原位热脱附土壤热采样装置和使用方法与流程

本发明涉及土壤修复技术领域，尤其涉及一种原位热脱附土壤热采样装置和一种原位热脱附土壤热采样装置的使用方法。

背景技术：

随着土壤污染防治法的颁布实施，土壤污染治理进入快速增长期。近年来，有机污染场地应用原位热脱附技术的修复工程越来越多，为掌握修复效果，在土壤加热或降温过程中需要对土壤样品进行采集，土壤样品的采集必然需要在高温下进行。

目前，污染场地土壤样品采集主要依靠30型钻机、百米钻机以及geoprobe钻机等设备，取芯管多为pp材质，只适用于常温土壤，在热脱附技术实施后，土壤温度多在100℃左右甚至更高，在钻设过程中，取芯管由于土壤温度过高会发生分解甚至融化，难以取到土壤样品，即使采集到部分样品，由于pp材质的分解对土壤样品的干扰极大，分析结果不准确，因此，土壤热采样设备和技术的应用需求越来越多。

技术实现要素：

针对上述问题中的至少之一，本发明提供了一种原位热脱附土壤热采样装置和使用方法，针对80℃～200℃的土壤样品采集，通过将土壤采样设备、外套管、取芯管与驱动装置相配合连接，并与冰块和密封装置，将采集到的高温下的土壤样品进行封存，从而有效采集到了高温下的土壤样品，避免了取样过程中的交叉污染，提高了土壤样品的检测真实性，节约了施工时间。

为实现上述目的，本发明提供了一种原位热脱附土壤热采样装置，包括：土壤采样设备、液压装置、旋转动力装置、外套管和取芯管；所述土壤采样设备上安装有两组竖向设置的所述液压装置，两组所述液压装置之间设置有水平横梁，所述水平横梁上安装有所述旋转动力装置，所述旋转动力装置上同轴安装有所述外套管，所述水平横梁和所述旋转动力装置在所述液压装置的驱动下进行上下运动；所述外套管内的底部设置有所述取芯管，所述取芯管为中空管体结构，所述取芯管的前端设置有钻头，后端与所述旋转动力装置相连接，所述钻头具有与所述外套管内壁面相适配的螺旋叶片，所述旋转动力装置驱动所述钻头下钻或上提。

在上述技术方案中，优选地，所述土壤采样设备具有移动组件，所述土壤采样设备通过所述移动组件在地面上移动。

在上述技术方案中，优选地，所述取芯管包括顶驱帽、减震器、芯样管顶驱头、土壤取芯钢管、取土管外套管和取芯钻头，所述顶驱帽通过所述减震器与所述芯样管顶驱头相连接，所述芯样管顶驱头设置于所述土壤取芯钢管的顶端，所述土壤取芯钢管设置于所述取土管外套管内，所述取芯钻头设置于所述取土管外套管的底端外侧，所述取芯钻头中心具有通孔与所述土壤取芯钢管相通。

在上述技术方案中，优选地，所述水平横梁上设置有限位托架，所述限位托架安装于所述旋转动力装置的下方，所述限位托架上设置有与所述外套管相适配的导向孔，在需要接长所述外套管时，解除所述外套管与所述旋转动力装置之间的连接，所述液压装置驱动所述水平横梁上升，将下一节外套管自下而上穿过所述导向孔，并在所述外套管外壁上设置有卡接装置对该节外套管进行承托，将该节外套管与所述旋转动力装置相连接，并将该节外套管与原有外套管相连接。

在上述技术方案中，优选地，所述取芯管采用不锈钢材质制成。

在上述技术方案中，优选地，所述土壤采样设备为geoprobe钻机。

本发明还提出一种上述技术方案提出的原位热脱附土壤热采样装置的使用方法，包括：利用液压装置驱动水平横梁及旋转动力装置下降，使得外套管在压力作用下钻进土体；所述旋转动力装置驱动所述外套管底部的取芯管内的钻头旋转向下钻进，之后反向旋转上提以清空所述外套管内的土体；将达到取样深度后的所述取芯管上提出地面，并用红黑帽密封所述取芯管两端后装入装样箱，所述装样箱内进行紧急降温处理。

在上述技术方案中，优选地，所述装样箱的紧急降温处理采用添加冰块降温，使得所述装样箱内温度低于4℃。

在上述技术方案中，优选地，在将一节外套管钻入土体后仍未达到预设深度时，解除该节外套管与所述旋转动力装置之间的连接，所述液压装置驱动所述水平横梁上升，将下一节外套管自下而上穿过导向孔，并利用卡接装置对该节外套管进行承托，将该节外套管与所述旋转动力装置相连接，并将该节外套管与原有外套管相连接，继续向下压至预设深度。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：针对80℃～200℃的土壤样品采集，通过将土壤采样设备、外套管、取芯管与驱动装置相配合连接，并与冰块和密封装置，将采集到的高温下的土壤样品进行封存，从而有效采集到了高温下的土壤样品，避免了取样过程中的交叉污染，提高了土壤样品的检测真实性，节约了施工时间。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的原位热脱附土壤热采样装置的结构示意图；

