CN205538315U - 一种全封闭式土层测年龄样品取土器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及全封闭式土层测年龄样品取土器，有效解决传统取土器采集的土层测年龄样品易遭泥浆和渣土等异物污染和砂土土层测年龄样品采取率低的问题，储塞管的上有盖体，盖体上有钻杆接头，盖体顶有排气孔和钢丝孔，储塞管和取土管连，取土管内有衬管，取土管和外管连，外管内有气囊，气囊经上和下垫片卡装在外管的上和下卡槽内，衬管下端限位在上垫片顶部，气囊的气囊嘴伸出外管，吸气嘴穿过外管壁上的吸气孔吸气孔与气囊和外管之间的贴合处连通，外管和管靴连，管靴内有密封体，密封体顶部有钢丝绳，钢丝绳伸出盖体，本实用新型可提供合格可靠的土层测年龄样品，装卸和维护方便。

Description

一种全封闭式土层测年龄样品取土器

技术领域

本实用新型涉及地质勘探领域，特别是一种全封闭式土层测年龄样品取土器。

背景技术

在地质勘探领域，土层地质年代学测试在建立第四纪地层标准剖面和鉴定隐伏断层活动性等方面具有重要意义。土层测年方法有热释光、光释光、电子自旋共振、碳十四等，这些测年方法要求土层测年龄样品应避免异物污染、避光、避热等。在钻孔中采集土层测年龄样品质量的优劣直接影响到土层测年数据的可靠性。

针对上述土层测年方法对土层测年龄样品应避免异物污染、避光、避热的具体质量要求，目前在钻孔中使用的传统取土器存在以下不足之处：（1）传统取土器主要应用于工程地质勘查和岩土工程勘察等领域，对取土器的主要求是能够采集到免受扰动而保持土的原状结构的土样品即原状土样；传统取土器按其结构以及封闭形式可分为敞口式和封闭式，其中，敞口式取土器有球阀式、活阀式、回转式、气压式等，敞口式取土器在钻孔中下降过程中会使泥浆和渣土涌入取土器内部，在取土器提升过程中无法隔离泥浆与取土器下部的接触，因此，传统的敞口式取土器采集的土层测年龄样品不能避免钻孔中泥浆、渣土等异物的侵入和污染；传统的封闭式取土器有固定活塞式、自由活塞式、水压活塞式等，这些传统的封闭式取土器虽然在钻孔中下降过程中取土器内部为封闭状态，泥浆、渣土等不会涌入取土器内部，但是在取土器提升过程中也无法隔离泥浆与取土器下部的接触，同样存在钻孔内泥浆、渣土等异物的侵入和污染土样品的问题。（2）当传统敞口式取土器在钻孔内提升过程中其上部封闭不紧密时，取土器内部不能形成局部负压，还存在砂土样品常常从取土器中向下掉入钻孔内从而采集不到砂土样品的问题，即砂土样品的采取率比粉土和粘性土低，这与砂粒之间缺乏粘聚力、易坍塌等砂土的特性以及与传统敞口式取土器的结构有关。

总之，传统取土器采集的土样品主要为工程地质勘查或岩土工程勘察服务，对土样品的要求主要是在取样过程中保持土样品的原状结构，尽量避免或减少对土样品的扰动，很少考虑泥浆和渣土等异物对土样品的污染问题。然而，土层地质年代学测试对钻孔中土层测年龄样品的最基本要求是土样品不能遭受泥浆、渣土等异物的污染。可见，需要开发出一种适用于在钻孔中采集土层测年龄样品的取土器。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本实用新型之目的就是提供一种全封闭式土层测年龄样品取土器，可有效解决传统取土器采集的土层测年龄样品易遭泥浆和渣土等异物污染和砂土土层测年龄样品采取率低的问题。

