CN112523678B - 土壤气监测孔成孔装置及其成孔方法与土壤气监测孔结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤气监测孔成孔装置及其成孔方法与土壤气监测孔结构，该装置包括：钻头；护壁套筒，所述护壁套筒具有相对的下开口端和用于安装于驱动装置的上开口端，所述下开口端可拆卸地连接于所述钻头；以及用于连接抽气泵的气管，穿设于所述护壁套筒中，所述气管的第一端连接于所述钻头，所述气管的第二端伸至所述上开口端的外部，所述气管的侧壁开设有进气孔。本发明解决了对污染场地中污染物浓度检测采用传统的钻孔采样勘探存在耗费的人力物力高的问题。

Description

土壤气监测孔成孔装置及其成孔方法与土壤气监测孔结构

技术领域

本发明涉及土壤气监测技术领域，具体涉及一种土壤气监测孔成孔装置及其成孔方法与土壤气监测孔结构。

背景技术

近年来，随着现代工业的快速发展和城市化进程的加快，我国出现了大量的搬迁或即将关停的化工企业。然而，由于这些化工企业在以往的生产运营中，由于环保意识不强，管理不善等原因，导致大量的有毒有害物质，特别是有机污染物进入到土壤中，出现了严重的场地土壤污染问题。

同时，我国城市生活垃圾清运量在近十年来以年均3.3％的速度增长。城镇生活垃圾历年累计存量已经高达60多亿吨。截至2010年，我国有生活垃圾填埋场628座，垃圾处理能力为38.8万吨/天，另外还有上千座简易填埋场。垃圾存量之巨，老场数量之多，使得存量治理工作尤为艰巨。很多非卫生的垃圾填埋场处于城市规划建设区甚至是核心区以内，修复治理工作已经刻不容缓。

在工业污染场地修复和简易垃圾填埋场整治之前均需要对地块环境进行取样调查，分析土壤、地下水等介质中污染物浓度。现有调查技术主要为钻孔采样勘探技术，利用不同的钻探设备进行钻探采样，随后进行实验室检测分析，获得所需的技术参数。这种方法耗费大量人力物力，经济性不高。由于部分污染场地前期资料的缺失，可能会导致对污染分布区域的误判。

发明内容

为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种土壤气监测孔成孔装置及其成孔方法与土壤气监测孔结构，以解决对污染场地中污染物浓度检测采用传统的钻孔采样勘探存在耗费的人力物力高的问题。

