CN110082156A - 螺旋式双管尾矿区矿渣采样装置及其方法 - Google Patents

螺旋式双管尾矿区矿渣采样装置及其方法 Download PDF

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赵缘海
徐书瑜
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Abstract

本发明公开了一种螺旋式双管尾矿区矿渣采样装置及其方法。该采样装置包括外管和内管两部分，其中外管主体为外管管体，外管管体外壁设有螺纹，外管管体上部外侧设有“一”字型手柄，“一”字型手柄上设有外管固定孔，并配有“L”型固定栓，外管管体下部设有取样门洞和锥头；内管主体为内管管体，内管管体上部外侧设有“十”字型手柄，“十”字型手柄上设有内管固定孔，内管管体下部侧边开有采样门，采样门通过弹簧合页与内管管体连接。本发明具有结构简单、价格低廉、经久耐用、携带方便、采样效率高、适用性广等优势。

Description

螺旋式双管尾矿区矿渣采样装置及其方法
技术领域
本发明属于样品采集设备领域，具体涉及一种螺旋式双管尾矿区矿渣采样装置及其方法。
背景技术
尾矿渣主要是指在选矿或冶炼过程中产生的残余废弃物，通常通过尾矿堆、尾矿库的方式处理这些废弃物。尾矿渣含有大量重金属和其他有毒有害物质，其长时间的大量堆积已经对周边空气、土壤、地表水、地下水造成严重污染，危害周边居民和生态系统。采集不同深度的矿渣样品，研究矿渣粒径分布、组成成分、岩土力学性能、重金属淋虑性能等对尾矿矿渣污染的控制与治理具有重要作用。
传统矿渣采样器，一方面质量较大，不便于野外携带，且采样效率不高、费时费力；另一方面价格昂贵，操作繁琐，不利于大范围推广。
因此，设计一种简易、高效、实用的尾矿区矿渣采样器很有必要。
发明内容
本发明的目的是解决尾矿区矿渣采样效率低、采样成本高的难题，并提供一种旋式双管尾矿区矿渣采样装置及其方法。
本发明的核心基础在于：先将内管插入外管内，使采样门处于闭合状态；然后将外管顺时针旋入尾矿堆内，将内管顺时针旋转90°，在弹簧合页的弹力作用下，采样门处于开启状态；再逆时针旋转外管，旋转的采样门将周边的矿渣刮入内管内；之后再顺时针旋转内管，使采样门处于闭合状态；最后，逆时针旋出外管，将内管从外管内拔出，获得设定深度的矿渣样品。
本发明具体采用的技术方案如下：
一种螺旋式双管尾矿区矿渣采样装置，其包括外管和内管；所述外管主体为外管管体，外管管体上端外侧固定有“一”字型手柄，“一”字型手柄上在外管管体两侧分别开设有外管固定孔，每个外管固定孔配有一条固定栓，外管管体外侧沿程设有螺纹，外管管体下部设有锥头和取样门洞；
所述内管主体为内管管体，内管管体的外径小于外管管体内径，使得内管管体能够插入外管管体内；内管管体上端外侧固定有“十”字型手柄，“十”字型手柄的4条直杆段上分别开设有一个内管固定孔；且“十”字型手柄中位于任意两条对向的直杆段上的两个内管固定孔，均能够通过旋转与“一”字型手柄上的两个外管固定孔重合，且固定栓以可插拔的方式插入两对重合的内管固定孔和外管固定孔中，使外管和内管同步转动；所述内管管体下部设有镂空段，且镂空段上具有两个对向的镂空开口，每个镂空开口的侧边缘通过弹簧合页铰接有一个采样门；所述“十”字型手柄上的一对内管固定孔与“一”字型手柄上的两个外管固定孔重合时，采样门远离铰接位置的一端在弹簧合页的弹力推动下伸出取样门洞，而所述“十”字型手柄上的另一对内管固定孔与“一”字型手柄上的两个外管固定孔重合时，采样门在外管管体的限制下闭合两个镂空开口。
作为优选，所述的外管管体和内管管体皆为圆筒形，高度为500～2000mm，内径为30～200mm，外管管体内径与内管管体外径之差为2～6mm，材质均为不锈钢。