本实用新型解决的技术方案是，储塞管的上端口部上装有盖体，盖体顶部上面有竖直向上的钻杆接头，盖体的顶壁内分别有和盖体下部内腔连通的排气孔和钢丝孔，钢丝孔的下开口置于盖体的顶壁内表面中心，钢丝孔的上开口处有相互连通的橡皮软管，储塞管的下端和取土管的上端活动连接，取土管内装有贴合在一起的衬管，衬管的上端限位在储塞管的下端内，取土管的下端和外管的上端活动连接，外管内装有贴合在一起的气囊，气囊的上下沿分别经上垫片和下垫片卡装在外管上部的上卡槽和外管下部的下卡槽内，衬管的下端限位在上垫片顶部，气囊的气囊嘴伸出外管，外管的侧壁上有吸气孔，吸气嘴的吸气端穿过吸气孔与气囊和外管之间的贴合处相互连通，外管的下端和管靴的上端活动连接，管靴内密封有底部伸出的密封体，密封体的顶部有竖直向上的钢丝绳，钢丝绳的上端自下向上依次经钢丝孔和橡皮软管伸出盖体，橡皮软管和钢丝绳紧密接触，构成密闭结构，储塞管、衬管、气囊、管靴相互连通构成密封体和土层测年龄样品通道，密封体经钢丝绳的移动在密封体和土层测年龄样品通道内呈上升或下降状态。

本实用新型提供一种在取土器下降、取土和提升过程中取土管皆与钻孔中泥浆、渣土等污染物进行有效隔离的取土器，使取土管中的土层测年龄样品避免遭受泥浆、渣土等异物的污染，为土层地质年代学测试提供合格可靠的土层测年龄样品，本实用新型装卸和维护方便，适用于在钻孔中采集砂土、粉土、粘土等土层测年龄样品的采集。

附图说明

图1为本实用新型的结构剖视图。

图2为本实用新型盖体的结构半剖视图。

图3为本实用新型储塞管的结构半剖视图。

图4为本实用新型外管的结构半剖视图。

图5为本实用新型气囊的结构立体图。

图6为本实用新型上垫片的结构半剖视图。

图7为本实用新型外套的结构半剖视图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明。

由图1-图7给出，本实用新型的结构是，储塞管2的上端口部上装有盖体4，盖体顶部上面有竖直向上的钻杆接头1，盖体的顶壁内分别有和盖体下部内腔连通的排气孔24和钢丝孔22，钢丝孔的下开口置于盖体的顶壁内表面中心，钢丝孔的上开口处有相互连通的橡皮软管6，储塞管2的下端和取土管3的上端活动连接，取土管内装有贴合在一起的衬管7，衬管的上端限位在储塞管的下端内，取土管的下端和外管8的上端活动连接，外管内装有贴合在一起的气囊9，气囊的上下沿分别经上垫片10和下垫片11卡装在外管上部的上卡槽12和外管下部的下卡槽13内，衬管的下端限位在上垫片顶部，气囊的气囊嘴42伸出外管，外管的侧壁上有吸气孔14，吸气嘴15的吸气端穿过吸气孔与气囊和外管之间的贴合处相互连通，外管的下端和管靴5的上端活动连接，管靴内密封有底部伸出的密封体，密封体的顶部有竖直向上的钢丝绳16，钢丝绳的上端自下向上依次经钢丝孔和橡皮软管伸出盖体，橡皮软管和钢丝绳紧密接触，构成密闭结构，储塞管、衬管、气囊、管靴相互连通构成密封体和土层测年龄样品通道，密封体经钢丝绳的移动在密封体和土层测年龄样品通道内呈上升或下降状态。

所述的钻杆接头1为内壁上有第一内螺纹17的筒状体，钻杆接头固定在管盖顶部中心，用于取土器（本实用新型）和钻杆之间的连接。

所述的排气孔24的上部呈竖直状，下部呈倾斜状，排气孔的上口部装有相连通的排气嘴25。

所述的排气孔24的上部内壁上有第二内螺纹，排气嘴25的外壁上有和第二内螺纹相匹配的第一外螺纹，排气孔上部安装带第一外螺纹的排气嘴作用是，在取土样过程中，使取土器（本实用新型）内腔的空气通过排气嘴排到地面钻孔以外。

