CN211064139U - 一种用于向土层深部施撒物料的气压并联主动式装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于向土层深部施撒物料的气压并联主动式装置，所述装置包括物料施撒枪、位于物料施撒枪上部的入土装置，以及分别与物料施撒枪相连接的气体喷爆系统和物料施入系统，所述气体喷爆系统和物料施入系统相互并联式与物料施撒枪相连接，其中，所述气体喷爆系统包括高压气罐和喷爆阀，所述物料施入系统包括依次相互连接的物料仓、给料阀、阀一、物料发送仓、阀二和输料管，所述输料管与物料施撒枪内部相连通。本实用新型装置可向任意深度的土层内部均匀施入定量的各类物料，替代了传统方式，大大提高了向土层深部施入物料的作业效率，显著降低了向土层深部施入物料的成本，减少了人工劳动强度。

Description

一种用于向土层深部施撒物料的气压并联主动式装置

技术领域

本实用新型属于向土层深部施撒物料的装置技术领域，具体涉及一种用于向土层深部施撒物料的气压并联主动式装置。

背景技术

土壤是人类活动的基础，是人类赖以生存和发展根源。随着经济社会的快速发展，人类活动对土壤的索取已经严重透支了土壤承载能力，导致养育我们的土壤板结了、退化了和污染了。这种透支活动不仅破坏和影响了土壤表层，而且进一步破坏和影响了深部土壤。如何修复和改良土壤、维护和重建深部土壤，目前已面临人工作业上无人愿做，技术手段上无计可施和作业装备上无机可用的尴尬境地。这种现状不仅在农业土壤、古树复壮、海绵城市建设、草皮护理、园林绿化等浅层土壤修复改良领域如此，而且在环境保护、地下水污染治理、土壤污染场地修复、矿山修复、沙漠治理等深部土壤修复领域更是如此。不论是浅层土壤修复改良还是深部土壤修复，目前核心工艺或第一性原理是将土壤修复改良的物料与目标土壤实现均匀混合，尤其是土壤原位修复改良更是如此。为达到物料与土壤的原位均匀混合，现有的方法如下：

在浅层土壤(土层深度0～1米之内)进行物料施撒，主要方式为：采用人工用锄头、铁锹挖掘搅拌混入物料；人工或施撒机将物料施撒在土壤表面，然后用拖拉机等动力设备带动旋耕机等作业设备将施撒在地表的物料混入土中，或采用挖机、铲车等工程装备搭载相关机具将各种物料搅拌混合进入土层。

在深部土层(土层深度1～30米之内)进行物料施撒，目前主要方式为：采用挖掘机挖掘坑、沟和槽，将物料与土层混合搅拌再回填入土层；或采用钻机钻孔，然后将配置好的液体试剂灌入孔中，利用液体渗透实现试剂在土层中的扩散，为加快反应过程一般采用将高温高压蒸汽从钻孔中压入土层，同时采用气相抽提加速土层污染的修复与治理。

以上这些装备均存在以下不足，主要表现在：

在浅层土壤修复改良领域，物料施撒相关装备和方法主要局限在地表撒施，再用锄头、犁头、铲子、挖掘机、铲车等翻挖工具将土壤和物料搅拌混合，其存在的缺陷主要表现在：其一、破坏表层土壤和土壤团粒结构；其二、作业受限因素多，包括但不限于地形地貌、作物种类、施用的物料种类、作业季节等；其三、作业效率低、效果差、成本高、工艺复杂、劳动强度大。

在土层深部进行土壤修复改良，物料施撒相关装备和方法主要局限在钻孔、注入药剂、高温高压加压、抽提处理等工艺环节，存在的缺陷主要表现在：其一、混合物料种类限制，施撒的药剂局限于气体和具有渗透扩散作用的液体药剂，对固体粉粒状物质无法进行扩散；其二、工艺复杂、周期长、投入高、效率低，混合处理不均匀不彻底；其三、适用面窄，对矿山修复、沙漠治理、地下水污染治理等无能为力。

综上所述，有必要开发一种向任意深度土层内部施撒物料的装置，使其作业效率高、物料施撒均匀、物料施撒量精确、作业成本低以及劳动强度低，更好的适用于现阶段各类型土壤的修复改良，这将具有重要的现实意义。