为实现上述目的，提供一种土壤气监测孔结构，包括：

钻头；

护壁套筒，所述护壁套筒具有相对的下开口端和用于安装于驱动装置的上开口端，所述下开口端可拆卸地连接于所述钻头；以及

用于连接抽气泵的气管，穿设于所述护壁套筒中，所述气管的第一端连接于所述钻头，所述气管的第二端伸至所述上开口端的外部，所述气管的侧壁开设有进气孔。

进一步的，所述护壁套管、所述气管以及所述钻头同轴设置。

进一步的，所述钻头形成有圆台，所述圆台设有外螺纹，所述下开口端内设有内螺纹，所述下开口端螺纹连接于所述圆台。

进一步的，所述圆台的远离所述钻头的一端连接有插接管，所述插接管穿设于所述气管的第一端中。

进一步的，所述气管的中部开设有多个所述进气孔。

进一步的，所述进气孔呈条形，所述进气孔沿所述气管的圆周方向设置。

本发明提供一种土壤气监测孔的成孔方法，包括以下步骤：

将护壁套筒安装于驱动装置，并将钻头朝下对准土壤气监测孔的孔位；

所述驱动装置转动所述护壁套筒，使得所述钻头于所述孔位向下旋转钻探形成容置孔洞；

于所述钻头上拆卸所述护壁套筒，并将所述护壁套筒从所述容置孔洞中拔除，使得所述气管的第二端伸至所述容置孔洞的洞口的外部；

于所述容置孔洞中回填第一回填土至气管的第一端以形成第一密封层，使得所述第一密封层包覆于所述钻头和所述气管的第一端；

于所述容置孔洞中回填过滤砂至所述气管的第二端以形成过滤层，使得所述进气孔埋设于所述过滤层中；

于所述容置孔洞中回填第二回填土至所述容置孔洞的洞口以形成第二密封层，所述气管的第二端伸至所述第二密封层的外部。

本发明提供一种土壤气监测孔结构，包括：

设置于土壤气待监测点的容置孔洞；

土壤气监测孔成孔装置的钻头，所述钻头朝下设置地容置于所述容置孔洞内；

土壤气监测孔成孔装置的气管，所述钻头连接有气管，所述气管的第一端连接于所述钻头，所述气管的第二端伸至所述容置孔洞的洞口外部；

第一回填土，回填于所述容置孔洞的孔底以形成第一密封层，所述第一密封层包覆于所述钻头和所述气管的第一端；

设置于所述第一回填土的上方的过滤砂，回填于所述容置孔洞中以形成过滤层，所述气管的进气孔埋设于所述过滤层中；

设置于所述过滤砂的上方的第二回填土，回填于所述容置孔洞的洞口中以形成第二密封层，所述气管的第二端伸至所述第二密封层的外部。

本发明提供一种土壤气采样方法，包括以下步骤：

提供截止阀、抽气泵和集气袋，并将气管连接于所述抽气泵的抽气嘴，于所述气管上安装所述截止阀；

开启所述抽气泵和所述截止阀以通过所述气管的进气孔抽取容置孔洞内的初始土壤气，使得所述容置孔洞内的气压接近真空状态；

关闭所述抽气泵和所述截止阀，使得过滤层外部的土壤气回填于所述容置孔洞内；

将所述集气袋连接于所述抽气泵的排气嘴，并在所述容置孔洞内的气压稳定后再次开启所述抽气泵和所述截止阀通过所述气管的进气孔抽取容置孔洞内的回填的土壤气并储存于所述集气袋中待测。

本发明提供一种土壤气气压监测方法，包括以下步骤：

提供真空度表、截止阀和抽气泵，并将气管连接于所述抽气泵的抽气嘴，于所述气管上安装所述真空度表和所述截止阀，所述截止阀设置于所述真空度表和所述抽气泵之间；

开启所述抽气泵和所述截止阀以通过所述气管的进气孔抽取容置孔洞内的初始土壤气，使得所述气管内的气压大于90kPa；

在所述气管内的气压大于90kPa之后关闭所述抽气泵和所述截止阀，使得过滤层外部的土壤气回填于所述容置孔洞内；

在所述气管内的气压稳定后，观测所述真空度表并记录气压值。

本发明的有益效果在于，本发明的土壤气监测孔成孔装置，一方面，单人或少量人员可以快速、高效地在待监测点形成土壤气监测孔，降低了设置土壤气监测孔所需的人力和物力，另一方面，成孔质量高，采集土壤气样品方便，使得土壤气采集和监测高效而快捷。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例的土壤气监测孔成孔装置的结构示意图。

图2为本发明实施例的土壤气监测孔成孔装置的钻头与护壁套筒分解示意图。

图3为本发明实施例的土壤气监测孔结构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1为本发明实施例的土壤气监测孔成孔装置的结构示意图、图2为本发明实施例的土壤气监测孔成孔装置的钻头与护壁套筒分解示意图、图3为本发明实施例的土壤气监测孔结构的结构示意图。

参照图1至图3所示，本发明提供了一种土壤气监测孔成孔装置，包括：钻头1、护壁套筒2和气管3。

护壁套筒2具有相对的下开口端和上开口端。护壁套筒2的上开口端用于安装于驱动装置。驱动装置可以是电钻、手持冲击钻、电锤中的任意一种。护壁套筒2的下开口端可拆卸地连接于所述钻头1。

驱动装置用于旋转护壁套筒，使得钻头旋转向下钻探。

气管3穿设于护壁套筒2中。气管3的第一端连接于钻头1。气管3的第二端伸至护壁套筒的上开口端的外部。气管的第二端用于连接抽气泵。气管3的侧壁开设有进气孔30。较佳的，进气孔开设于气管的中部。

在本实施例中，钻头1呈圆锥形。钻头是本发明的土壤气监测孔成孔装置的重要组成部分，其主要作用是破碎硬质土壤、石块、岩石块以在待监测点的土壤中形成孔。钻头为旋转钻头。在驱动装置(如电钻、手持冲击钻、电锤等)的带动下，旋转钻头会产生旋转，从而带动整个钻头产生向心运动，并通过侵削、研磨使硬质土壤、石块、岩石块发生裂痕并破碎，起到向下钻探的作用。根据工作环境、地域环境的不同，钻头的规格、形状也应当有所不同，从而提高钻探成孔的工作效率、工作质量。

