，组成上层叶片，多个下叶片34沿周向均布地安装在钻头杆体31的侧壁上，组成下层叶片。其中，上叶片33的长度大于下叶片34的长度，并且上叶片33和下叶片34分别相对于水平面倾斜，倾斜角度α为20°～45°。每个上叶片33和每个下叶片34的下方分别紧贴设置一根钢制的粉剂喷管35或药液喷管36，并且，位于同层叶片下方的粉剂喷管35和药液喷管36沿钻头杆体31的周向一一间隔设置。

图5是上叶片33及其上的粉剂喷管35和药液喷管36的分布示意图，图6是下叶片34及其上的粉剂喷管35和药液喷管36的分布示意图，图7是粉剂喷管35的整体分布示意图，图8是药液喷管36的整体分布示意图。

如图5至图8所示，每根粉剂喷管35沿径向穿设在钻头杆体31的侧壁上，每根粉剂喷管35的径向外端为粉剂喷出口，径向内端通过管路接头和连接管与两重管钻杆20的高压软管22的下端。每根药液喷管36沿径向安装在钻头杆体31的侧壁上，每根药液喷管36的径向外端为药液喷出口，径向内端与钻头杆体31的贯通腔311连通。以同一周向位置的每相邻的一根粉剂喷管35和一根药液喷管36为一组喷管，每组喷管的粉剂喷管35和药液喷管36的长度相等，各组喷管的长度不等，能实现不同射程，并且，位于上层的各组喷管的长度大于位于下层的各组喷管的长度。

在本实施例中，上叶片33和下叶片34的数量均为四片，上叶片33和下叶片34分别相对于水平面倾斜30°设置，粉剂喷管35和药液喷管36的数量均为四根。

其中，如图5所示，在上层叶片的下方，两根粉剂喷管35和两根药液喷管36在周向上呈90°地一一间隔设置，其中，一根粉剂喷管35和一根药液喷管36的长度相等且长度较长，作为一组喷管，另一根粉剂喷管35和另一根药液喷管36的长度相等且长度较短，作为另一组喷管。如图6所示，在下层叶片的下方，两根粉剂喷管35和两根药液喷管36在周向上也呈90°地一一间隔设置，其中，一根粉剂喷管35和一根药液喷管36的长度相等且长度较长，作为一组喷管，另一根粉剂喷管35和另一根药液喷管36的长度相等且长度较短，作为另一组喷管，并且，这位于下层的两组喷管的长度均小于位于上层的两组喷管的长度。

如图7所示，位于上层的两根粉剂喷管35与位于下层的两根药液喷管36在周向上对应设置，这四根粉剂喷管35的径向内端通过管路接头与一根沿钻杆本体21轴线设置的连接管连接，该连接管的上端与两重管钻杆的高压软管的下端连接(图中未示出)。如图8所示，位于上层的两根药液喷管36与位于下层的两根药液喷管36在周向上对应设置，这四根药液喷管36的径向内端与钻头杆体31的贯通腔311连通。

实施例2

本实施例提供了一种原位修复设备，包括打桩机和输料***。其中，打桩机具有实施例1中的两重管双通道加液喷粉搅拌的原位修复装置，打桩机的动力头40可以采用双电机动力头，见图1，动力头40上设有与两重管分流器10的外管11和两重管钻杆20的钻杆本体21相连接的动力头管41。输料***与原位修复装置的粉剂进料管13和药液进料管14连接，用于向粉剂进料管13输送含固体粉状药剂的高压混合气体以及向药液进料管14输送液体药剂，输料***的输送功能可以采用空压机实现，此外，输料***中还可包括电脑配料机，能够用于精确控制喷出的药剂量。

使用本原位修复设备进行土壤与地下水修复的方法包括以下步骤：输送***向原位修复装置的粉剂进料管13和药液进料管14分别输送含固体粉状药剂的高压混合气体和液体药剂，使含固体粉状药剂的高压混合气体依次通过中心管11和高压软管22后从各个粉剂喷管35喷出，使液体药剂依次通过外管12、钻杆本体21以及钻头杆体31后从各个药液喷管36喷出。同时，打桩机带动双通道搅拌钻头30在污染地层深处进行顺时针掘进和逆时针回升，使喷出的药剂与污染介质搅拌、混合以及发生作用。

实施例的作用与效果

根据上述实施例所涉及的两重管双通道加液喷粉搅拌的原位修复装置及设备，因为采用两重管分流器和两重管钻杆，其能够实现固体粉状药剂和液体药剂的分开输送，所以，与现有药剂投加装置只能注入单一药剂相比，本发明能实现多种药剂的同时施用，增加了修复药剂的选择性，显著提升了工作效率，减轻了修复压力和成本；因为采用双通道搅拌钻头，其上设置有至少两层沿周向分布的多个叶片，每个叶片的下方设置一根粉剂喷管或药液喷管，并且每相邻的一根粉剂喷管和一根药液喷管为一组喷管，各组喷管的射程不等，所以，本发明使得固体粉状药剂和液体药剂在喷出后再搅拌混合，并且由于叶片数量多，在搅拌时能使药剂与污染介质混合更均匀，喷管数量多，能大幅提高单次的药剂喷射量，而且固体粉状药剂和液体药剂是沿周向同时喷出的，与污染介质的混合效果更好、更均匀，各组喷管的射程不同，在喷扫药剂时能更全面地覆盖修复区的污染地层，进一步地改善了药剂和污染介质的混合效果。