实用新型内容

本实用新型就是为了解决上述技术问题而提出一种用于向土层深部施撒物料的气压并联主动式装置，以满足向土层内部施撒物料的需求。通过该物料施撒装置，可向任意深度的土层中均匀的施入定量的各类物料，相比于传统的作业方式作业效率高、物料施撒均匀、物料施撒量精确、劳动强度低以及作业成本低。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种用于土层深部施撒物料的气压并联主动式装置，所述装置包括物料施撒枪、位于物料施撒枪上部的入土装置，以及分别与物料施撒枪相连接的气体喷爆系统和物料施入系统，所述气体喷爆系统和物料施入系统相互并联地与物料施撒枪相连接。

所述的物料施撒枪内部为中空的管状物，可为圆管或方管，通径可为10mm～200mm；下端部为锥形且封闭，下端周壁开有压缩气体和物料的通道孔；长度按需要施撒物料的土层深度确定，可为10cm～30m，根据长度可分为单根或多根相连接；物料施撒作业时需置入要求深度的土层内部，是喷爆气体和物料进入土层的通道。

所述的入土装置用于将物料施撒枪置入一定深度的土层，根据土层的质地和深度可择优的选择冲击式、振动式或钻入式，其动力也可择优的选择电动、液压、气动或机械驱动。

所述气体喷爆系统包括高压气罐和喷爆阀，所述的高压气罐与所述的喷爆阀固定连接，喷爆阀的出口与物料施撒枪连接。所述的气体喷爆系统用于通过所述物料施撒枪将喷爆气体瞬间释放进入土层并形成冲击波喷爆土层。

进一步地，当且仅当土层内部用于填充物料的孔隙不足时，才需控制所述高压气罐内储存的高压压缩气体通过所述喷爆阀瞬间释放并通过所述物料施撒枪喷入土层中形成气爆，从而在土层中形成裂隙用于物料的填充空间；

进一步地，所述高压气罐内的气体压力以及所述高压气罐的气体容量均可根据土层质地和深度择优选择，可择优的选择所述高压气罐内的气体压力为0.5～5MPa，可择优的选择所述高压气罐的气体容量为5～200L；

所述物料施入系统包括依次相互连接的物料仓、给料阀、阀一、物料发送仓、阀二和输料管，所述输料管与所述物料施撒枪内部相连通；

进一步地，所述物料仓用于储存大量拟施入土层的物料，所述的物料仓容积可根据需要施撒物料的量以及作业时间综合择优选择；所述物料仓的外形结构尺寸及材质可根据物料的性质择优选择，所述物料仓的下部可为锥形，锥角与物料堆积角相等或相近，以便物料的下落，所述物料仓的材质可为碳钢、不锈钢、铝合金及塑料等；

进一步的，所述物料发送仓设置有物料助流装置，所述物料助流装置包括但不限于配置合适的机械式搅拌助流器或气流式喷吹装置，用于将所述物料发送仓内的物料初始流化。所述物料发送仓用于存储通过所述给料阀计量的定量物料，并采用压缩气体作为动力将物料通过所述输料管和所述物料施撒枪施入土层中；所述物料发送仓的容积需满足单次物料的施撒量0.25～20kg，可为1～30L；所述物料发送仓用于发送物料的压缩气体压力可为0.1～3MPa，单次发送所需气量与物料量之比为3～50；

进一步地，所述给料阀用于精确计量进入所述物料发送仓中的物料量。所述给料阀可为旋转式，其动力可以为电动、液压、气动或机械驱动，其转速和单次旋转物料量由需进入所述物料发送仓的物料量确定；

进一步地，所述阀一用于截断/连通所述给料阀和所述物料发送仓，确保所述物料发送仓发送物料时，所述物料发送仓与所述物料仓之间的气密隔绝。所述阀一可为球阀、闸阀等，其动力可以为电动、液压、气动或机械驱动；所述阀一的气密压力等级可为0.1～3MPa；

进一步地，所述阀二用于截断/连通所述物料发送仓和所述输料管，确保所述物料发送仓未发送物料时，所述物料发送仓与所述输料管之间的气密隔绝，避免没有流化的物料进入所述输料管和所述物料施撒枪堵塞通道。同时，所述阀二可隔绝所述气体喷爆系统和所述物料施入系统。所述阀二可为球阀、闸阀等，其动力可以为电动、液压、气动或机械驱动；所述阀二的气密压力等级可为0.1～3MPa；

