CN111282989A - 一种用于原位修复土壤及地下水污染的高压注射钻头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于原位修复土壤及地下水污染的高压注射钻头，主要涉及环境修复技术领域。一种用于原位修复土壤及地下水污染的高压注射钻头，包括钻头、注入装置与注射装置，所述钻头中部设置注射孔，所述钻头顶部与注入装置滑动连接，所述钻头顶部设置与注射孔相连通的钻头通道，所述注入装置内设置注入通道，所述注射装置内设置注射通道，所述钻头通道、注入通道与注射通道相连通。本发明的有益效果在于：本发明依托直推式钻机，保证钻头不被药剂腐蚀，保护注射钻孔不被堵塞，不产生药剂的回流。

Description

一种用于原位修复土壤及地下水污染的高压注射钻头

技术领域

本发明主要涉及环境修复领域，具体是一种用于原位修复土壤及地下水污染的高压注射钻头。

背景技术

土壤及地下水修复技术可分为原位修复与异位修复两种方式。原位修复与异位修复相比具有可以解决深层土壤及地下水污染问题，同时污染物就地原位处置避免了深基坑开挖、土壤转运等二次污染问题，具有更高的安全性和经济性。原位注射修复是指通过高压将化学、生物药剂注射进入地下土壤及地下水污染处从而进行修复的技术，通常适用于污染土壤及地下水中的重金属类（如六价铬）、氯代有机物、石油烃、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、酚类、甲基叔丁基醚（MTBE）、含氯有机溶剂、多环芳烃及农药等大部分有机物的修复处理，是原位修复技术的重要组成部分。

原位注射修复技术可分为注射井注射和直推式钻进注射两种模式。注射井注射是指先在土壤及地下水污染处建设地下水监测井，并在对应污染深度布设透水的筛管，然后使用注射泵将药剂注射进入注射井中，药剂通过筛管扩散到污染处进行修复。直推式注射是指借助直接推进式钻机自身重力及冲击锤敲击将空心注射钻杆和注射钻头低扰动钻入地下污染区域，然后直推式钻机利用自身液压系统给注射泵提供动力，修复药剂经注射泵加压注入空心钻杆并在注射钻头处喷射进入待修复土壤和地下水中，通过与污染物质的化学或生物反应，使土壤或地下水中的污染物转化为无毒或相对毒性较小的物质，从而修复污染土壤和地下水的技术。相比于注射井注射，直推式注射特别适用于污染物在不同的深度分层分布、一次注射难以满足污染物的去除要求或者其所在的位置不适合安装注射井的污染场地、修复药剂为悬浮颗粒溶液（如纳米零价铁）或浆液类可能堵塞注射井筛孔的注射、以及修复药剂地上混合后易失活的注射情况。

直推式注射技术的关健在于注射钻头，传统直推注射钻头使用钻头自身作为注射药剂的腔体，由于钻头自身材质耐腐蚀性差，因此无法注射强腐蚀性药剂；同时钻头上的注射钻孔在钻入地下土壤中缺乏保护，容易被土壤堵塞而导致无法进行有效注射；当药剂注射完毕后，注射钻头缺乏防倒流设计，导致药剂回流进入钻头中，易产生安全隐患。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种用于原位修复土壤及地下水污染的高压注射钻头，它依托直推式钻机，保证钻头不被药剂腐蚀，保护注射钻孔不被堵塞，不产生药剂的回流。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种用于原位修复土壤及地下水污染的高压注射钻头，包括钻头、注入装置与注射装置，所述注射装置位于注入装置顶部，所述钻头中部设置注射孔，所述钻头顶部与注入装置滑动连接，当所述钻头顶部缩入注入装置内后，所述注射孔被注入装置所遮蔽，所述钻头顶部设置与注射孔相连通的钻头通道，所述注入装置内设置注入通道，所述注射装置内设置注射通道，所述钻头通道、注入通道与注射通道相连通。