所述的盖体4下端内壁上有第三内螺纹23，储塞管的上端外壁上有和第三内螺纹相匹配的第二外螺纹26，储塞管的下端内壁上有第四内螺纹27，第四内螺纹的上端和储塞管内壁之间有水平的限位台28。

所述的储塞管2为钢质的筒状结构，储塞管的内腔高度大于密封体与气囊的高度之和。

所述的取土管3为上下端外壁上均有第三外螺纹29的钢质筒状体，取土管经上端的第三外螺纹和储塞管下端的第四内螺纹相互咬合。

所述的衬管7为高度和取土管高度相同的不透光塑料制成的管状体，用于储存采集的土层测年龄样品，衬管的上端顶在储塞管的限位台下面，衬管的内径和储塞管的内径相等。

所述的外管8为钢质的筒状体，结构是，中间管30的顶部内沿周向设有向下凹陷、开口朝上的上卡槽，中间管的底部内沿周向设有向上凹陷、开口朝下的下卡槽，上卡槽和下卡槽是以中间管的横向中心线为中心的上下对称的环形，上卡槽的外壁向上延伸构成外管的上端，外管上端内侧壁上有第五内螺纹33，下卡槽的外壁向下延伸构成外管的下端，外管下端内侧壁上有第六内螺纹34，中间管相对应的两侧壁上分别设有相连通的吸气孔14和气嘴孔35，外管经第五内螺纹和取土管下端的第三外螺纹相互咬合，中间管的内径和衬管的内径相等。

所述的吸气孔14和气嘴孔35的下方在外管的两侧壁上分别有向外凸起护耳36，用以在取土器下降时保护气囊嘴和吸气嘴，护耳为尖部向下的半圆锥体。

所述的吸气孔14和吸气嘴15经螺纹密封连接，吸气嘴的排气端上有密封帽37，吸气嘴的作用是抽出气囊外壁与外管内壁之间的贴合处的空气，盖上吸气嘴上的密封帽，使气囊与外管内壁之间空腔处于真空状态，从而使气囊与外管内壁贴合紧密。

所述的气囊9为有环形气道的圆筒体，环形气道的内环为气囊的内壁，环形气道的外环为气囊的外壁，气囊的上端和下端分别有向外水平伸出的上沿38和下沿39，气囊外壁上有气囊嘴42，气囊嘴穿过气嘴孔伸出外管，经螺母40与外管密封连接。

所述的上垫片10和下垫片的结构相同，均是由水平体和竖直体垂直连接，构成截面呈L形的环形一体结构，上垫片的水平体置于取土管和衬管的底部，下垫片的水平体置于管靴的顶部，取土管和衬管的底部向下挤压上垫片的水平体，使上垫片的竖直体压紧气囊的上沿固定在上卡槽内，管靴的顶部向上顶压下垫片的水平体，使下垫片的竖直体压紧气囊的下沿固定在下卡槽内，上垫片和下垫片的水平体的内径均与中间管的内径相等。

