CN112485069A - 一种主动式土壤气体采集检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动式土壤气体采集检测系统。该系统包括土壤气体采样钻具、气体采样泵、气体收集袋和测气仪；气体采样泵的进气端与土壤气体采样钻具的出气端通过第一管路连通；气体采样泵的出气端与气体收集袋通过第二管路连通，使得土壤气体采样钻具采集的土壤气体通过气体采样泵进入气体收集袋收集，便于对采集的土壤气体进行后续分析；测气仪设置在第一管路上，便于以实时测定土壤气体的组分，能够快速分析出土壤气体的各组分；该系统既能够实现实时检测土壤气体，又能够将集采的气体收集起来，便于后续对采集的土壤气体的精确分析，该系统功能全面、操作简单，适合在多种不同土壤环境中使用。

Description

一种主动式土壤气体采集检测系统

技术领域

本发明涉及土壤气体原位采集技术领域，尤其涉及一种主动式土壤气体采集检测系统。

背景技术

土壤孔隙中的气体称为土壤空气，根据其物理状态可分为自由态、吸附态及溶解态。土壤空气基本上是由大气而来，但也有少部分产生于土壤中生物化学过程。土壤空气是土壤重要组成成分之一，对于植物生长和土壤形成有重大意义。运用精准的方法收集土壤气体样品是准确获知土壤气体组分、浓度和含量的重要前提，有助于间接了解土壤的通气性和地球化学特性，以将其运用于地热勘察和油气化学勘探等领域，同时也可以间接反映出土壤被特定污染物所污染的情况，以指定不同的修复手段和方法。

目前，现有的土壤气体采集设备主要分为主动式土壤气体采集方法和被动式土壤气体采集方法，前者的气体采样装置通常设置一根采样管直接插入土壤或预先施工的钻孔中，利用负压将气体导出进行采样；后者则通过在土壤中添加吸附剂，对土壤气体进行吸附，不设置负压进行采样。然而，在设计和使用时仍存在一些缺陷，首先，现有的土壤气体采集设备操作繁琐，通常分为抽气和集气两个操作，很容易因为操作不当使得空气混入，无法保证采集气体的质量；不能采集特定深度的气体。

现有技术中的土壤气体采集设备均为特定长度的杆件，目前已有的土壤气体采样器可实现的有效采样深度为1-1.5m，限制了采样的深度，并且由于抽气装置的气路空间量大，在采集土壤气体前需排空气路中的残存气体，而且对于南方地区土壤湿度较大的情况下，在抽取一定量气体后，装置内容易发生积水渗漏等现象，导致气体采集的稳定性不佳，运用于土壤环境中存在局限性；并且地热勘察和油气勘探等研究领域需对土壤气体中氡气和游离烃的含量进行检测，通过检测数据进而确定钻井地点，当采集气体的组分不能现场实时测定时，会使得研究难度大大增加，技术人员需多次往返实验室和检测场地才能精准检测，加大了经费的投入，因此，实时检测所采集的土壤气体的组分非常必要。

现有技术中的土壤气体采集装置的功能单一、操作繁琐、气体采集成本高，一是存在不易控制气体采集量、无法保证气体采集时间，气体采集体积量和浓度无法定量等缺陷，二是不能实时检测所采集的土壤气体的组分；三是不能一次性采集不同深度的土壤气体，使得采集效率低下，未能满足研究人员的需求。

因此，为了满足不同土壤环境气体采集的需求，迫切需要研发出一种便于操作、易于维护、强度高、集采气与实时检测气体组分为一体的多功能以及适合多种土壤环境的经久耐用的土壤采集设备。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种操作简单、实时检测土壤气体组分、一次采集不同深度的土壤气体的主动式土壤气体可控采集及同步检测系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种主动式土壤气体采集检测系统，包括土壤气体采样钻具、气体采样泵、气体收集袋和测气仪；所述气体采样泵的进气端与所述土壤气体采样钻具的出气端通过第一管路连通；所述气体采样泵的出气端与所述气体收集袋通过第二管路连通；所述测气仪设置在所述第一管路上，以实时测定土壤气体的组分。

