一种免建井浅层地下水定深采样装置及其采样方法与流程

1.本发明涉及环境保护技术领域，提供了一种免建井浅层地下水定深采样装置及其采样方法。


背景技术：

2.随着我国工业化以及城市化进程的加快，地下水污染问题日益突出。为调查地下水环境质量状况和地下水中污染物分布情况，需要针对地下水进行采样分析。建设用地地下水环境调查对象主要是浅层非承压含水层地下水。目前针对浅层地下水的环境监测方法主要采用建设地下水环境监测井的方式。
3.受到污染源位置、地质和水文地质条件等影响，浅层地下水中存在不同深度污染物分布不同的情况，在地下水环境调查中，需要对不同深度含水层的地下水进行采样，判断地下水污染分布情况和污染深度。采用地下水监测井进行地下水采样的结果准确性受到地下水环境监测井建设规范性和成井质量的影响。地下水监测井建设过程中，井壁易发生坍塌现象，导致监测井底部井管淤堵，同时过滤填料无法有效填充，使得建成的地下水监测井难以采集到有代表性地下水样品。此外，监测井建设过程中止水材料的填充不规范可能导致不同深度地下水交叉污染，难以采集确定深度的地下水样品。同时，对不同深度地下水进行采样需要建设多个不同深度的监测井，工作量大，成本高。现有建设监测井采集地下水的方法实施中，井管和填料往往遗弃于地下，造成材料的浪费和可能的二次污染隐患。因此，开发一种免建井方式的浅层地下水定深采样装置和采样方法尤为必要。