作为优选，所述的螺纹螺距为20～400mm，材质为不锈钢。
作为优选，所述的锥头为实心圆锥体，圆锥侧边母线与圆锥轴线的夹角为30～50°，材质为不锈钢。
作为优选，所述的外管固定孔和内管固定孔内径相同，皆为5～10mm，外管固定孔和内管固定孔内径与固定栓直径之差为0.5～2mm。
作为优选，所述的取样门洞呈圆弧形，取样门洞高度为20～100mm，取样门洞弧度为90°。
作为优选，所述的采样门呈圆弧形，采样门弧度为60～85°；采样门高度比取样门洞高度小0.5～2mm，且采样门的顶部和底部均位于取样门洞的高度范围内。
作为优选，所述“十”字型手柄旋转过程中，采样门开启的最大角度为30～45°。
作为优选，所述的固定栓呈“L”型。
本发明的另一目的在于提供一种使用上述任一方案所述采样装置的尾矿区矿渣采样方法，具体做法为：采样前，将内管完全插入外管内，顺时针旋转内管，使采样门处于闭合状态，并将两条固定栓插入两对重合的外管固定孔和内管固定孔中，限制外管和内管之间的相对转动；采样时，顺时针旋转“一”字型手柄，将外管旋入矿渣堆内中，旋至指定深度后，拔出两条固定栓，通过转动“十”字型手柄将内管相对外管顺时针旋转90°，使采样门和取样门洞重合，在弹簧合页的弹力作用下，采样门远离铰接位置的一端朝外弹出取样门洞，处于开启状态，再次将固定栓插入此时重合的两对外管固定孔和内管固定孔中，限制外管和内管之间的相对转动；然后，逆时针旋转外管，利用开启状态的采样门将周围的矿渣刮入内管管体内；然后拔出两条固定栓，再次通过转动“十”字型手柄将内管相对外管顺时针旋转90°，使采样门复原至闭合状态，内管管体的镂空段中未镂空部分封堵取样门洞；再次将两条固定栓插入此时重合的两对外管固定孔和内管固定孔中；最后，通过逆时针转动“一”字型手柄旋转外管，将采样装置连同样品取出矿渣堆；采样后，将内管从外管内拔出，获得尾矿堆内指定深度的矿渣样品。
本发明与现有技术相比具有的有益效果如下：
1)本发明外管外侧设有螺纹，可以徒手将外管旋入质地较密实的尾矿堆内，并增加了手动采样的采样深度，使得许多尾矿堆矿渣采样任务可以利用本发明的手动采样装置完成。由于不需要任何机动设备和辅助设备，不仅降低了采样装置价格，而且降低了采样装置重量，提高了携带便利性。
2)本发明设计了采样门用于样品采集，一方面采样门可以将不同质地(包括结块的或者松散堆积的矿渣)、不同粒径的矿渣刮入采样装置内，具有非常强的适应性，另一方面采样门只在设定深度处开启，阻止了上层矿渣对样品的污染。此外，在采集深层样品时，传统采样器需要先将上层矿渣除去，才能采集深层样品，而本发明中采样门设计可以实现一次操作便可获得深层样品，大幅提高了采样效率。
3)本发明结构简单，活动部件少，不含脆弱部件，因此制作简单、造价低廉、经久耐用，容易实现商业化，并大范围推广应用。
附图说明
图1为螺旋式双管尾矿区矿渣采样装置的整体结构示意图；
图2为外管的结构示意图；
图3为内管的结构示意图；
图4为外管和内管组装状态下的A-A横切面示意图。
图中：1、外管；2、内管；1.1、外管管体；1.2、螺纹；1.3、“一”字型手柄；1.4、外管固定孔；1.5、固定栓；1.6、锥头；1.7、取样门洞；2.1、内管管体；2.2、“十”字型手柄；2.3、内管固定孔；2.4、采样门；2.5、弹簧合页。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
如图1所示，本实施例中的一种螺旋式双管尾矿区矿渣采样装置，主要包括外管1和内管2两部分。