优选的，所述土壤气体采样钻具包括锥形钻头、螺旋杆、钻杆和把手；所述螺旋杆的一端与所述锥形钻头连接，其另一端与所述钻杆连接；所述钻杆与所述把手连接；所述螺旋杆内部设有腔室，所述腔室内沿所述螺旋杆的纵向交替间隔设有多个过滤层和隔离层；所述螺旋杆与所述过滤层相对应的周壁上设有贯穿其的多个进气孔；每个所述过滤层内安装有气体采集器；每个所述气体采集器的出气端与导气长管的进气端连通；每个所述导气长管的出气端依次穿过所述螺旋杆、钻杆和把手分别与所述第一管路连通；所述导气长管位于所述把手与所述第一管路之间的管路段上均设有打开或关闭其的阀门。

优选的，所述导气长管位于所述阀门与所述把手之间的管路段上均设有气体干燥器。

优选的，所述过滤层内部填充石英砂；所述隔离层内部填充膨润土。

优选的，所述螺旋杆从与所述锥形钻头连接端起逐渐变粗；所述螺旋杆的外周设有双道螺旋刀。

优选的，所述螺旋杆的一端与所述锥形钻头螺纹相接。

优选的，所述螺旋杆的另一端设有内螺纹孔，所述钻杆的一端设有外螺纹，所述钻杆的一端伸入所述螺旋杆的内螺纹孔中与所述螺旋杆螺纹连接；所述钻杆的一端设有凸缘，所述凸缘套在连接螺母内卡住所述连接螺母，以锁紧所述钻杆。

优选的，所述螺旋杆的另一端还设有销钉固定孔，在所述销钉固定孔内插入销钉定位，以确保钻具反转过程中不会脱落。

优选的，所述钻杆为中空钻杆，所述钻杆的另一端外壁和内壁均设有螺纹；所述把手中心设有螺纹孔；所述钻杆的另一端伸入所述螺纹孔与其螺纹连接，紧固螺栓伸入所述钻杆内部与所述钻杆内壁螺纹连接；所述导气长管的出气端依次穿过所述螺旋杆、钻杆、把手和紧固螺栓分别与所述第一管路连通。

优选的，所述气体采样泵内设气体流量检测器，以检测气体采样泵内部的气体的流速。

本发明的一种主动式土壤气体采集检测系统。该系统包括土壤气体采样钻具、气体采样泵、气体收集袋和测气仪；气体采样泵的进气端与土壤气体采样钻具的出气端通过第一管路连通；气体采样泵的出气端与气体收集袋通过第二管路连通，使得土壤气体采样钻具采集的土壤气体通过气体采样泵进入气体收集袋收集，便于对采集的土壤气体进行后续分析；测气仪设置在第一管路上，以实时测定土壤气体的组分，便于以实时测定土壤气体的组分，能够快速分析出土壤气体的各组分；本发明的一种主动式土壤气体采集检测系统，既能够实现实时检测土壤气体，又能够将集采的气体收集起来，便于后续对采集的土壤气体的精确分析，该系统功能全面、操作简单，适合在多种不同土壤环境中使用。

附图说明

图1为本发明实施例的一种主动式土壤气体采集检测系统的整体结构示意图。

图中标记说明：

1、土壤气体采样钻具；11、锥形钻头；12、螺旋杆；121、过滤层；122、隔离层；123、进气孔；124、销钉固定孔；13、钻杆；14、把手；141、螺纹孔；15、气体采集器；16、导气长管；17、紧固螺栓；18、连接螺母；2、气体采样泵；21、气体流量检测器；3、气体收集袋；4、测气仪；5、第一管路；6、第二管路；7、阀门；8、气体干燥器。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

如图1所示，一种主动式土壤气体采集检测系统的整体结构示意图。该系统包括土壤气体采样钻具1、气体采样泵2、气体收集袋3和测气仪4；气体采样泵2的进气端与土壤气体采样钻具1的出气端通过第一管路5连通；气体采样泵2的出气端与气体收集袋3通过第二管路6连通；测气仪4设置在第一管路5上，以实时测定土壤气体的组分。

本发明的一种主动式土壤气体采集检测系统。该系统包括土壤气体采样钻具1、气体采样泵2、气体收集袋3和测气仪4；气体采样泵2的进气端与土壤气体采样钻具1的出气端通过第一管路5连通；气体采样泵2的出气端与气体收集袋3通过第二管路6连通，使得土壤气体采样钻具1采集的土壤气体通过气体采样泵2进入气体收集袋3收集，便于对采集的土壤气体进行后续分析；测气仪4设置在第一管路5上，便于实时测定土壤气体的组分，能够快速分析出土壤气体的各组分及含量；本发明一种主动式土壤气体采集检测系统，既能够实现实时检测土壤气体，又能够将集采的气体收集起来，便于后续对采集的土壤气体的精确分析，该系统功能全面、操作简单，适合在多种不同土壤环境中使用。

