CN116499803A - 一种矿区废石河道底泥取样方法及取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿区废石河道底泥取样方法及取样装置，所述取样方法包括确定取样位置以及底泥取样步骤；所述取样装置包括锥形破开头、外筒体、取样管、上环形座、下环形座、破开传动机构、驱动电机；本发明取样方法根据河道沉积物平均厚度，确定取样点布设间隔距离，在确保所取样品能够反应矿区废石河道真实污染状况的同时，取样数量更加科学、合理，避免取样点过于多导致工作量上升的问题；本发明取样装置方便携带、操作简便，适用于矿区河道底部废石、废渣等沉积物较多，无法直接使用取样管进行采样的场景，取样容易；取得的底泥样品能有效保持底泥在河道的原始垂直分布情况，具有扰动小的优点。

Description

一种矿区废石河道底泥取样方法及取样装置

技术领域

本发明属于河道底泥取样技术领域，具体涉及一种矿区废石河道底泥取样方法及取样装置。

背景技术

矿山长期生产活动会对周边河道环境产生一定影响，如重金属污染。污染物会逐渐沉积在河道底泥中，因此，为研究矿区河道重金属污染状况，需要采集河道底泥样品。由于矿区废石、废渣等杂物会在雨水长期冲刷过程中逐渐进入河道，并沉积在河道底部上层形成沉积物，阻碍底泥样品采集。这种情况只能人工使用工具将沉积物拨开或移开，再使用取样器采集底泥，由于该操作过程动作较大，非常容易形成扰动，影响底泥采集的准确性，而且操作过程麻烦、费时费力，目前现有技术未见有矿区河道底泥采样方法以及专用于矿区河道的底泥采样设备。为此，研发一种操作简便、扰动小，并且适用于矿区河道的底泥取样方法及取样装置是非常必要的。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种矿区废石河道底泥取样方法。

本发明的第二目的在于提供一种实现矿区废石河道底泥取样方法的取样装置。

本发明的第一目的是这样实现的，包括以下步骤：

S1、确定取样位置：当沉积物平均厚度小于20cm时，每隔500m布设1个取样点；当沉积物平均厚度大于或等于20cm，且小于40cm时，每隔200m布设1个取样点；当沉积物平均厚度大于或等于40cm时，每隔100m布设1个取样点；

S2、底泥取样：拨开取样点沉积物使底泥露出，将取样管***底泥中进行取样。

优选地，S2步骤沉积物为废石和/或废渣，直径在3cm及以上为废石，直径在3cm以下为废渣。

优选地，S2步骤取样管***底泥的深度为10~100cm。

优选地，以每50m对河道进行分段，当前一段的沉积物的平均厚度与相邻的后一段的沉积物的平均厚度的变化是二者中较小值的两倍或两倍以上时，在两段交接处增加1个取样点。

本发明的第二目的是这样实现的，包括锥形破开头、外筒体、取样管、上环形座、下环形座、破开传动机构、驱动电机，所述锥形破开头包括两个半破开头，两个半破开头左右相互合拢组成锥形破开头，两个半破开头相对的一侧之顶部分别通过销轴与外筒体下端侧壁之间转动连接，所述上环形座固设于外筒体内之上部，所述下环形座固设于外筒体内之下部，上环形座、下环形座内壁均为内螺纹，所述取样管外壁为外螺纹，取样管穿过上环形座、下环形座，且取样管的外螺纹分别与上环形座、下环形座的内螺纹之间螺纹配合，所述驱动电机设于外筒体侧面上部，驱动电机通过破开传动机构与锥形破开头连接，使驱动电机能够带动锥形破开头开合；该破开传动机构工作稳定，将旋转运动转化为上下直线运动，再利用活动连杆使得半破开头向外形成顶开作用，这种顶开作用更有利于将具有一定重量的沉积物拨开。

优选地，所述破开传动机构包括驱动齿轮、外齿环、齿轮、螺杆、内螺纹套、第一铰座、活动连杆、第二铰座，所述驱动齿轮设于驱动电机动力输出部，所述上环形座底部设有环形滑架，环形滑架截面呈倒T形，所述外齿环位于上环形座下方，环形滑架嵌入外齿环顶面的环形凹槽中，环形凹槽截面呈倒T形，外齿环与驱动齿轮啮合，所述齿轮有两个，齿轮的轴分别通过轴承安装于上环形座底部的安装孔中，两个齿轮对称分布在外齿环两侧且与外齿环啮合，齿轮与两个半破开头之间的位置相对应，所述齿轮的中心与螺杆上端固接，螺杆下端穿过下环形座的通孔，螺杆下端套设有内螺纹套，内螺纹套的两侧分别设有第一铰座，第一铰座相对的两个半破开头的内壁设有第二铰座，第一铰座与第二铰座之间通过活动连杆连接。