如图2所示，外管1主体为中空圆筒形的外管管体1.1，外管管体1.1上端外侧固定有“一”字型手柄1.3，“一”字型手柄1.3与外管管体1.1刚性固定，且“一”字型手柄1.3在外管管体1.1两侧分别开设有外管固定孔1.4，外管固定孔1.4可以是通孔，也可以是槽孔。每个外管固定孔1.4配有一条固定栓1.5，固定栓1.5以可插拔的形式插入外管固定孔1.4中，用于与后续的内管固定孔2.3配合。本实施例中，固定栓1.5呈“L”型，以便于插拔。外管管体1.1外侧沿程设有螺纹1.2，外管管体1.1下部设有锥头1.6和取样门洞1.7。通过旋转“一”字型手柄1.3可以带动外管管体1.1转动，进而在螺纹1.2的作用下使外管1整体旋入尾矿堆内。螺纹1.2从外管管体1.1的顶部一直延伸至取样门洞1.7的上方，取样门洞1.7的底部与锥头1.6顶部平齐。
如图3所示，内管2主体为中空圆筒形的内管管体2.1，内管管体2.1的外径小于外管管体1.1内径，使得内管管体2.1能够插入外管管体1.1内。内管管体2.1上端外侧刚性固定有“十”字型手柄2.2，“十”字型手柄2.2由四条呈十字形垂直交叉的直杆段组成。“十”字型手柄2.2的4条直杆段上分别开设有一个内管固定孔2.3，内管固定孔2.3为通孔。且“十”字型手柄2.2中的4条直杆段两两相对，对向的两条直杆段作为一组，位于其中一组中的两条对向直杆段上的两个内管固定孔2.3，通过旋转至一定位置，能够与“一”字型手柄1.3上的两个外管固定孔1.4重合。同样的，继续旋转90°后，另一组中的两条对向直杆段上的两个内管固定孔2.3也可以与“一”字型手柄1.3上的两个外管固定孔1.4重合。当两对内管固定孔2.3和外管固定孔1.4重合时，可以将固定栓1.5以可插拔的方式插入两对重合的内管固定孔2.3和外管固定孔1.4中，限制“十”字型手柄2.2与“一”字型手柄1.3的相对转动，进而使外管1和内管2只能同步转动，而不能相对转动。内管管体2.1下部设有镂空段，且镂空段上具有两个对向的镂空开口，两个镂空开口完全对称。每个镂空开口的侧边缘通过弹簧合页2.5铰接有一个采样门2.4，采样门2.4是一个与镂空开口处缺失的管体形状相同的弧形管片。弹簧合页2.5的弹性方向是使采样门2.4向外弹出，当采样门2.4受外力挤压时可以闭合于镂空开口处，使镂空段形成完整或者基本完整的圆筒形状。在内管2完全插入外管1中时，“十”字型手柄2.2底部贴合“一”字型手柄1.3顶部，而采样门2.4的高度范围完全位于取样门洞1.7高度范围内。
在本装置中，可以通过旋转“十”字型手柄2.2来改变采样门2.4的开启或闭合状态，其控制方式如图4所示。如图4的右图所示，“十”字型手柄2.2上的一对内管固定孔2.3与“一”字型手柄1.3上的两个外管固定孔1.4重合时，采样门2.4远离铰接位置的一端在弹簧合页2.5的弹力推动下伸出取样门洞1.7，此时视为采样门2.4开启状态。弹簧合页2.5应当具有最大开启角度，使在采样门2.4开启状态下能够保持一定的刮渣角度，而不会一直不断旋转，当逆时针旋转内管管体2.1时采样门2.4能够将周围的矿渣刮入内管管体2.1内，实现样品的采集。进一步的，假如在右图基础上将内管管体2.1相对外管管体1.1顺时针旋转90°，“十”字型手柄2.2上的另一对内管固定孔2.3与“一”字型手柄1.3上的两个外管固定孔1.4重合时，即变成图4的左图所示状态，即原本处于开启状态的采样门2.4在外管管体1.1的限位作用下重新闭合于两个镂空开口处，而镂空段中未镂空的管壁则正对取样门洞1.7，对取样门洞1.7起到封闭作用，使内部收集的样品不会掉出，此时视为采样门2.4为闭合状态。当然图4左图为理想的示意状态，在实际情况下，采样门2.4的自由端是贴合在外管管体1.1内壁上的，而不是悬空不接触的。