土壤气体采样钻具1的类型可以有多种，在这里不做限定，本实施例中的土壤气体采样钻具1可以包括锥形钻头11、螺旋杆12、钻杆13和把手14；螺旋杆12的一端可以与锥形钻头11连接，其另一端可以与钻杆13连接；钻杆13可以与把手14连接；螺旋杆12两端封闭，其内部可以设有腔室，腔室内沿螺旋杆12的纵向可以间隔交替设有多个过滤层121和隔离层122；螺旋杆12与过滤层121相对应的周壁上可以设有贯穿其的多个进气孔123，土壤气体可以通过螺旋杆12周壁上设置的进气孔123进入过滤层121，过滤层121能够过滤掉土壤气体中的各种杂质；隔离层122能够有效隔离两个相邻过滤层121内的气体的相互流通，使得不同过滤层121内的土壤气体不会彼此混合，从而能够一次收集不同深度的土壤气体，大大提高土壤气体的采集效率；每个过滤层121内可以安装有气体采集器15；每个气体采集器15的出气端与导气长管16的进气端连通；导气长管16的出气端可以依次穿过螺旋杆12、钻杆13和把手14分别与第一管路5连通；使得不同的过滤层121中的土壤气体能够通过气体采集器15进入导气长管16，由导气长管16进入第一管路5，再由第一管路5进入气体采样泵2和测气仪4，导气长管16位于把手14与第一管路5之间的管路段上均设有打开或关闭其的阀门7；通过控制阀门7的开启和闭合，能够收集不同采集深度的土壤气体。

导气长管16位于阀门7与把手14之间的管路段上均设有气体干燥器8；气体干燥器8能够对土壤气体进行干燥，降低所采集的土壤气体的湿度，避免因湿度太大造成气体采样泵2和测气仪4的损坏。

过滤层121内部可以填充石英砂，石英砂耐磨、化学性能稳，提高仪器设备的使用稳定性，并且石英砂能有效过滤土壤气体中的各种杂质；隔离层122内部可以填充膨润土。

气体采集器15的材质可以气泡石，气泡石的透气性能好，能够有效采集土壤气体；导气长管16可以为特氟龙管，使得导气长管16能够在高温或者低温的环境下不变性，使得导气长管16的使用更加持久。

螺旋杆12的外周可以设有双道螺旋刀，与单道螺旋刀相比，双道螺旋刀能够提高了钻具的钻进速度，而且能有效减少螺旋刀的长度，达到间接减轻钻具的重量，螺旋杆12从与锥形钻头11连接端起逐渐变粗，使得螺旋杆12能更加方便地进入土壤。

螺旋杆12与锥形钻头11的连接方式有多种，在这里不做限定，本实施例中螺旋杆12的一端可以与锥形钻头11螺纹相接。

螺旋杆12的另一端可以设有内螺纹孔，钻杆13的一端可以设有外螺纹，所述钻杆13的一端可以伸入螺旋杆12的内螺纹孔中与螺旋杆12螺纹连接；钻杆13的一端可以设有凸缘，凸缘套在连接螺母18内卡住连接螺母18，以锁紧钻杆13，钻杆13在转入土壤过程中不易发生脱落，提高钻具的使用可靠性。

螺旋杆12的另一端还可以设有销钉固定孔124，在销钉固定孔124内插入销钉定位，能够确保钻具反转过程中不会脱落，提高钻具的使用可靠性。

钻杆13可以为中空钻杆13，钻杆13的另一端外壁和内壁均可以设有螺纹；把手14中心可以设有螺纹孔141；钻杆13的另一端伸入螺纹孔141与其螺纹连接，紧固螺栓17可以伸入钻杆13内与钻杆13内壁螺纹连接；导气长管16的出气端可以依次穿过螺旋杆12、钻杆13、把手14和紧固螺栓17分别与第一管路5连通；方便导气长管16通过管路与气体采样泵2和测气仪4连通。

气体采样泵2内可以设气体流量检测器21，以检测气体采样泵2内部的气体的流速，在调控气体采样泵2的流量时，可以通过气体流量检测器21准确获知土壤气体的流速，便于土壤气体的收集工作。

把手14可以采用可拆卸把手14，依据不同的土壤气体采样的深度以及不同的土壤条件，工作人员可以自主拆卸得到不同长度的把手14，提高操作方便性，能够适应不同土壤环境以及不同土壤深度采样的需求。