所述的外管8经第六内螺纹和管靴上端外壁上的第四外螺纹相互咬合，管靴为钢质的上下开口的圆筒状，管靴的下端为外壁呈收缩状的刃口结构，刃口的倾斜角度为15°。

所述的管靴5内径不大于气囊放气状态的内径。

所述的密封体是由舌塞柱41、外套32、环形垫31、上舌塞21和下舌塞18构成，舌塞柱41的顶部和底部有连接孔，连接孔内有第七内螺纹，舌塞柱外周套装有橡胶制成的外套32，外套的顶部和底部有与连接孔相对应的孔洞19，外套和管靴贴合在一起，外套的底部和管靴的底平齐，外套的顶部和底部均有环形垫31，上舌塞和下舌塞的端部分别经环形垫穿过外套顶部和底部的孔洞装在舌塞柱顶部和底部的连接孔内，下舌塞的顶部伸出管靴下端，上舌塞的顶部装有钢丝绳，密封体的作用是，在取土器下降过程中，实现隔绝钻孔内的泥浆、渣土向取土器内部侵入的通道，当取土器到达钻孔孔底待采集的土层以上1倍气囊高度处的土层时，通过钻机先对取土器施加下压力，使管靴下端插入孔底土层的表层之后，通过上拉钢丝绳将密封体上移至储塞管内顶部，同时，在钻机对取土器施加的下压力作用下，取土器逐渐插入待采集的土层内部，从而土层测年龄样品通过管靴、气囊而到达取土管的衬管之中。

所述的上舌塞21和下舌塞18的结构相同，均为顶部呈锥形、端部有和第七内螺纹相匹配的第五外螺纹20的实芯体。

所述的舌塞柱41为钢质的圆柱体，外套、环形垫、上舌塞顶部锥形的高度之和不大于管靴的高度。

所述的外套32的外径小于储塞管的内径。

所述的钢丝绳16在橡皮软管内呈滑动状态，橡皮软管和钢丝绳紧密接触，能够阻止钻孔中泥浆、渣土侵入到储塞管内。

所述的钢丝孔22的上部呈竖直状，下部呈倾斜状，钢丝孔的上部有第八内螺纹。

所述的橡皮软管6的下端经钢质接头和钢丝孔的上部旋装连接，钢质接头为下端外壁上有螺纹的圆筒体。

使用本取土器，用于土层测年龄样品的采集过程如下：

根据第四纪地质钻探或隐伏断层钻探设计或研究要求，采用泥浆护壁工艺对设计或研究地点进行钻孔。当钻进到距需要土层测年龄样品所在土层即待采样土层的深度上方1倍气囊高度处时，停止钻进，进行清除孔底渣土的工作，将孔底渣土清理干净。

将钻杆接头与钻杆通过螺纹固定连接紧密，将钢丝绳与地面钢丝绳相连接，将气囊嘴通过气管与地面气泵相连接，将排气嘴通过气管连通到地面之上，钻机通过钻杆将取土器送到钻孔底部，在这个过程中，密封体封闭管靴，将钻孔内泥浆、渣土与取土器内部隔绝。接着，钻机通过施加压力使管靴与孔底土层紧密接触，这时，在地面拉动钢丝绳将密封体吊至储塞管顶部后，继续将取土器压入待采样土层中进行取土层测年龄样品。取土器在钻孔内下降和取土器下压取土层测年龄样品过程中，通过气泵吸气使气囊处于真空状态，气囊壁紧贴外管内壁；当取土器下压至设计深度，土层测年龄样品进入取土管内的衬管后，通过气泵向气囊进行充气并保持气囊内恒压，这种状态一致保持到将土取器提出钻孔放置到地面上，使气囊通过膨胀对进入气囊内环线内的土体进行压密，这样，气囊和气囊内环线内的土体一起组成隔离体，从而实现将气囊上部的衬管以及土层测年龄样品与钻孔内的泥浆、渣土隔离起来，当取土器从钻孔中提出地面拆卸取土管时，先对气囊进行减压放气再进行拆卸工作。在拆卸土层测年龄样品过程中还要注意避光和避免污染，取出衬管后，立即对衬管用不透光和不含碳材料进行密封，并贴上样品标签，放入专用储样箱中储存，即完成了一个土层测年龄样品的采集工作。