在本实施例中，外管1和内管2中的每一个部件具体选型、参数优选如下：外管管体1.1和内管管体2.1皆为圆筒形，高度为500～2000mm，内径为30～200mm，外管管体1.1内径与内管管体2.1外径之差为2～6mm，材质均为不锈钢。螺纹1.2螺距为20～400mm，材质为不锈钢。锥头1.6为实心圆锥体，圆锥侧边母线与圆锥轴线的夹角为30～50°，材质为不锈钢。外管固定孔1.4和内管固定孔2.3内径相同，皆为5～10mm，外管固定孔1.4和内管固定孔2.3内径与固定栓1.5直径之差为0.5～2mm。取样门洞1.7呈圆弧形，取样门洞1.7高度为20～100mm，取样门洞1.7弧度为90°。采样门2.4呈圆弧形，采样门2.4弧度为60～85°；采样门2.4高度比取样门洞1.7高度小0.5～2mm，且采样门2.4的顶部和底部均位于取样门洞1.7的高度范围内，使采样门2.4能够弹出取样门洞1.7，而不会被卡住。“十”字型手柄2.2旋转过程中，采样门2.4开启的最大角度为30～45°。当然各部件的具体参数尺寸需要结合试验效果进行调整。
基于上述采样装置，还可以提供一种尾矿区矿渣采样方法，其具体步骤如下：
采样前，将内管2完全插入外管1内，顺时针旋转内管2，使采样门2.4处于闭合状态，并将两条固定栓1.5插入两对重合的外管固定孔1.4和内管固定孔2.3中，限制外管1和内管2之间的相对转动。
采样时，将锥头1.6支顶于目标采样位置，将顺时针旋转“一”字型手柄1.3，将外管1旋入矿渣堆内中，旋至指定深度后，拔出两条固定栓1.5，通过转动“十”字型手柄2.2将内管2相对外管1顺时针旋转90°，使采样门2.4和取样门洞1.7重合，在弹簧合页2.5的弹力作用下，采样门2.4远离铰接位置的一端朝外弹出取样门洞1.7，处于开启状态。再次将固定栓1.5插入此时重合的两对外管固定孔1.4和内管固定孔2.3中，限制外管1和内管2之间的相对转动。
然后，逆时针旋转外管1，利用开启状态的采样门2.4将周围的矿渣刮入内管管体2.1内，一般旋转180°即可，当然需要收集更多样品时可以旋转更大的角度。
再后，拔出两条固定栓1.5，再次通过转动“十”字型手柄2.2将内管2相对外管1顺时针旋转90°，使采样门2.4复原至闭合状态，内管管体2.1的镂空段中未镂空部分封堵取样门洞1.7，防止样品掉出。再次将两条固定栓1.5插入此时重合的两对外管固定孔1.4和内管固定孔2.3中，限制外管1和内管2之间的相对转动。
最后，通过逆时针转动“一”字型手柄1.3旋转外管1，将采样装置连同样品取出矿渣堆；完成采样后，将内管2从外管1内拔出，获得尾矿堆内指定深度的矿渣样品。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种螺旋式双管尾矿区矿渣采样装置，其特征在于包括外管(1)和内管(2)；
所述外管(1)主体为外管管体(1.1)，外管管体(1.1)上端外侧固定有“一”字型手柄(1.3)，“一”字型手柄(1.3)上在外管管体(1.1)两侧分别开设有外管固定孔(1.4)，每个外管固定孔(1.4)配有一条固定栓(1.5)，外管管体(1.1)外侧沿程设有螺纹(1.2)，外管管体(1.1)下部设有锥头(1.6)和取样门洞(1.7)；
所述内管(2)主体为内管管体(2.1)，内管管体(2.1)的外径小于外管管体(1.1)内径，使得内管管体(2.1)能够插入外管管体(1.1)内；内管管体(2.1)上端外侧固定有“十”字型手柄(2.2)，“十”字型手柄(2.2)的4条直杆段上分别开设有一个内管固定孔(2.3)；且“十”字型手柄(2.2)中位于任意两条对向的直杆段上的两个内管固定孔(2.3)，均能够通过旋转与“一”字型手柄(1.3)上的两个外管固定孔(1.4)重合，且固定栓(1.5)以可插拔的方式插入两对重合的内管固定孔(2.3)和外管固定孔(1.4)中，使外管(1)和内管(2)同步转动；所述内管管体(2.1)下部设有镂空段，且镂空段上具有两个对向的镂空开口，每个镂空开口的侧边缘通过弹簧合页(2.5)铰接有一个采样门(2.4)；所述“十”字型手柄(2.2)上的一对内管固定孔(2.3)与“一”字型手柄(1.3)上的两个外管固定孔(1.4)重合时，采样门(2.4)远离铰接位置的一端在弹簧合页(2.5)的弹力推动下伸出取样门洞(1.7)，而所述“十”字型手柄(2.2)上的另一对内管固定孔(2.3)与“一”字型手柄(1.3)上的两个外管固定孔(1.4)重合时，采样门(2.4)在外管管体(1.1)的限制下闭合两个镂空开口。