所述钻头包括钻探部与导引部，所述导引部位于钻探部顶部，所述钻头通道即位于所述导引部内，所述注射孔即位于所述钻探部与导引部连接位置。

所述注入装置包括钻头保持架与药剂腔连接管，所述药剂腔连接管固定设置在钻头保持架顶部，所述药剂腔连接管与注射装置相连接，所述钻头保持架内为与钻头滑动连接的滑腔，所述药剂腔连接管内为药剂腔，所述药剂腔内设置阀体，所述注入通道即位于阀体内，所述阀体位于注射通道下方并用于封闭注射通道，所述阀体与钻头顶部之间设置弹簧。

所述滑腔顶部设置台阶，所述钻头顶部设置防脱环，所述台阶对防脱环进行限位。

所述钻头顶部设置密封圈，所述密封圈与滑腔相接触。

所述注射装置包括与钻杆相连接的注射连接头，所述注射通道即位于注射装置内，所述注射通道顶部连接高压接头，所述高压接头上连接高压注射软管。

所述注射孔在钻头侧壁上呈圆周均匀设置四个。

对比现有技术，本发明的有益效果是：

（1）、本发明的高压注射钻头装置使用耐腐蚀高压注射软管作为药剂输送的腔体，并直接与底部高压注射钻头通过高压接头紧密连接，防止了传统注射钻头与钻杆连接处在高压下造成泄漏而产生泄压的情况。

（2）、本发明的高压注射钻头装置能够进行腐蚀性药剂注射，药剂只与耐腐蚀高压注射软管、注入通道、药剂腔与注射通道直接接触，并不与金属材质的注射钻头及注射钻杆接触，从而避免药剂对钻头与钻杆造成腐蚀。

（3）、本发明的高压注射钻头装置采用独特设计的结构，在钻探过程通过外侧钻头保持架封闭注射出药孔，防止钻探过程中土壤或杂质堵塞注射出药孔，只在注射的时候阀体打开，注射出药孔露出并喷射药剂，从而起到了注射孔的防堵塞作用。

（4）、本发明的高压注射钻头装置采用独特设计的结构，在没有注射压力时，弹簧顶住阀体堵塞注射通道，并通过钻头保持架密闭注射出药孔，有效防止了注射药剂的回流。

附图说明

附图1是本发明钻探状态结构示意图；

附图2是本发明注射状态结构示意图；

附图3是本发明A-A向结构示意图；

附图4是本发明B部局部放大结构示意图。

附图中所示标号：1、钻头；2、注入装置；3、注射装置；4、注射孔；5、钻头通道；6、注入通道；7、注射通道；11、钻探部；12、导引部；13、防脱环；14、密封圈；21、钻头保持架；22、药剂腔连接管；23、阀体；24、滑腔；25、药剂腔；26、弹簧；31、注射连接头；32、高压接头；33、高压注射软管。

具体实施方式

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

如图1-4所示，本发明所述一种用于原位修复土壤及地下水污染的高压注射钻头，包括钻头1、注入装置2与注射装置3，所述注入装置与注射装置均为圆柱状。所述注射装置3与注入装置2顶部固定连接，所述注射装置顶部连接空心钻杆。所述钻头1中部开设注射孔4，所述钻头1顶部与注入装置2滑动连接，当所述钻头1顶部缩入注入装置2内后，所述注射孔4被注入装置2所遮蔽。所述钻头1顶部部分开设与注射孔4相连通的钻头通道5，所述注入装置2内开设注入通道6，所述注射装置3内开设注射通道7，所述钻头通道5、注入通道6与注射通道7相连通。本装置通过钻头与注入装置的滑动连接，可以在钻头钻入土壤时，将注射孔进行封闭，从而防止注射孔被泥沙、土壤等杂质堵塞。本装置的钻头钻入部分为实心，钻头通道5、注入通道6与注射通道7内通入注射药剂，药剂不经过钻头的钻入部分，可以防止钻头部分被腐蚀。

具体的，所述钻头1包括钻探部11与导引部12，所述钻探部为钻入土壤的接触部分，钻探部为实心材质。所述导引部12一体成型位于钻探部11顶部，所述钻头通道5即位于所述导引部12内中心部分，钻头通道与导引部同轴，所述注射孔4即位于所述钻探部11与导引部12连接位置处。与钻头钻入方向垂直设置的注射孔在钻入土壤时，可以减少注射孔被泥沙堵塞的概率。