本实用新型专利与现有技术相比，具有如下特点：

本实用新型在盖体上设置的钢丝孔仅供钢丝绳通过，排气孔仅供取土器内空气外排，可有效阻止钻孔内泥浆、渣土进入土取器内部而污染土层测年龄样品；在管靴中设置密封体，是为了在取土器下降过程中可有效阻止钻孔内泥浆、渣土进入土取器内部；在衬管下部设置气囊，是为了在取土器提升过程中可有效阻止钻孔内泥浆、渣土进入土取器内部的衬管中；从而实现在取土器的下降、取土和提升的全过程中，衬管中的土层测年龄样品均处于全封闭状态，有效避免了土层测年龄样品遭受钻孔内泥浆、渣土的污染，并避光避热，可为土层地质年代学测试提供合格的土层测年龄样品。并且采集的土层测年龄样品在取土器提升过程中由于其下部的气囊的阻挡，不会下滑到钻孔内，提高了钻孔中土层测年龄样品特别是砂土土层测年龄样品的采取率。

Claims (10)

1.一种全封闭式土层测年龄样品取土器，其特征在于，储塞管（2）的上端口部上装有盖体（4），盖体顶部上面有竖直向上的钻杆接头（1），盖体的顶壁内分别有和盖体下部内腔连通的排气孔（24）和钢丝孔（22），钢丝孔的下开口置于盖体的顶壁内表面中心，钢丝孔的上开口处有相互连通的橡皮软管（6），储塞管（2）的下端和取土管（3）的上端活动连接，取土管内装有贴合在一起的衬管（7），衬管的上端限位在储塞管的下端内，取土管的下端和外管（8）的上端活动连接，外管内装有贴合在一起的气囊（9），气囊的上下沿分别经上垫片（10）和下垫片（11）卡装在外管上部的上卡槽（12）和外管下部的下卡槽（13）内，衬管的下端限位在上垫片顶部，气囊的气囊嘴（42）伸出外管，外管的侧壁上有吸气孔（14），吸气嘴（15）的吸气端穿过吸气孔与气囊和外管之间的贴合处相互连通，外管的下端和管靴（5）的上端活动连接，管靴内密封有底部伸出的密封体，密封体的顶部有竖直向上的钢丝绳（16），钢丝绳的上端自下向上依次经钢丝孔和橡皮软管伸出盖体，橡皮软管和钢丝绳紧密接触，构成密闭结构，储塞管、衬管、气囊、管靴相互连通构成密封体和土层测年龄样品通道，密封体经钢丝绳的移动在密封体和土层测年龄样品通道内呈上升或下降状态。

2.根据权利要求1所述的全封闭式土层测年龄样品取土器，其特征在于，所述的钻杆接头（1）为内壁上有第一内螺纹（17）的筒状体，钻杆接头固定在管盖顶部中心，用于取土器和钻杆之间的连接。

3.根据权利要求1所述的全封闭式土层测年龄样品取土器，其特征在于，所述的排气孔（24）的上部呈竖直状，下部呈倾斜状，排气孔的上口部装有相连通的排气嘴（25），所述的排气孔（24）的上部内壁上有第二内螺纹，排气嘴（25）的外壁上有和第二内螺纹相匹配的第一外螺纹。

4.根据权利要求3所述的全封闭式土层测年龄样品取土器，其特征在于，所述的盖体（4）下端内壁上有第三内螺纹（23），储塞管的上端外壁上有和第三内螺纹相匹配的第二外螺纹（26），储塞管的下端内壁上有第四内螺纹（27），第四内螺纹的上端和储塞管内壁之间有水平的限位台（28）；所述的储塞管（2）为钢质的筒状结构，储塞管的内腔高度大于密封体与气囊的高度之和；所述的取土管（3）为上下端外壁上均有第三外螺纹（29）的钢质筒状体，取土管经上端的第三外螺纹和储塞管下端的第四内螺纹相互咬合；所述的衬管（7）为高度和取土管高度相同的不透光塑料制成的管状体，衬管的上端顶在储塞管的限位台下面，衬管的内径和储塞管的内径相等。