进一步地，所述输料管用于物料施入系统与物料施撒枪的连接，输料管的内径大小为DN10～DN100，输料管为软管，输料管可以是光滑的直通管，也可以是内衬螺纹的螺纹管，用于让进入的气料混合物旋转悬浮输送，其长度根据所述气体喷爆系统与所述物料施入系统之间的安装位置关系而定。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1、本装置可在土壤原位实现向土壤深部施撒物料，替代了传统人工开挖、机械开挖、机械粉碎混合的作业方式；

2、本装置可向任意深度的土壤/土层施撒物料，比传动的机械搅拌混合物料的方式适用作业深度范围更广；

3、通过一次作业就实现了土壤深部中物料的施撒和均匀混合，而传统方式需要多个作业程序组合完成；

4、物料施入量准确，避免了物料的浪费和修复改良效果的不稳定；

5、通过本实用新型提供的装置，可向任意深度的土层内部均匀施入定量的各类物料，替代了传统方式，大大提高了向土层深部施入物料的作业效率，显著降低了向土层深部施入物料的成本，减少了人工劳动强度。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种用于在向土层深部施撒物料的气压并联主动式装置。

具体实施方式：

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行具体描述，有必要指出的是，以下实施例仅仅用于对本实用新型进行解释和说明，并不用于限定本实用新型。本领域技术人员根据上述内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本实用新型的保护范围。

实施例1：

一种用于向土层深部施撒物料的气压并联主动式装置，所述装置包括物料施撒枪1、位于物料施撒枪上部的入土装置3，以及分别与物料施撒枪1相连接的气体喷爆系统2和物料施入系统4，所述气体喷爆系统2和物料施入系统4相互并联地与物料施撒枪1相连接；

其中，所述物料施撒枪1内部中空；所述气体喷爆系统2包括高压气罐2-1和喷爆阀2-2，所述高压气罐2-1与喷爆阀2-2固定连接，所述喷爆阀2-2与物料施撒枪1连接；所述物料施入系统4包括依次相互连接的物料仓4-1、给料阀4-2、阀一4-3、物料发送仓4-4、阀二4-5和输料管4-6，所述输料管4-6与物料施撒枪1内部相连通。

将所述的物料施撒装置应用于农、林、草、园艺等浅层土壤的物料施撒其实施方法包括如下步骤：

S1：土壤情况分析、施撒装置及物料准备

农、林、草、园艺等土壤的修复改良涉及的物料施撒深度范围为0～1m范围内，属于浅层土壤，为气液固三相体，其存在的问题主要为土壤板结、有机质缺失、营养元素缺失、重金属污染以及土壤酸化盐碱化等问题；

根据上述土壤的特性，需要施撒物料的主要类型为：复合肥料、有机肥、微生物菌剂(肥)、重金属固化剂/稳定剂、钝化剂、石灰等物质，单作业点的施撒量0.25～5kg；

根据上述土壤及物料特性，施撒装置的主要参数为：物料施撒枪1最大入土深度1m，通径10～50mm；气体喷爆系统2压力0.5～2.5MPa，高压气罐2-1体积5～30L；物料发送仓4-4体积1～10L，物料发送高压气体压力0.1～1.5MPa；

S2：物料施撒枪入土

通过入土装置3将物料施撒枪1置入一定深度(最大深度1m)的需要施撒物料的土层里；

S3：气体喷爆产生裂隙

将压缩气体充入所述高压气罐2-1中，通过喷爆阀2-2瞬间释放，气体通过物料施撒枪1进入土层中，产生冲击喷爆，在土层中形成裂隙。

S4：向土层深部施撒物料

①打开阀一4-3、关闭阀二4-5，通过给料阀4-2，将定量的物料送入物料发送仓4-4中；然后关闭阀一4-3；

②气动旋转装置或喷入少量气体使物料发送仓4-4中的物料初始流化，然后向物料发送仓4-4中通入高压气体并同时打开阀二4-5，高压气体携带物料通过输料管4-6和物料施撒枪1进入土层的原有空隙或S3气体喷爆产生的空隙中，实现土层深部物料的施撒；

S5：循环S2～S4

在同一作业区域的下一个作业点循环上述步骤。

通过将上述装置及其方法应用于浅层土壤的修复改良，可一次性的将定量的物料均匀的施撒入指定深度的土层中，避免了传统人工施撒、人工挖沟坑槽施撒、机械旋耕混合等方式存在的工序多、工艺复杂、均匀性差、施入量不准确以及劳动强度大、作业成本高等问题。