技术实现要素：

4.本发明针对目前常规的地下水监测井采样深度不明确、止水困难导致不同层位地下水交叉污染的缺点，提供了一种免建井浅层地下水定深采样装置和使用该装置进行定深采样的方法。
5.为了解决上述技术问题，本发明主要采用如下技术方案：
6.一种免建井浅层地下水定深采样装置，包括钻进套管和取水系统；所述钻进套管为中空钢管，搭配直推钻机使用；所述取水系统包括内置滤水管、内置连接管、滤料、取水软管和低流速气囊泵。
7.在本发明公开的一些实施例中，所述钻进套管包括首节钻进套管和若干延长钻进套管，所述首节钻进套管底端安装可抛弃冲击钻头，所述首节钻进套管顶端可通过螺纹连接延长钻进套管或管帽；所述钻进套管螺纹连接处安装密封圈。
8.优选的，所述钻进套管内径大于10cm，其大于所述内置滤水管外径5cm。
9.在本发明公开的一些实施例中，所述内置滤水管为中空具缝隙的钢管，长度根据目标定深采样间隔定制，底端为缓冲密封塞，顶段为开放螺纹接口，连接至所述内置连接管，顶端连接处外壁有十字镂空圆盘，所述十字镂空圆盘直径大于所述首节钻进套管的底部管口内径。
10.优选的，所述内置滤水管内径大于5cm，滤水段缝宽小于0.5mm。
11.在本发明公开的一些实施例中，所述内置连接管为中空无缝钢管，其与所述内置滤水管内径外径相同，所述内置连接管的单节长度与钻进套管长度相同，其两端为连接螺纹。
12.在本发明公开的一些实施例中，所述取水软管上端连接地面低流速气囊泵，其下端位于所述内置滤水管中。优选的，所述取水软管具有深度刻度，其内径为0.5-1cm。
13.在本发明公开的一些实施例中，所述滤料的填充高度范围与所述内置滤水管长度一致。优选的，所述滤料的粒径为1-2mm。
14.一种免建井浅层地下水定深采样方法，其采用所述的免建井浅层地下水定深采样装置，包括如下步骤：
15.s1:将内置滤水管放入首节钻进套管，使用直推钻机将所述钻进套管向下钻进，根据深度需求使用多节钻进套管连接，直至首节钻进套管位于目标采样深度；
16.s2:钻进套管向下钻进过程中，内置滤水管上端同步连接内置连接管；
17.s3:在钻进套管到达目标深度后，一边向上提升钻进套管，最大回升行程为内置滤水管长度，一边在提升过程中在地面向内置连接管顶部施加压力将首节钻进套管的可抛弃敲击钻头敲除，使内置滤水管向下暴露于目标深度含水层中；
18.s4:完成钻进套管提升后，从地面向钻进套管和内置连接管之间的空隙中插入滤料导管，穿过内置滤水管的顶部十字镂空圆盘，向内置滤水管周围空间中填充滤料；
19.s5:将取水软管穿过内置连接管至内置滤水管，待地下水穿过滤料至内置滤水管中后，使用低流速气囊泵和取水软管采集目标深度地下水样品；
20.s6:采集到目标深度地下水样品后，提升钻井套管，回收内置连接管和内置滤水管，使用膨润土和水泥浆封孔，完成免建井浅层地下水环境调查定深采样。
21.本发明具有以下有益技术效果：
22.(1)搭配直推式钻机实现免建井地下水采样，取样装置主要部件均重复利用，避免监测井的重复建设，减少井管等材料的浪费和潜在污染，降低耗材成本。
23.(2)针对性目标深度的地下水采样，通过机械结构实现密封止水，实现地下水污染精准调查，利于地下水污染精准修复。
附图说明
24.图1是免建井浅层地下水定深采样装置中某一具体实施例的组成结构示意图；
25.图2是免建井浅层地下水定深采样装置中某一具体实施例钻进状态的结构示意图；
26.图3是免建井浅层地下水定深采样装置中某一具体实施例采样状态的结构示意图；
27.图4是采用免建井浅层地下水定深采样装置采样的步骤流程图。
28.图中各编号：1、首节钻进套管；2、可抛弃冲击钻头；3、密封圈；4、延长钻进套管；5、直压管帽；6、内置滤水管；7、十字镂空圆盘；8、缓冲密封塞；9、内置连接管；10、取水软管；11、低流速气囊泵；12、滤料。
具体实施方式
29.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
30.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
31.请参阅图1-3，免建井浅层地下水定深采样装置，在本实施例中，主要包括钻进套管和取水系统。所述钻进套管包括首节钻进套管1、可抛弃冲击钻头2、密封圈3、延长钻进套管4、直压管帽5。首节钻进套管1和延长钻进套管4均为中空钢管，上端安装直压管帽5后使用直推钻机钻进；首节钻进套管1底端安装钢制可抛弃冲击钻头2，顶端通过外螺纹连接另一节延长钻进套管4或管帽5；多节钻进套管连接处安装密封圈3；钻进套管内径为11cm，单节长度为1.5m。
32.所述取水系统包括内置滤水管6、内置连接管9、取水软管10、低流速气囊泵11和滤料12。所述内置滤水管6为中空具缝钢管，内径为6cm，滤水段缝宽小于0.5mm，长度为1.5m，底端为缓冲橡胶密封塞8，顶端为开放螺纹接口，可连接至内置连接管9，顶端连接处外壁有十字镂空圆盘7，圆盘直径大于首节钻进套管1的底部管口内径。所述内置连接管9为中空无缝钢管，与内置滤水管6内径外径相同，单节长度与钻进套管长度相同，两端为连接螺纹。所述取水软管10上端连接地面低流速气囊泵11，下端位于内置滤水管6中。所述滤料12的填充厚度为1.5m，滤料粒径为1-2mm。
33.请参阅图4，为使用上述装置进行浅层地下水环境调查定深采样的步骤：
34.步骤1：将内置滤水管6放入首节钻进套管1，使用直推钻机将所述钻进套管1向下钻进，根据深度需求使用多节延长钻进套管4连接，直至首节钻进套管1位于目标采样深度；
35.步骤2：钻进套管向下钻进过程中，内置滤水管6上端同步连接内置连接管9，如图2所示；
36.步骤3：在钻进套管到达目标深度后，一边向上提升钻进套管，最大回升行程为内置滤水管6长度，一边在提升过程中在地面向内置连接管9顶部施加压力将首节钻进套管1的可抛弃冲击钻头2敲除，使内置滤水管6向下暴露于目标深度含水层中；
37.步骤4：完成钻进套管提升后，从地面向钻进套管和内置连接管9之间的空隙中插入滤料导管，穿过内置滤水管6的顶部十字镂空圆盘7，向内置滤水管6周围空间中填充滤料12；
38.步骤5：将取水软管10穿过内置连接管9至内置滤水管6，待地下水穿过滤料12至内置滤水管6中后，使用低流速气囊泵11和取水软管10采集地下水样品；
39.步骤6：采集到目标深度地下水样品后，提升钻井套管，回收内置连接管9和内置滤水管6，使用膨润土和水泥浆封孔，完成免建井浅层地下水环境调查定深采样。