具体的，所述注入装置2包括通过螺纹连接的钻头保持架21与药剂腔连接管22，所述药剂腔连接管22固定设置在钻头保持架21顶部，所述药剂腔连接管22与注射装置3相连接。所述钻头保持架21内为与钻头1滑动连接的滑腔24，所述钻头的导引部即与滑腔滑动接触，当导引部滑入滑腔内时，导引部底部的注射孔被滑腔封闭，从而在钻头钻入土壤时防止注射孔被堵塞。所述药剂腔连接管22内为药剂腔25，所述药剂腔25内具有阀体23，所述阀体在药剂腔内可上下滑动。所述注入通道6即位于阀体23内，阀体侧边上开设与注入通道相连接的进液孔。所述阀体23位于注射通道7下方，所述阀体23与钻头1顶部之间安装有弹簧26，在钻头下压状态时，注射孔被滑腔封闭，阀体顶部对注射通道7进行封堵。通过阀体的设置，可实现对注入通道的封闭，从而控制药液的注入，并且避免注射完成后的反流现象。

具体的，所述滑腔24顶部加工有台阶，所述钻头1顶部的导引部外壁上安装防脱环13，所述防脱环的直径大于台阶下方滑腔的直径，从而使所述台阶对防脱环13进行限位。通过防脱环与台阶的配合，可以防止钻头在滑腔内滑出。

具体的，所述钻头1顶部设置密封圈14，所述密封圈14与滑腔24相接触。所述密封圈采用耐腐蚀的橡胶密封圈，将导引部与滑腔之间进行密封，从而防止导引部与滑腔之间产生漏液现象，且可防止泥沙等物堵塞两者之间区域。

具体的，所述注射装置3包括与钻杆螺纹连接的注射连接头31，所述注射通道7即位于注射装置3内，所述注射通道7顶部螺纹连接高压接头32，所述高压接头32上连接高压注射软管33。所述高压注射软管在钻杆内顺下，为本装置提供高压药液。通过高压注射软管的安装，使药液不经过钻杆，从而避免传统的药液注射过程中药液经过中空钻杆导流而对钻杆造成的腐蚀。

具体的，所述注射孔4在钻头1侧壁上呈圆周均匀设置四个。均匀设置的四个注射孔可以对钻头处的土壤进行全范围的覆盖，从而对该处深度的土壤进行更好地修复。

本装置在钻孔状态时，钻头保持架把注射孔完全封闭，防止泥沙杂物等堵塞注射孔，同时耐腐蚀的密封圈将药剂腔与外界隔离，防止地下水、泥浆等杂物进入，阀体在耐腐蚀弹簧的弹力作用下关闭注射通道，进一步防止杂物进入高压注射软管内。当进行药剂注射时，向上轻微拔提钻杆，此时注射药剂的压力克服耐腐蚀弹簧的压力将阀体顶开，防脱环防止过大压力将钻头保持架顶落，此时注射通道、药剂腔、注入通道与钻头通道相连通，从而使高压药剂可由注射孔进行喷洒。药剂停止注射后，管内无注射压力，阀体在耐腐蚀弹簧的作用下将注射通道的进药孔堵死，轻微敲击注射钻头下钻，使得钻头保持架回落，进一步防止药液回流，同时防止回拔钻杆过程中土壤阻塞注射出药孔。