护壁套筒用于在钻头的向下钻探的带动下，将被钻头破碎的土壤砂石挤压，并在护壁套筒的旋转过程中压抵瓷实，使得成孔的孔壁具有一定的硬度，不会坍塌，提高了成孔质量。

在成孔后，将护壁套筒拆卸下来并从孔中拔出，使得钻头和气管留置于孔中，气管在抽气泵的作用下抽取孔中的气流以用于监测和监测土壤气。

本发明的土壤气监测孔成孔装置，一方面，单人或少量人员可以快速、高效地在待监测点形成土壤气监测孔，降低了设置土壤气监测孔所需的人力和物力，另一方面，成孔质量高，采集土壤气样品方便，使得土壤气采集和监测高效而快捷。

作为一种较佳的实施方式，护壁套管、气管3以及钻头1同轴设置，使得护壁套管在驱动装置的驱动下高速、稳定地旋转钻探。

在本实施例中，钻头的顶部的外径适配于护壁套筒的外径，降低本发明的土壤气监测孔成孔装置下探阻力。

较佳的，钻头1的顶部形成有圆台11，圆台11设有外螺纹。护壁套筒的下开口端内设有内螺纹。护壁套筒的下开口端的内螺纹适配于圆台的外螺纹。护壁套筒的下开口端螺纹连接于圆台11。

在一些实施方式中，在成孔后，为了快速的将钻头和护壁套筒拆卸分离，而不扰动孔，避免孔壁坍塌，护壁套筒的内壁和圆台上分别设有反力座。护壁套筒的内壁的反力座与圆台上的反力座相对设置。护壁套筒的内壁的反力座安装有顶推油缸。顶推油缸为电动油缸。顶推油缸沿圆台的圆周方向设置。顶推油缸具有一伸缩端和一固定端。顶推油缸的固定端固定连接于护壁套筒的内壁的反力座。顶推油缸的伸缩端抵靠于圆台上的反力座。

在钻头的圆台与护壁套筒装配到位后，顶推油缸的伸缩端抵靠于圆台的反力座。当成孔后需要将钻头与护壁套筒分离时，开启顶推油缸，顶推油缸的伸缩端沿圆台的圆周方向顶推圆台的反力座，使得圆台与护壁套筒产生圆周方向上的转动，进而使得圆台能与护壁套筒松动快速分离，避免扰动孔壁而坍塌。

在本实施例中，圆台11的远离钻头1的一端连接有插接管12。插接管12穿设于气管3的第一端中。较佳的，插接管的中部同轴设置有支撑块，支撑块呈柱状，支撑块的外径适配于护壁套筒的内壁，避免护壁套筒在地层土壤的挤压下产生形变，提高护壁套筒的刚度。

在本实施例中，气管为柔性管，同时，气管3的中部开设有多个进气孔30。进气孔30呈条形。进气孔30沿气管3的圆周方向设置。

虽然气管为柔性，但是气管仍然需要具有一定的强度以确保在抽气泵的负压下不被挤压变形，使得土壤气的采集或土壤气气压监测正常进行。

气管为橡胶管、聚四氟乙烯管或其他塑料管，管径为10mm～100mm。护壁套筒为有一定刚度及强度的金属材质，管径根据气管的管径确定，内径一般比塑胶管外径大1～2cm。

本发明提供一种土壤气监测孔的成孔方法，包括以下步骤：

S11、将护壁套筒2安装于驱动装置，并将钻头1朝下对准土壤气监测孔的孔位。

S12、启动驱动装置，驱动装置转动护壁套筒2，使得钻头1于所述孔位向下旋转钻探形成容置孔洞。

S13、于钻头1上拆卸护壁套筒2，并将护壁套筒2从容置孔洞中拔除，使得气管3的第二端伸至容置孔洞的洞口的外部。

通过顶推油缸的帮助快速转动护壁套筒，使得护壁套筒与钻头的圆台快速、稳定的分离，避免扰动孔壁造成坍塌。

在护壁套筒与钻头的圆台分离后，将护壁套筒2从容置孔洞中拔除，使得气管与钻头留置于容置孔洞中，并且气管3的第二端伸至容置孔洞的洞口的外部。

S14、于容置孔洞中回填第一回填土4至气管3的第一端以形成第一密封层，使得第一密封层包覆于钻头1和气管3的第一端。

在本实施例中，第一回填土为膨润土。

S15、于容置孔洞中回填过滤砂5至气管3的第二端以形成过滤层，使得进气孔30埋设于过滤层中。

在本实施例中，过滤砂为石英砂。进气孔的孔径应小于石英砂的粒径。过滤砂用于滤除土壤气中的杂质。

S16、于容置孔洞中回填第二回填土6至容置孔洞的洞口以形成第二密封层，所述气管3的第二端伸至第二密封层的外部。

在本实施例中，第二回填土为膨润土。参阅图3所示，容置孔洞中包括位于容置孔洞的孔底的第一回填土、位于容置孔洞的中部的过滤砂、以及位于容置孔洞的上部的第二回填土。过滤砂设置的位置即为待监测深度的底层的深度，使得进气孔准确地抽取该深度的地层的土壤气。