实施例2：

与实施例1一致，将所述的物料施撒装置用于场地土壤的修复改良其实施方法包括如下步骤：

S1：土壤情况分析、施撒装置及物料准备

场地土壤修复改良涉及的物料施撒深度范围为1～30m范围内，该类型土壤及土层涉及的主要污染物有重金属、石油烃、半挥发性有机污染物、挥发性有机污染物、有机-金属类污染物以酸污染、碱污染等，也包括以此引起的地下水污染等；

根据上述土壤的特性，需要施撒物料的主要类型为：金属固化剂/稳定剂、固化剂、氧化剂、还原剂、生物制剂等物质，单作业点/次的施撒量0.25～20kg；

根据上述土壤及物料特性，施撒装置的主要参数为：物料施撒枪1最大入土深度30m，通径30～200mm；气体喷爆系统2压力2～5MPa，高压气罐2-1体积20～200L；物料发送仓4-4体积5～30L，物料发送高压气体压力0.1～3MPa；

S2：物料施撒枪入土

通过入土装置3将物料施撒枪1置入一定深度的需要施撒物料的土层里；可选用入土装置3将物料施撒枪1直接入土；或对拟作业点预先钻定深度的孔，然后通过入土装置3将物料施撒枪1置入定深土层中；

S3：气体喷爆产生裂隙

将压缩气体充入所述高压气罐2-1中，通过喷爆阀2-2瞬间释放，气体通过物料施撒枪1进入土层中，产生冲击喷爆，在土层中形成裂隙。

S4：向土层深部施撒物料

①打开阀一4-3、关闭阀二4-5，通过给料阀4-2，将定量的物料送入物料发送仓4-4中；然后关闭阀一4-3；

②气动旋转装置或喷入少量气体使物料发送仓4-4中的物料初始流化，然后向物料发送仓4-4中通入高压气体并同时打开阀二4-5，高压气体携带物料通过输料管4-6和物料施撒枪1进入土层的原有空隙或S3气体喷爆产生的空隙中，实现土层深部物料的施撒；

S5：循环S3～S4

对于深度较深的土壤，在同一作业点，一次作业完成后，可将物料施撒枪1提升1～3米，循环S3～S4，直至同一作业点的整个土层深度范围内均施撒完成物料；

S6：循环S2～S5

在同一作业区域的下一个作业点循环上述步骤。

通过将上述装置及其方法应用于深层土壤的修复改良，可将定量的物料均匀的施撒入指定深度的土层中，避免了传统机械挖土、机械粉碎混合、机械搅拌等方式存在的工序多、工艺复杂、机械设备庞大、能耗高、均匀性差、施入量不准确以及作业周期长、作业成本高等问题。

实施例3：

与实施例1一致，将所述的物料施撒装置用于矿山修复其实施方法包括如下步骤：

S1：土壤情况分析、施撒装置及物料准备

矿山修复涉及的是采矿活动所破坏的，未经治理而无法使用的土地；主要有废石堆、矿坑、尾矿废弃地、采矿辅助建筑物和道路占用产生的废弃地；该类型土壤及土层涉及的主要污染物有重金属、极端pH值、盐碱化、缺乏表层土等植物生根和伸展的介质、保水保肥能力差、氮磷钾等营养物质缺乏、有机质缺乏等；

根据上述土壤/土层的特性，需要施撒物料的主要类型为：固化剂/稳定剂；改善土壤理化特性的客土等填充物；改善土壤营养状况的有机肥、化学肥料、微生物肥料等；调节土壤pH值的调节剂等；该类型土壤/土层孔隙度很大，需要施撒填充的物料量较大；

根据上述土壤及物料特性，施撒装置的主要参数为：物料施撒枪1最大入土深度30m，通径30～200mm；物料发送仓4-4体积30L甚至更大，物料发送高压气体压力0.5～3MPa；

S2：物料施撒枪入土

通过入土装置3将物料施撒枪1置入一定深度的需要施撒物料的土层里；可选用入土装置3将物料施撒枪1直接入土；或对拟作业点预先钻定深度的孔，然后通过入土装置3将物料施撒枪1置入定深土层中；

S3：向土层深部施撒物料

①打开阀一4-3、关闭阀二4-5，通过给料阀4-2，将定量的物料送入物料发送仓4-4中；然后关闭阀一4-3；

②气动旋转装置或喷入少量气体使物料发送仓4-4中的物料初始流化，然后向物料发送仓4-4中通入高压气体并同时打开阀二4-5，高压气体携带物料通过输料管4-6和物料施撒枪1进入土层的原有空隙中，实现土层深部物料的施撒；