本发明的测气仪4可以为市场上购买的产品，在这里不做限定，本发明实施例中可以使用型号为K-100EX的测气仪4，该测气仪4能够实时检测土壤气体中的多种组分，例如甲烷、硫化氢、氨气、氧气、氡气和氢气等，适用于不同种类的土壤环境采集的土壤气体的成分初步检测的需求。

以上未涉及之处，适用于现有技术。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种主动式土壤气体采集检测系统，其特征在于，包括土壤气体采样钻具(1)、气体采样泵(2)、气体收集袋(3)和测气仪(4)；所述气体采样泵(2)的进气端与所述土壤气体采样钻具(1)的出气端通过第一管路(5)连通，所述气体采样泵(2)的出气端与所述气体收集袋(3)通过第二管路(6)连通；所述测气仪(4)设置在所述第一管路(5)上，以实时测定土壤气体的组分。

2.如权利要求1所述的一种主动式土壤气体采集检测系统，其特征在于，所述土壤气体采样钻具(1)包括锥形钻头(11)、螺旋杆(12)、钻杆(13)和把手(14)；所述螺旋杆(12)的一端与所述锥形钻头(11)连接，其另一端与所述钻杆(13)连接；所述钻杆(13)与所述把手(14)连接；所述螺旋杆(12)内部设有腔室，所述腔室内沿所述螺旋杆(12)的纵向间隔交替设有多个过滤层(121)和隔离层(122)，所述螺旋杆(12)与所述过滤层(121)相对应的周壁上设有贯穿其的多个进气孔(123)；每个所述过滤层(121)内安装有气体采集器(15)；每个所述气体采集器(15)的出气端与导气长管(16)的进气端连通；每个所述导气长管(16)的出气端依次穿过所述螺旋杆(12)、钻杆(13)和把手(14)分别与所述第一管路(5)连通，所述导气长管(16)位于所述把手(14)与所述第一管路(5)之间的管路段上均设有打开或关闭其的阀门(7)。

3.如权利要求2所述的一种主动式土壤气体采集检测系统，其特征在于，所述导气长管(16)位于所述阀门(7)与所述把手(14)之间的管路段上均设有气体干燥器(8)。

4.如权利要求2所述的一种主动式土壤气体采集检测系统，其特征在于，所述过滤层(121)内部填充石英砂；所述隔离层(122)内部填充膨润土。

5.如权利要求2所述的一种主动式土壤气体采集检测系统，其特征在于，所述螺旋杆(12)从与所述锥形钻头(11)连接端起逐渐变粗；所述螺旋杆(12)的外周设有双道螺旋刀。

6.如权利要求2所述的一种主动式土壤气体采集检测系统，其特征在于，所述螺旋杆(12)的一端与所述锥形钻头(11)螺纹相接。

7.如权利要求5所述的一种主动式土壤气体采集检测系统，其特征在于，所述螺旋杆(12)的另一端设有内螺纹孔，所述钻杆(13)的一端设有外螺纹，所述钻杆(13)的一端伸入所述螺旋杆(12)的内螺纹孔中与所述螺旋杆(12)螺纹连接；所述钻杆(13)的一端设有凸缘，所述凸缘套在连接螺母(18)内卡住所述连接螺母(18)，以锁紧所述钻杆(13)。

8.如权利要求7所述的一种主动式土壤气体采集检测系统，其特征在于，所述螺旋杆(12)的另一端还设有销钉固定孔(124)，在所述销钉固定孔(124)内插入销钉定位，以确保钻具反转过程中不会脱落。

9.如权利要求2所述的一种主动式土壤气体采集检测系统，其特征在于，所述钻杆(13)为中空钻杆，所述钻杆(13)的另一端外壁和内壁均设有螺纹；所述把手(14)中心设有螺纹孔(141)；所述钻杆(13)的另一端伸入所述螺纹孔(141)与其螺纹连接，紧固螺栓(17)伸入所述钻杆(13)内部与所述钻杆(13)内壁螺纹连接；所述导气长管(16)的出气端依次穿过所述螺旋杆(12)、钻杆(13)、把手(14)和紧固螺栓(17)分别与所述第一管路(5)连通。

10.如权利要求1所述的一种主动式土壤气体采集检测系统，其特征在于，所述气体采样泵(2)内设气体流量检测器(21)，以检测气体采样泵(2)内部的气体的流速。

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