实施例：

某化工厂地块的土壤及地下水受到苯和氯苯污染，使用具有强氧化性的碱活化过硫酸盐药剂就行修复，修复方法为原位直接推进式注射。将修复场地平整，移动直推式钻机至需要修复的点位，将高压注射钻头装置按上述方式组装完毕。在直推式钻机的敲击下，高压注射钻头装置的钻头被贯入地下，在钻头贯入地下的过程中，阀体在耐腐蚀弹簧的弹力作用下堵住注射通道，同时钻头保持架把注射孔完全封闭，防止泥沙杂物等堵塞注射孔，同时耐腐蚀胶圈将药剂腔与外界隔离，防止地下水、泥浆等杂物进入，进一步防止杂物进入高压注射软管内。当高压注射钻头装置到达土壤及地下水污染深度处时，停止直推式钻机的敲击，将高压注射软管与注射泵的出口连接，通过注射钻杆将注射钻头装置微微上提，配置好的药剂通过高压注射软管进入注射通道内，注射压力进一步克服耐腐蚀弹簧的压力将阀体顶开，此时钻头保持架受到反作用力向上移动，注射孔露出，防脱环防止过大压力将钻头保持架顶落，阀体上的耐腐蚀橡胶密封圈防止药剂在滑腔中四处扩散。在阀体打开后，药剂通过阀体进入注入通道与钻头通道，并通过已经露出的注射孔向周边污染土壤及地下水中注射。待该深度的药剂完成注射后，关闭注射泵，高压注射钻头装置内的注射压力撤销，轻微敲击注射钻头下钻，阀体在耐腐蚀弹簧的压力作用下将注射通道堵死，钻头保持架回落封闭注射孔，防止药液回流和回拔钻杆过程中土壤阻塞注射孔。上述操作完成后可提升或下压高压注射钻头装置，按上述步骤进行其它污染土壤及地下水其它深度的注射。

Claims (7)

1.一种用于原位修复土壤及地下水污染的高压注射钻头，其特征在于，包括钻头（1）、注入装置（2）与注射装置（3），所述注射装置（3）位于注入装置（2）顶部，所述钻头（1）中部设置注射孔（4），所述钻头（1）顶部与注入装置（2）滑动连接，当所述钻头（1）顶部缩入注入装置（2）内后，所述注射孔（4）被注入装置（2）所遮蔽，所述钻头（1）顶部设置与注射孔（4）相连通的钻头通道（5），所述注入装置（2）内设置注入通道（6），所述注射装置（3）内设置注射通道（7），所述钻头通道（5）、注入通道（6）与注射通道（7）相连通。

2.根据权利要求1所述的一种用于原位修复土壤及地下水污染的高压注射钻头，其特征在于：所述钻头（1）包括钻探部（11）与导引部（12），所述导引部（12）位于钻探部（11）顶部，所述钻头通道（5）即位于所述导引部（12）内，所述注射孔（4）即位于所述钻探部（11）与导引部（12）连接位置。

3.根据权利要求1所述的一种用于原位修复土壤及地下水污染的高压注射钻头，其特征在于：所述注入装置（2）包括钻头保持架（21）与药剂腔连接管（22），所述药剂腔连接管（22）固定设置在钻头保持架（21）顶部，所述药剂腔连接管（22）与注射装置（3）相连接，所述钻头保持架（21）内为与钻头（1）滑动连接的滑腔（24），所述药剂腔连接管（22）内为药剂腔（25），所述药剂腔（25）内设置阀体（23），所述注入通道（6）即位于阀体（23）内，所述阀体（23）位于注射通道（7）下方并用于封闭注射通道（7），所述阀体（23）与钻头（1）顶部之间设置弹簧（26）。

4.根据权利要求3所述的一种用于原位修复土壤及地下水污染的高压注射钻头，其特征在于：所述滑腔（24）顶部设置台阶，所述钻头（1）顶部设置防脱环（13），所述台阶对防脱环（13）进行限位。

5.根据权利要求3所述的一种用于原位修复土壤及地下水污染的高压注射钻头，其特征在于：所述钻头（1）顶部设置密封圈（14），所述密封圈（14）与滑腔（24）相接触。

6.根据权利要求1所述的一种用于原位修复土壤及地下水污染的高压注射钻头，其特征在于：所述注射装置（3）包括与钻杆相连接的注射连接头（31），所述注射通道（7）即位于注射装置（3）内，所述注射通道（7）顶部连接高压接头（32），所述高压接头（32）上连接高压注射软管（33）。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种用于原位修复土壤及地下水污染的高压注射钻头，其特征在于：所述注射孔（4）在钻头（1）侧壁上呈圆周均匀设置四个。

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