2.根据权利要求1所述的一种螺旋式双管尾矿区矿渣采样装置，其特征在于：所述的外管管体(1.1)和内管管体(2.1)皆为圆筒形，高度为500～2000mm，内径为30～200mm，外管管体(1.1)内径与内管管体(2.1)外径之差为2～6mm，材质均为不锈钢。
3.根据权利要求1所述的一种螺旋式双管尾矿区矿渣采样装置，其特征在于：所述的螺纹(1.2)螺距为20～400mm，材质为不锈钢。
4.根据权利要求1所述的一种螺旋式双管尾矿区矿渣采样装置，其特征在于：所述的锥头(1.6)为实心圆锥体，圆锥侧边母线与圆锥轴线的夹角为30～50°，材质为不锈钢。
5.根据权利要求1所述的一种螺旋式双管尾矿区矿渣采样装置，其特征在于：所述的外管固定孔(1.4)和内管固定孔(2.3)内径相同，皆为5～10mm，外管固定孔(1.4)和内管固定孔(2.3)内径与固定栓(1.5)直径之差为0.5～2mm。
6.根据权利要求1所述的一种螺旋式双管尾矿区矿渣采样装置，其特征在于：所述的取样门洞(1.7)呈圆弧形，取样门洞(1.7)高度为20～100mm，取样门洞(1.7)弧度为90°。
7.根据权利要求1所述的一种螺旋式双管尾矿区矿渣采样装置，其特征在于：所述的采样门(2.4)呈圆弧形，采样门(2.4)弧度为60～85°；采样门(2.4)高度比取样门洞(1.7)高度小0.5～2mm，且采样门(2.4)的顶部和底部均位于取样门洞(1.7)的高度范围内。
8.根据权利要求1所述的一种螺旋式双管尾矿区矿渣采样装置，其特征在于：所述“十”字型手柄(2.2)旋转过程中，采样门(2.4)开启的最大角度为30～45°。
9.根据权利要求1所述的一种螺旋式双管尾矿区矿渣采样装置，其特征在于：所述的固定栓(1.5)呈“L”型。
10.一种使用如权利要求1～9任一所述采样装置的尾矿区矿渣采样方法，其特征在于：采样前，将内管(2)完全插入外管(1)内，顺时针旋转内管(2)，使采样门(2.4)处于闭合状态，并将两条固定栓(1.5)插入两对重合的外管固定孔(1.4)和内管固定孔(2.3)中，限制外管(1)和内管(2)之间的相对转动；采样时，顺时针旋转“一”字型手柄(1.3)，将外管(1)旋入矿渣堆内中，旋至指定深度后，拔出两条固定栓(1.5)，通过转动“十”字型手柄(2.2)将内管(2)相对外管(1)顺时针旋转90°，使采样门(2.4)和取样门洞(1.7)重合，在弹簧合页(2.5)的弹力作用下，采样门(2.4)远离铰接位置的一端朝外弹出取样门洞(1.7)，处于开启状态，再次将固定栓(1.5)插入此时重合的两对外管固定孔(1.4)和内管固定孔(2.3)中，限制外管(1)和内管(2)之间的相对转动；然后，逆时针旋转外管(1)，利用开启状态的采样门(2.4)将周围的矿渣刮入内管管体(2.1)内；然后拔出两条固定栓(1.5)，再次通过转动“十”字型手柄(2.2)将内管(2)相对外管(1)顺时针旋转90°，使采样门(2.4)复原至闭合状态，内管管体(2.1)的镂空段中未镂空部分封堵取样门洞(1.7)；再次将两条固定栓(1.5)插入此时重合的两对外管固定孔(1.4)和内管固定孔(2.3)中；最后，通过逆时针转动“一”字型手柄(1.3)旋转外管(1)，将采样装置连同样品取出矿渣堆；采样后，将内管(2)从外管(1)内拔出，获得尾矿堆内指定深度的矿渣样品。
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