5.根据权利要求1所述的全封闭式土层测年龄样品取土器，其特征在于，所述的外管（8）为钢质的筒状体，结构是，中间管（30）的顶部内沿周向设有向下凹陷、开口朝上的上卡槽，中间管的底部内沿周向设有向上凹陷、开口朝下的下卡槽，上卡槽和下卡槽是以中间管的横向中心线为中心的上下对称的环形，上卡槽的外壁向上延伸构成外管的上端，外管上端内侧壁上有第五内螺纹（33），下卡槽的外壁向下延伸构成外管的下端，外管下端内侧壁上有第六内螺纹（34），中间管相对应的两侧壁上分别设有相连通的吸气孔（14）和气嘴孔（35），外管经第五内螺纹和取土管下端的第三外螺纹相互咬合，中间管的内径和衬管的内径相等。

6.根据权利要求1所述的全封闭式土层测年龄样品取土器，其特征在于，所述的吸气孔（14）和气嘴孔（35）的下方在外管的两侧壁上分别有向外凸起护耳（36），护耳为尖部向下的半圆锥体；所述的吸气孔（14）和吸气嘴（15）经螺纹密封连接，吸气嘴的排气端上有密封帽（37），气囊与外管内壁贴合紧密；所述的气囊（9）为有环形气道的圆筒体，环形气道的内环为气囊的内壁，环形气道的外环为气囊的外壁，气囊的上端和下端分别有向外水平伸出的上沿（38）和下沿（39），气囊外壁上有气囊嘴（42），气囊嘴穿过气嘴孔伸出外管，经螺母（40）与外管密封连接。

7.根据权利要求5所述的全封闭式土层测年龄样品取土器，其特征在于，所述的上垫片（10）和下垫片的结构相同，均是由水平体和竖直体垂直连接，构成截面呈L形的环形一体结构，上垫片的水平体置于取土管和衬管的底部，下垫片的水平体置于管靴的顶部，取土管和衬管的底部向下挤压上垫片的水平体，使上垫片的竖直体压紧气囊的上沿固定在上卡槽内，管靴的顶部向上顶压下垫片的水平体，使下垫片的竖直体压紧气囊的下沿固定在下卡槽内，上垫片和下垫片的水平体的内径均与中间管的内径相等；所述的外管（8）经第六内螺纹和管靴上端外壁上的第四外螺纹相互咬合。

8.根据权利要求1所述的全封闭式土层测年龄样品取土器，其特征在于，所述的密封体是由舌塞柱（41）、外套（32）、环形垫（31）、上舌塞（21）和下舌塞（18）构成，舌塞柱（41）的顶部和底部有连接孔，连接孔内有第七内螺纹，舌塞柱外周套装有橡胶制成的外套（32），外套的顶部和底部有与连接孔相对应的孔洞（19），外套和管靴贴合在一起，外套的底部和管靴的底平齐，外套的顶部和底部均有环形垫（31），上舌塞和下舌塞的端部分别经环形垫穿过外套顶部和底部的孔洞装在舌塞柱顶部和底部的连接孔内，下舌塞的顶部伸出管靴下端，上舌塞的顶部装有钢丝绳。

9.根据权利要求8所述的全封闭式土层测年龄样品取土器，其特征在于，所述的上舌塞（21）和下舌塞（18）的结构相同，均为顶部呈锥形、端部有和第七内螺纹相匹配的第五外螺纹（20）的实芯体，所述的舌塞柱（41）为钢质的圆柱体，外套、环形垫、上舌塞顶部锥形的高度之和不大于管靴的高度，所述的外套（32）的外径小于储塞管的内径。

10.根据权利要求1所述的全封闭式土层测年龄样品取土器，其特征在于，所述的钢丝绳（16）在橡皮软管内呈滑动状态，橡皮软管和钢丝绳紧密接触，所述的钢丝孔（22）的上部呈竖直状，下部呈倾斜状，钢丝孔的上部有第八内螺纹，所述的橡皮软管（6）的下端经钢质接头和钢丝孔的上部旋装连接，钢质接头为下端外壁上有螺纹的圆筒体。