本发明提供一种土壤气监测孔结构，包括：容置孔洞、钻头1、气管3、第一回填土4、过滤砂5和第二回填土6。

利用本发明的土壤气监测孔成孔装置在待监测点的孔位钻探设置于土壤气待监测点的容置孔洞。

钻头1朝下设置地容置于容置孔洞内。钻头1连接有气管3。

气管3的第一端连接于钻头1，气管3的第二端伸至容置孔洞的洞口外部。

第一回填土4回填于容置孔洞的孔底以形成第一密封层，第一密封层包覆于所述钻头1和所述气管3的第一端。

过滤砂5设置于第一回填土4的上方的。过滤砂5回填于容置孔洞的中部以形成过滤层。气管3的进气孔30埋设于过滤层中。

第二回填土6设置于过滤砂5的上方。第二回填土6回填于容置孔洞的洞口中以形成第二密封层。气管3的第二端伸至第二密封层的外部。

第一回填土4和第二回填土6为膨润土。过滤砂为石英砂。膨润土易选用小球状颗粒，填充一段后需加一定量的水润湿。土壤气监测孔结构设置完成后，若不立即采样，可用一段硬塑料棒塞住管口，避免杂质、雨水等进入土气孔。

本发明提供一种土壤气采样方法，包括以下步骤：

S31、提供截止阀、抽气泵和集气袋，并将气管3连接于抽气泵的抽气嘴，于气管3上安装截止阀。

S32、开启抽气泵和截止阀以通过气管3的进气孔30抽取容置孔洞内的初始土壤气(初始土壤气中包含有过滤层之外的土壤气)，使得容置孔洞内的气压接近真空状态。

先开启抽气泵，再开启截止阀，抽气5～10min至气管内真空度达到90kPa以上，抽出气管内混入的其他区域的气体后关闭截止阀，将气管与抽气泵断开后关闭抽气泵。

S33、关闭抽气泵和截止阀，使得过滤层外部的土壤气回填于容置孔洞内。

等待10～15分钟，使土壤气充满整个气管，并气管内的气压与土壤层的气压达到平衡，则代表过滤层外部的土壤气回填于容置孔洞内。

S34、将集气袋连接于抽气泵的排气嘴，并在容置孔洞内的气压稳定后再次开启抽气泵和截止阀通过气管3的进气孔30抽取容置孔洞内的回填的土壤气并储存于集气袋中待测。

将气管再次连入抽气泵，抽气泵出气口的排气嘴与集气袋连接，依次开启集气袋的阀门、抽气泵和截止阀，集气袋收集抽气泵抽出的气体至集气袋充满。

集气袋中收集的土壤气可以使用便携式检测设备检测，也可带回实验室用色谱、质谱仪等仪器检测。

本发明提供一种土壤气气压监测方法，包括以下步骤：

S41、提供真空度表、截止阀和抽气泵，并将气管3连接于抽气泵的抽气嘴，于气管3上安装真空度表和截止阀，截止阀设置于真空度表和抽气泵之间。

S42、开启抽气泵和截止阀以通过气管3的进气孔30抽取容置孔洞内的初始土壤气，使得气管3内的气压大于90kPa。

S43、在气管3内的气压大于90kPa之后关闭抽气泵和截止阀，使得过滤层外部的土壤气回填于容置孔洞内。

S44、在气管3内的气压稳定后，观测真空度表并记录气压值。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (8)