优选地，所述驱动电机外设有保护罩，保护罩用于对驱动电机形成保护。

优选地，所述取样管下端管口内设有防漏器，防漏器可使用本领域技术人员熟知的土壤取样器用防漏部件，例如单向防漏板，防漏板安装在取样管下端，当取样管向下进入底泥中，防漏板被顶开一定角度，使得底泥顺利进入取样管中，当取样管上提取出时，取样管中的底泥样品在重力作用下使防漏板关闭形成一定的封堵作用，用于减少样品漏出；取样管下端装有破土刀头，破土刀头可使用旋刀，利用取样管进入底泥中；取样管上端设有把手，把手用于手握并旋转取样管。

优选地，所述取样管内设有活塞，活塞上设有活塞杆，活塞杆上端穿出至取样管上端外；活塞可在采样后再装入取样管中，用于将取样管中的底泥推出。

优选地，取样管内的上部放置有抽水软管，用于在取样管进入底泥过程中排出取样管中的水；抽水软管可搭配迷你抽水泵使用。

优选地，两个半破开头内侧之下端设有堵塞件，在两个半破开头合拢后，堵塞件能够堵住取样管下端管口；在底泥取样完毕后，先上移取样管回到锥形破开头中，然后合拢两个半破开头，使得两个半破开头内的堵塞件合拢并将取样管下端管口堵住，用于防漏；两个半破开头合拢后，可适当下移取样管，使管口抵在堵塞件上。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1、本发明取样方法根据河道沉积物平均厚度，确定取样点布设间隔距离，在确保所取样品能够反应矿区废石河道真实污染状况的同时，取样数量更加科学、合理，避免取样点过于多导致工作量上升的问题；再将废石、废渣等沉积物拨开，待底泥露出后将取样管***底泥中一定深度进行取样，所取样品排除了废石、废渣等沉积物的影响，样品能够准确反映矿区废石河道污染状况；

2、本发明取样方法以每50m对河道进行分段，并根据沉积物平均厚度变化情况在两段交接处增加取样点，由于沉积物平均厚度发生较大变化，该位置取样能够进一步准确、真实反映底面起伏波动的河道的污染状况；

3、本发明取样装置通过可活动的锥形破开头，能够将矿区废石河道中废石、废渣等沉积物拨开；在锥形破开头处于打开状态时，利用取样管从锥形破开头内伸出并进入底泥中完成样品采集；收回取样装置后，可将取样管取出并进一步取出底泥样品，而锥形破开头合拢后等待再次使用；

4、本发明取样装置方便携带、操作简便，适用于矿区河道底部废石、废渣等沉积物较多，无法直接使用取样管进行采样的场景，取样容易；本发明取样装置避免了河道底泥上层沉积物对底泥样品的影响；本发明取样装置取得的底泥样品能有效保持底泥在河道的原始垂直分布情况，具有扰动小的优点。

附图说明

图1为本发明取样装置的内部结构示意图；

图2为图1中不包括取样管的结构示意图；

图3为本发明取样装置的俯视结构示意图；

图4为图1取样管下移的使用状态结构示意图；

图5为图2中外筒体上部放大结构示意图；

图6为图2中锥形破开头放大结构示意图；

图7为锥形破开头的俯视结构示意图；

图8为驱动齿轮、外齿环、齿轮以及上环形座的仰视结构示意图；

图9为堵塞件堵住取样管的使用状态结构示意图；

图中：1-锥形破开头，2-外筒体，3-取样管，4-上环形座，5-下环形座，601-驱动齿轮，602-外齿环，603-齿轮，604-螺杆，605-内螺纹套，606-第一铰座，607-活动连杆，608-第二铰座，609-环形滑架，7-驱动电机，8-销轴，9-保护罩，10-把手，11-堵塞件。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例矿区废石河道底泥取样方法包括以下步骤：

S1、确定取样位置：河道沉积物平均厚度19cm，沿河道走向，每隔500m布设1个取样点；

S2、底泥取样：拨开取样点沉积物使底泥露出，其中河道沉积物为废渣，将取样管***底泥中进行取样，取样管***底泥的深度为10cm。

实施例2

本实施例矿区废石河道底泥取样方法包括以下步骤：

S1、确定取样位置：河道沉积物平均厚度28cm，沿矿区废石河道走向，每隔200m布设1个取样点；

S2、底泥取样：拨开取样点沉积物使底泥露出，其中河道沉积物为废石，将取样管***底泥中进行取样，取样管***底泥的深度为100cm。

实施例3

本实施例矿区废石河道底泥取样方法包括以下步骤：

S1、确定取样位置：河道沉积物平均厚度42cm，沿矿区废石河道走向，每隔100m布设1个取样点；

S2、底泥取样：拨开取样点沉积物使底泥露出，其中河道沉积物为废石和废渣，将取样管***底泥中进行取样，取样管***底泥的深度为55cm。

实施例4

本实施例矿区废石河道底泥取样方法包括以下步骤：

S1、确定取样位置：河道沉积物平均厚度15cm，沿矿区废石河道走向，每隔500m布设1个取样点；以每50m对河道进行分段，第23段沉积物的平均厚度为15cm，第24段沉积物的平均厚度为5cm，在第23段与第24段交接处增加1个取样点；第29段沉积物的平均厚度为3cm，第30段沉积物的平均厚度为12cm，在第29段与第30段交接处增加1个取样点；