S5：循环S3～S4

对于深度较深的土壤，在同一作业点，一次作业完成后，可将物料施撒枪1提升0.5～1米，循环S3～S4，直至同一作业点的整个土层深度范围内均施撒完成物料；

S6：循环S2～S5

在同一作业区域的下一个作业点循环上述步骤。

通过将上述装置及其方法应用于矿山修复，可将定量的物料均匀的施撒入指定深度的土层中，避免了传统人工搬运、机械挖土、机械粉碎混合、机械搅拌等方式存在的工序多、工艺复杂、机械设备庞大、能耗高、均匀性差、施入量不准确以及作业周期长、作业成本高等问题。

实施例4：

与实施例1一致，将所述的物料施撒装置用于污泥及渗坑处理其实施方法包括如下步骤：

S1：土壤情况分析、施撒装置及物料准备

污泥及渗坑处理涉及的土壤/土层主要有河湖底泥、污泥塘、渗坑、滩涂淤泥、垃圾填埋场、生物堆、有机肥发酵堆、沼气发酵罐池等；

根据上述土壤的特性，需要施撒物料的主要类型为：固化剂/稳定剂、固化剂、氧化剂、还原剂、生物制剂、空气等物质；

根据上述土壤及物料特性，施撒装置的主要参数为：物料施撒枪(1)最大入土深度30m，通径30～200mm；物料发送仓4-4体积5～30L，物料发送高压气体压力0.1～3MPa；

S2：物料施撒枪入土

通过入土装置3将物料施撒枪1置入一定深度的需要施撒物料的土层里；可选用入土装置3将物料施撒枪1直接入土；或对拟作业点预先钻定深度的孔，然后通过入土装置3将物料施撒枪1置入定深土层中；

S4：向土层深部施撒物料

①打开阀一4-3、关闭阀二4-5，通过给料阀4-2，将定量的物料送入物料发送仓4-4中；然后关闭阀一4-3；

②气动旋转装置或喷入少量气体使物料发送仓4-4中的物料初始流化，然后向物料发送仓4-4中通入高压气体并同时打开阀二4-5，高压气体携带物料通过输料管4-6和物料施撒枪1进入土层中，实现土层深部物料的施撒；

S6：循环S2～S5

在同一作业区域的下一个作业点循环上述步骤。

通过将上述装置及其方法应用于污泥及渗坑的处理，可将定量的物料均匀的施撒入指定深度的土层中，避免了传统机械搅拌等方式存在的机械设备庞大、能耗高、均匀性差、施入量不准确以及作业周期长、作业成本高等问题。

Claims (5)

1.一种用于向土层深部施撒物料的气压并联主动式装置，其特征在于，所述装置包括物料施撒枪(1)、位于物料施撒枪上部的入土装置(3)，以及分别与物料施撒枪(1)相连接的气体喷爆系统(2)和物料施入系统(4)，所述气体喷爆系统(2)和物料施入系统(4)相互并联式与物料施撒枪(1)相连接；

其中，所述物料施撒枪(1)内部中空；所述气体喷爆系统(2)包括高压气罐(2-1)和喷爆阀(2-2)，所述的高压气罐(2-1)与所述的喷爆阀(2-2)固定连接；所述喷爆阀(2-2)与物料施撒枪(1)连接；所述物料施入系统(4)包括依次相互连接的物料仓(4-1)、给料阀(4-2)、阀一(4-3)、物料发送仓(4-4)、阀二(4-5)和输料管(4-6)；所述输料管(4-6)与物料施撒枪(1)内部相连通。

2.根据权利要求1所述的用于向土层深部施撒物料的气压并联主动式装置，其特征在于，所述物料发送仓(4-4)设置有物料助流装置，所述物料助流装置包括但不限于配置机械式搅拌助流器或气流式喷吹装置。

3.根据权利要求1所述的用于向土层深部施撒物料的气压并联主动式装置，其特征在于，所述给料阀(4-2)为旋转式，其动力可以为电动、液压、气动或机械驱动。

4.根据权利要求1所述的用于向土层深部施撒物料的气压并联主动式装置，其特征在于，所述入土装置(3)可选择冲击式、振动式或钻入式的入土方式，其动力包括电动、液压、气动或机械驱动。

5.根据权利要求1所述的用于向土层深部施撒物料的气压并联主动式装置，其特征在于，所述输料管(4-6)为软管，输料管的内管径大小为DN10～DN100。

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