在两重管分流器中，中心管和粉剂进料管的连接处可设有装有密封填料的气压密封仓，能保证连接处的密封性，防止高压气流逸散；外管和药液进料管的连接处可设有装有密封填料的水压密封仓，能保证连接处的密封性，防止药液泄露；外管的外侧设有装有轴承的轴承仓，使得外管能够承接由两重管钻杆所带动的旋转。

在双通道搅拌钻头中，为了契合钻头的整体形状，叶片包括上叶片和下叶片。其中，上叶片的长度大于下叶片的长度，并且位于上层的各组喷管的长度大于位于下层的各组喷管的长度；为了保证叶片的搅拌效果，上叶片和下叶片可分别相对于水平面倾斜20°～45°；粉剂喷管和药液喷管可沿径向设置且其径向外端为药剂的喷出口，粉剂喷管的径向外端设置在钻头杆体内，并通过管路接头和连接管与高压软管的下端连接，药液喷管的径向内端与钻头杆体的内腔连通；上叶片和下叶片均优选为四片，粉剂喷管和药液喷管均优选为四根，在制造成本可控的同时，能达到较好的使用效果。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种两重管双通道加液喷粉搅拌的原位修复装置，其特征在于，从上至下依次包括：

两重管分流器，包括构成双层管道结构的中心管和外管、与所述中心管连接的粉剂进料管、以及与所述外管连接的药液进料管，所述粉剂进料管用于通入含固体粉状药剂的高压混合气体，所述药液进料管用于通入液体药剂；

两重管钻杆，包括具有贯通腔的钻杆本体和设置在所述钻杆本体的贯通腔内的高压软管，所述钻杆本体的上端与所述外管连通，所述高压软管的上端与所述中心管的下端连接；以及

双通道搅拌钻头，包括具有贯通腔的钻头杆体、连接在所述钻头杆体下端的钻尖、以及安装在所述钻头杆体侧壁上的叶片、粉剂喷管和药液喷管，所述钻头杆体的上端与所述钻杆本体的下端连接，多个所述叶片设置成至少两层且每层的所述叶片沿周向分布，每个所述叶片的下方设置一根所述粉剂喷管或所述药液喷管，所述粉剂喷管与所述高压软管连通，所述药液喷管与所述钻头杆体的贯通腔连通，位于同层叶片下方的所述粉剂喷管和所述药液喷管沿周向一一间隔设置，并且以同一周向位置的每相邻的一根所述粉剂喷管和一根所述药液喷管为一组喷管，各组所述喷管的射程不等。

2.根据权利要求1所述的原位修复装置，其特征在于：

其中，所述中心管和所述粉剂进料管的连接处设有气压密封仓，

所述外管和所述药液进料管的连接处设有水压密封仓。

3.根据权利要求1所述的原位修复装置，其特征在于：

其中，所述外管的外侧设有相配合的轴承仓。

4.根据权利要求1所述的原位修复装置，其特征在于：

其中，所述粉剂喷管和所述药液喷管紧贴所在叶片的下表面设置。

5.根据权利要求1所述的原位修复装置，其特征在于：

其中，所述粉剂喷管沿径向穿设在所述钻头杆体的侧壁上，所述粉剂喷管的径向外端为粉剂喷出口，所述粉剂喷管的径向内端通过管路接头和连接管与所述高压软管的下端连接，

所述药液喷管沿径向安装在所述钻头杆体的侧壁上，所述药液喷管的径向外端为药液喷出口，所述药液喷管的径向内端与所述钻头杆体的贯通腔连通。

6.根据权利要求1～5任一项所述的原位修复装置，其特征在于：

其中，所述叶片包括上叶片和下叶片，

多个所述上叶片和多个所述下叶片均沿周向分布，并分别组成上层叶片和下层叶片。

7.根据权利要求6所述的原位修复装置，其特征在于：

其中，所述上叶片的长度大于所述下叶片的长度，

位于上层的各组所述喷管的长度大于位于下层的各组所述喷管的长度。

8.根据权利要求6所述的原位修复装置，其特征在于：

其中，所述上叶片和所述下叶片分别相对于水平面倾斜20°～45°。

9.根据权利要求6所述的原位修复装置，其特征在于：

其中，所述上叶片和所述下叶片均为四片，所述粉剂喷管和所述药液喷管均为四根。

10.一种两重管双通道加液喷粉搅拌的原位修复设备，其特征在于，包括：

打桩机，包括权利要求1～9任一项所述原位修复装置和动力头，所述原位修复装置的两重管分流器安装在所述动力头上，所述原位修复装置的两重管钻杆通过钻杆本体的上端与所述动力头连接而由所述动力头驱动；以及

输料***，与所述原位修复装置的粉剂进料管和药液进料管连接，用于向所述粉剂进料管输送含固体粉状药剂的高压混合气体以及向所述药液进料管输送液体药剂。

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