S2、底泥取样：拨开取样点沉积物使底泥露出，其中河道沉积物为废石和废渣，将取样管***底泥中进行取样，取样管***底泥的深度为35cm。

实施例5

如附图1、附图2、附图4所示，本实施例矿区废石河道底泥取样装置包括锥形破开头1、外筒体2、取样管3、上环形座4、下环形座5、破开传动机构、驱动电机7，所述锥形破开头1包括两个半破开头，两个半破开头左右相互合拢组成锥形破开头，两个半破开头相对的一侧之顶部分别通过销轴8与外筒体2下端侧壁之间转动连接，所述上环形座4固设于外筒体2内之上部，所述下环形座5固设于外筒体2内之下部，上环形座4、下环形座5内壁均为内螺纹，所述取样管3外壁为外螺纹，取样管3穿过上环形座4、下环形座5，且取样管3的外螺纹分别与上环形座4、下环形座5的内螺纹之间螺纹配合，所述驱动电机7设于外筒体2侧面上部，驱动电机7通过破开传动机构与锥形破开头1连接，使驱动电机7能够带动锥形破开头1开合。

实施例6

如附图1~附图8所示，本实施例实现矿区废石河道底泥取样方法的取样装置是在实施例2的基础上，所述破开传动机构包括驱动齿轮601、外齿环602、齿轮603、螺杆604、内螺纹套605、第一铰座606、活动连杆607、第二铰座608，所述驱动齿轮601设于驱动电机7动力输出部，所述上环形座4底部设有环形滑架609，环形滑架609截面呈倒T形，所述外齿环602位于上环形座4下方，环形滑架609嵌入外齿环602顶面的环形凹槽中，环形凹槽截面呈倒T形，外齿环602与驱动齿轮601啮合，所述齿轮603有两个，齿轮603的轴分别通过轴承安装于上环形座4底部的安装孔中，两个齿轮603对称分布在外齿环602两侧且与外齿环602啮合，齿轮603与两个半破开头之间的位置相对应，所述齿轮603的中心与螺杆604上端固接，螺杆604下端穿过下环形座5的通孔，螺杆604下端套设有内螺纹套605，内螺纹套605的两侧分别设有第一铰座606，第一铰座606相对的两个半破开头的内壁设有第二铰座608，第一铰座606与第二铰座608之间通过活动连杆607连接；驱动电机7启动后，驱动齿轮601带动外齿环602、齿轮603转动，螺杆604在转动过程中内螺纹套605沿螺杆604下移，活动连杆607将半破开头撑开形成向外顶的作用力，使沉积物被拨开，以便于进行下一步操作；驱动电机7按上述过程相反的方向转动，使内螺纹套605上移，两个半破开头合拢复位，等待下次取样操作使用。

实施例7

如附图1~附图9所示，本实施例实现矿区废石河道底泥取样方法的取样装置是在实施例3的基础上，两个半破开头内侧之下端设有堵塞件11，在两个半破开头合拢后，堵塞件11能够堵住取样管3下端管口；所述驱动电机7外设有保护罩9，保护罩9内还设有为驱动电机提供电能的蓄电池，取样管3上端设有把手10。

实施例8

本实施例实现矿区废石河道底泥取样方法的取样装置是在实施例3的基础上，所述驱动电机7外设有保护罩9，保护罩9内还设有为驱动电机提供电能的蓄电池，保护罩9对蓄电池以及驱动电机形成保护；所述取样管3下端管口内设有防漏器；取样管3下端装有破土刀头，取样管3上端设有把手10；所述取样管3内设有活塞，活塞上设有活塞杆，活塞杆上端穿出至取样管3上端外。

实施例9

小百户镇老母村矿区位于云南省陆良县，因矿山长期开采，存在污染河道的环境隐患，在对该河道实地调查过程中发现，该河道存在大量采矿废石，平均厚度5cm；沿矿区废石河道走向，每隔500m布设1个取样点；并以每50m对河道进行分段，测量发现第32段的沉积物的平均厚度为11cm，第33段的沉积物的平均厚度为3cm，故在第32段与第33段交接处布设1个取样点；使用实施例7的取样装置对各取样点进行取样，在具体取样过程中锥形破开头1将废石顶开，底泥露出，取样管3深入底泥20cm位置，取得所需样品，取样过程顺利，未见沉积物阻挡、扰动影响。