1.一种土壤气监测孔成孔装置的成孔方法，其特征在于，土壤气监测孔成孔装置包括：钻头；护壁套筒，所述护壁套筒具有相对的下开口端和用于安装驱动装置的上开口端，所述下开口端可拆卸地连接于所述钻头；以及用于连接抽气泵的气管，穿设于所述护壁套筒中，所述气管的第一端连接于所述钻头，所述气管的第二端伸至所述上开口端的外部，所述气管的侧壁开设有进气孔；所述钻头形成有圆台，所述圆台设有外螺纹，所述下开口端内设有内螺纹，所述下开口端螺纹连接于所述圆台，护壁套筒的内壁和圆台上分别设有反力座，护壁套筒的内壁的反力座与圆台上的反力座相对设置，护壁套筒的内壁的反力座安装有顶推油缸，顶推油缸沿圆台的圆周方向设置，顶推油缸具有一伸缩端和一固定端，顶推油缸的固定端固定连接于护壁套筒的内壁的反力座，顶推油缸的伸缩端抵靠于圆台上的反力座；

土壤气监测孔成孔装置的成孔方法包括以下步骤：

将护壁套筒安装于驱动装置，并将钻头朝下对准土壤气监测孔的孔位；

所述驱动装置转动所述护壁套筒，使得所述钻头于所述孔位向下旋转钻探形成容置孔洞；

于所述钻头上拆卸所述护壁套筒，并将所述护壁套筒从所述容置孔洞中拔除，使得所述气管的第二端伸至所述容置孔洞的洞口的外部；

于所述容置孔洞中回填第一回填土至气管的第一端以形成第一密封层，使得所述第一密封层包覆于所述钻头和所述气管的第一端；

于所述容置孔洞中回填过滤砂至所述气管的第二端以形成过滤层，使得所述进气孔埋设于所述过滤层中；

于所述容置孔洞中回填第二回填土至所述容置孔洞的洞口以形成第二密封层，所述气管的第二端伸至所述第二密封层的外部。

2.根据权利要求1所述的成孔方法，其特征在于，所述护壁套筒、所述气管以及所述钻头同轴设置。

3.根据权利要求1所述的成孔方法，其特征在于，所述圆台的远离所述钻头的一端连接有插接管，所述插接管穿设于所述气管的第一端中。

4.根据权利要求1所述的成孔方法，其特征在于，所述气管的中部开设有多个所述进气孔。

5.根据权利要求4所述的成孔方法，其特征在于，所述进气孔呈条形，所述进气孔沿所述气管的圆周方向设置。

6.一种土壤气监测孔结构，其特征在于，包括：

设置于土壤气待监测点的容置孔洞；

如权利要求1～5中任意一项所述的土壤气监测孔成孔装置的钻头，所述钻头朝下设置地容置于所述容置孔洞内；

如权利要求1～5中任意一项所述的土壤气监测孔成孔装置的气管，所述钻头连接有气管，所述气管的第一端连接于所述钻头，所述气管的第二端伸至所述容置孔洞的洞口外部；

第一回填土，回填于所述容置孔洞的孔底以形成第一密封层，所述第一密封层包覆于所述钻头和所述气管的第一端；

设置于所述第一回填土的上方的过滤砂，回填于所述容置孔洞中以形成过滤层，所述气管的进气孔埋设于所述过滤层中；

设置于所述过滤砂的上方的第二回填土，回填于所述容置孔洞的洞口中以形成第二密封层，所述气管的第二端伸至所述第二密封层的外部。

7.一种如权利要求6所述的土壤气监测孔结构的土壤气采样方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供截止阀、抽气泵和集气袋，并将气管连接于所述抽气泵的抽气嘴，于所述气管上安装所述截止阀；

开启所述抽气泵和所述截止阀以通过所述气管的进气孔抽取容置孔洞内的初始土壤气，使得所述容置孔洞内的气压接近真空状态；

关闭所述抽气泵和所述截止阀，使得过滤层外部的土壤气回填于所述容置孔洞内；

将所述集气袋连接于所述抽气泵的排气嘴，并在所述容置孔洞内的气压稳定后，再次开启所述抽气泵和所述截止阀，通过所述气管的进气孔抽取容置孔洞内的回填的土壤气并储存于所述集气袋中待测。

8.一种如权利要求6所述的土壤气监测孔结构的土壤气气压监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供真空度表、截止阀和抽气泵，并将气管连接于所述抽气泵的抽气嘴，于所述气管上安装所述真空度表和所述截止阀，所述截止阀设置于所述真空度表和所述抽气泵之间；

开启所述抽气泵和所述截止阀以通过所述气管的进气孔抽取容置孔洞内的初始土壤气，使得所述气管内的气压大于90kPa；

在所述气管内的气压大于90kPa之后关闭所述抽气泵和所述截止阀，使得过滤层外部的土壤气回填于所述容置孔洞内；

在所述气管内的气压稳定后，观测所述真空度表并记录气压值。

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