图2为本发明一种实施例公开的取芯管的系统示意框图。

图中，各组件与附图标记之间的对应关系为：

1.土壤采样设备，2.液压装置，3.外套管，4.取芯管，41.顶驱帽，42.减震器，43.芯样管顶驱头，44.土壤取芯钢管，45.取土管外套管，46.取芯钻头。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1和图2所示，根据本发明提供的一种原位热脱附土壤热采样装置，包括：土壤采样设备1、液压装置2、旋转动力装置、外套管3和取芯管4；土壤采样设备1上安装有两组竖向设置的液压装置2，两组液压装置2之间设置有水平横梁，水平横梁上安装有旋转动力装置，旋转动力装置上同轴安装有外套管3，水平横梁和旋转动力装置在液压装置2的驱动下进行上下运动；外套管3内的底部设置有取芯管4，取芯管4为中空管体结构，取芯管4的前端设置有钻头，后端与旋转动力装置相连接，钻头具有与外套管3内壁面相适配的螺旋叶片，旋转动力装置驱动钻头下钻或上提。

在该实施例中，利用土壤采样设备1将外套管3压入土体中的取样深度以上位置，将取芯管4置入外套管3中并深入至取样深度进行取土，之后将外套管3压入至取样深度，将取芯管4提至地面，取芯管4内的土壤样品即为取样深度的采样土壤。具体地，钻机上设置有两组竖向设置的液压油缸装置，两组液压油缸装置之间通过水平横梁连接，水平横梁上设置有旋转动力装置，旋转动力装置上同轴可拆卸式安装有外套管3以及位于外套管3中的取芯管4。在外套管3压入土体的过程中，水平横梁及其上的旋转动力装置跟随液压油缸装置下降，以将向下的压力传导至外套管3上驱动其向下压入土体中。

在上述实施例中，优选地，取芯管4包括顶驱帽41、减震器42、芯样管顶驱头43、土壤取芯钢管44、取土管外套管45和取芯钻头46，顶驱帽41通过减震器42与芯样管顶驱头43相连接，芯样管顶驱头43设置于土壤取芯钢管44的顶端，土壤取芯钢管44设置于取土管外套管45内，取芯钻头46设置于取土管外套管45的底端外侧，取芯钻头46中心具有通孔与土壤取芯钢管44相通。

在该实施例中，在清空外套管3中土体的过程中，取芯管4前端部安装有取芯钻头46，旋转动力装置驱动取芯管4上的取芯钻头46向下钻进至外套管3底端部，之后反向旋转上提取芯钻头46以清空外套管3中的土体。取芯管4所具备的减震器42、顶驱帽41、芯样管顶驱头43等可以有效避免采集过程中土壤震动导致的土壤松散等问题。

在上述实施例中，优选地，水平横梁上设置有限位托架，限位托架安装于旋转动力装置的下方，限位托架上设置有与外套管3相适配的导向孔，在需要接长外套管3时，解除外套管3与旋转动力装置之间的连接，液压装置2驱动水平横梁上升，将下一节外套管自下而上穿过导向孔，并在外套管外壁上设置有卡接装置对该节外套管进行承托，将该节外套管与旋转动力装置相连接，并将该节外套管与原有外套管相连接。

在上述实施例中，优选地，取芯管4采用不锈钢材质制成，可耐300℃高温。

在上述实施例中，优选地，土壤采样设备1为geoprobe钻机，优选地，该土壤采样设备1具有移动组件，土壤采样设备1通过移动组件在地面上移动，移动组件优选采用履带。

本发明还提出一种上述实施例提出的原位热脱附土壤热采样装置的使用方法，包括：利用液压装置2驱动水平横梁及旋转动力装置下降，使得外套管3在压力作用下钻进土体；旋转动力装置驱动外套管3底部的取芯管4内的钻头旋转向下钻进，之后反向旋转上提以清空外套管3内的土体；将达到取样深度后的取芯管4上提出地面，并用红黑帽密封取芯管4两端后装入装样箱，装样箱内进行紧急降温处理。

在该实施例中，将不锈钢取芯管4提出地面后，需第一时间用红黑帽封住芯样管两端，放入提前准备好的装样箱内，优选地，向装样盒里加入冰块，以保持装样箱内温度低于4℃，进行紧急降温。

在上述实施例中，优选地，在将一节外套管3钻入土体后仍未达到预设深度时，解除该节外套管3与旋转动力装置之间的连接，液压装置2驱动水平横梁上升，将下一节外套管3自下而上穿过导向孔，并利用卡接装置对该节外套管3进行承托，将该节外套管3与旋转动力装置相连接，并将该节外套管3与原有外套管3相连接，继续向下压至预设深度，旋转动力装置可直压或旋转钻进。其中，geoprobe钻机上具有可供外套管3以及钻杆穿越的通孔。

在上述实施例中，热采样装置主要连接顺序为geoprobe设备→液压装置2→外套管3→不锈钢取芯管4。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。