本发明取样装置的工作原理和工作过程：使用时，将外筒体2置于待取样点，然后竖向打入河道取样点；锥形破开头1下端呈锥形，利于破开沉积物；启动驱动电机7，驱动电机7通过破开传动机构带动锥形破开头1的两个半破开头向外撑开，使沉积物被拨开；再转动取样管3，取样管3不断下降并进入底泥中，在操作过程中可固定外筒体2；取样管3到达所需取样深度后，反向转动取样管3，将取样管3复位并取出本取样装置；最后继续转动取样管3将取样管3与上环形座4、下环形座5分离，再将取样管3中的底泥取出。

Claims (10)

1.一种矿区废石河道底泥取样方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、确定取样位置：当沉积物平均厚度小于20cm时，每隔500m布设1个取样点；当沉积物平均厚度大于或等于20cm，且小于40cm时，每隔200m布设1个取样点；当沉积物平均厚度大于或等于40cm时，每隔100m布设1个取样点；

S2、底泥取样：拨开取样点沉积物使底泥露出，将取样管***底泥中进行取样。

2.根据权利要求1所述矿区废石河道底泥取样方法，其特征在于S2步骤沉积物为废石和/或废渣。

3.根据权利要求1所述矿区废石河道底泥取样方法，其特征在于S2步骤取样管***底泥的深度为10~100cm。

4.根据权利要求1所述矿区废石河道底泥取样方法，其特征在于以每50m对河道进行分段，当前一段的沉积物的平均厚度与相邻的后一段的沉积物的平均厚度的变化是二者中较小值的两倍或两倍以上时，在两段交接处增加1个取样点。

5.一种实现根据权利要求1~4任一所述矿区废石河道底泥取样方法的取样装置，包括锥形破开头（1）、外筒体（2）、取样管（3）、上环形座（4）、下环形座（5）、破开传动机构、驱动电机（7），其特征在于所述锥形破开头（1）包括两个半破开头，两个半破开头左右相互合拢组成锥形破开头，两个半破开头相对的一侧之顶部分别通过销轴（8）与外筒体（2）下端侧壁之间转动连接，所述上环形座（4）固设于外筒体（2）内之上部，所述下环形座（5）固设于外筒体（2）内之下部，上环形座（4）、下环形座（5）内壁均为内螺纹，所述取样管（3）外壁为外螺纹，取样管（3）穿过上环形座（4）、下环形座（5），且取样管（3）的外螺纹分别与上环形座（4）、下环形座（5）的内螺纹之间螺纹配合，所述驱动电机（7）设于外筒体（2）侧面上部，驱动电机（7）通过破开传动机构与锥形破开头（1）连接，使驱动电机（7）能够带动锥形破开头（1）开合。

6.根据权利要求5所述取样装置，其特征在于所述破开传动机构包括驱动齿轮（601）、外齿环（602）、齿轮（603）、螺杆（604）、内螺纹套（605）、第一铰座（606）、活动连杆（607）、第二铰座（608），所述驱动齿轮（601）设于驱动电机（7）动力输出部，所述上环形座（4）底部设有环形滑架（609），环形滑架（609）截面呈倒T形，所述外齿环（602）位于上环形座（4）下方，环形滑架（609）嵌入外齿环（602）顶面的环形凹槽中，环形凹槽截面呈倒T形，外齿环（602）与驱动齿轮（601）啮合，所述齿轮（603）有两个，齿轮（603）的轴分别通过轴承安装于上环形座（4）底部的安装孔中，两个齿轮（603）对称分布在外齿环（602）两侧且与外齿环（602）啮合，齿轮（603）与两个半破开头之间的位置相对应，所述齿轮（603）的中心与螺杆（604）上端固接，螺杆（604）下端穿过下环形座（5）的通孔，螺杆（604）下端套设有内螺纹套（605），内螺纹套（605）的两侧分别设有第一铰座（606），第一铰座（606）相对的两个半破开头的内壁设有第二铰座（608），第一铰座（606）与第二铰座（608）之间通过活动连杆（607）连接。

7.根据权利要求5所述取样装置，其特征在于所述驱动电机（7）外设有保护罩（9）。

8.根据权利要求5所述取样装置，其特征在于所述取样管（3）下端管口内设有防漏器，取样管（3）下端装有破土刀头，取样管（3）上端设有把手（10）。

9.根据权利要求5或8所述取样装置，其特征在于所述取样管（3）内设有活塞，活塞上设有活塞杆，活塞杆上端穿出至取样管（3）上端外。

10.根据权利要求5所述取样装置，其特征在于两个半破开头内侧之下端设有堵塞件（11），在两个半破开头合拢后，堵塞件（11）能够堵住取样管（3）下端管口。