CN219657258U - 一种空气压力式深层地下水分层取样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种空气压力式深层地下水分层取样装置，包括取样本体和与其连接的升降机构和气压控制机构，取样本体由依次紧固连接的上段取样装置、中段取样装置和下段取样装置组成，所述取样本体为空腔结构，所述取样本体的上下端套设固定有环形气囊，通过气囊充气将取样本体固定在取样孔中。本实用新型采用真空负压将地下水从地层中吸出，很好地实现了深层地下水分层低扰动取样以及含水性较差的地下水取样，而且本装置的尺寸可以根据地下水水质取样孔孔径和取样深度的实际需求进行灵活调整，大幅提升装置的适用性，从而降低钻孔成本，有着极为广阔的应用前景。

Description

一种空气压力式深层地下水分层取样装置

技术领域

本实用新型涉及地质勘探设备技术领域，具体涉及一种空气压力式深层地下水分层取样装置。

背景技术

地下水深层采样一直以来都是具有较高的技术难度。当前，深层地下水通常需要通过钻孔，并在钻孔中安装水泵，由水泵向地面泵水，地下水受到强烈的扰动，物理和化学性质都可能发生了显著变化，因此采得的水样不具有代表性，对地下水水质评价等工作造成了强烈影响。此外，由于水泵的性能局限，为了采得更深的地下水，钻孔孔径必须加大，极大地增加了深层地下水采样的成本。而且水泵法无法获取弱含水层中地下水，在该类地层中容易出现水泵干烧等情况。尽管近年来大量科研机构研究了深层地下水分层取样装置，然而其原理仍局限在水泵法，存在的缺陷不可忽视。

实用新型内容

为了克服现有技术中的不足，本实用新型提供了一种空气压力式深层地下水分层取样装置。

本实用新型的具体技术方案是：一种空气压力式深层地下水分层取样装置，包括取样本体和与其连接的升降机构和气压控制机构，取样本体由依次紧固连接的上段取样装置、中段取样装置和下段取样装置组成，所述取样本体为空腔结构，所述取样本体的上下端套设固定有环形气囊，通过气囊充气将取样本体固定在取样孔中；

所述上段取样装置的顶部贯穿固定有气囊空气管道、取样管道、取样空气压力管道，所述气囊空气管道与上端的环形气囊连通，并继续向下延伸，所述取样空气压力管道上端通过溢流水箱和高压气管与真空泵连通，所述上段取样装置的下端侧壁开设有格栅式进水口；

所述中段取样装置顶部设有隔水板，所述隔水板上设有进水阀，所述隔水板上贯穿固定有与气囊空气管道、取样管道、取样空气压力管道可对应连接的延长管道，延长的气囊空气管道与下端环形气囊连通，延长的取样管道延伸至下段取样装置的底部，延长后的取样空气压力管道延伸至中段取样装置中。

进一步，优选的是，所述取样本体通过设置在取样本体顶部的提拉环与升降机构连接。

进一步，优选的是，所述上段取样装置与中段取样装置嵌套式连接，并用插销螺栓固定，所述中段取样装置与下段取样装置螺纹连接。

进一步，优选的是，所述的连接均为密封连接。

进一步，优选的是，所述上段取样装置和/或隔水板上设置气囊空气管道、取样管道、取样空气压力管道的位置采用环氧树脂密封环进行密封。

进一步，优选的是，所述进水阀包括带橡胶垫圈进水阀门801和控制橡胶垫圈进水阀门开闭的进水阀门弹簧。

进一步，优选的是，下段取样装置的底部为锥形。

进一步，优选的是，所述溢流水箱表面设有透明视窗，底部设有排水阀。

本实用新型的有益效果是：

（1）本装置采用真空负压将地下水从地层中吸出，具有低扰动的优点，即使对于地下含水层含水性较差的情况也能将地下水从含水层中吸出，很好地实现了深层地下水分层低扰动取样，有效克服了传统地下水取样的问题；

（2）本装置的尺寸可以根据地下水水质取样孔孔径和取样深度的实际需求进行灵活调整，可以适应更小取样孔的作业环境，大幅提升装置的适用性，从而降低钻孔成本，有着极为广阔的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型一种空气压力式深层地下水分层取样装置的主视图；

图2为本实用新型一种空气压力式深层地下水分层取样装置的剖视图；

图3为图2中上部部分放大图；

图4为图2中下部部分放大图；

图5为本实用新型的上段取样装置的顶部俯视图；

图6为本实用新型的气压控制机构示意图；

图7为本实用新型实施时的使用状态参考图。

图中：1-取样本体，101-上段取样装置，102-中段取样装置，103-下段取样装置，2-环形气囊，3-气囊空气管道，4-取样管道，5-取样空气压力管道，6-格栅式进水口，7-隔水板，8-进水阀，801-带橡胶垫圈进水阀门，802-进水阀门弹簧，9-提拉环，10-环氧树脂密封环，11-溢流水箱，12-高压气管，13-真空泵，14-透明视窗，15-排水阀。

实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

如图1-6所示，一种空气压力式深层地下水分层取样装置，包括取样本体1和与其连接的升降机构和气压控制机构。

取样本体1由依次紧固连接的上段取样装置101、中段取样装置102和下段取样装置103组成，取样本体1为空腔结构，在本实施例中采用了上段取样装置101为铝合金空心圆柱体结构，对应的中段取样装置102也为铝合金空心圆柱体，而下段取样装置103则采用锥体铝合金空心圆柱体，采用了三段式设计能够实现快速拆装。

即上段取样装置101与中段取样装置102嵌套式连接，并用插销螺栓固定，中段取样装置102与下段取样装置103螺纹连接，进一步，中段取样装置102与下段取样装置103螺纹连接时接口上还安装有环形橡胶垫圈进而增加密封性；本实施例中段取样装置102长度为1m左右的铝合金空心圆柱体。

取样本体1的上下端套设有环形气囊2，通过环形气囊2充气将取样本体固定在取样孔中；环形气囊2采用气囊固定环安装固定，即如图2所示每个气囊通过上下两端的环箍实现与取样本体1安装定位和密封。

上段取样装置101的顶部贯穿固定有气囊空气管道3、取样管道4、取样空气压力管道5，气囊空气管道3与上端的环形气囊2连通，即环形气囊2通过管内软管与气囊空气管道3连通，并继续向下延伸，取样空气压力管道5上端与气压控制机构连通，气压控制机构包括溢流水箱11、高压气管12、真空泵13，取样空气压力管道5通过溢流水箱11和高压气管12与真空泵13连通，真空泵13采用无油润滑旋叶式真空泵；溢流水箱11表面设有透明视窗14，底部设有排水阀15，气囊空气管道3、取样管道4、取样空气压力管道5采用金属管，当然也可以采用PVC管等其他材质管道。

上段取样装置101的环形气囊2下部侧壁开设有格栅式进水口6。

中段取样装置102顶部设有隔水板7，中段取样装置102与上段取样装置101通过隔水板7密封。

隔水板7上设有进水阀8，隔水板7上还贯穿固定有与气囊空气管道3、取样管道4、取样空气压力管道5可对应连接的延长管道，延长的气囊空气管道3与下端环形气囊2连通，延长的取样管道4延伸至下段取样装置103的底部，延长后的取样空气压力管道5延伸至中段取样装置102中。

取样本体1通过设置在取样本体1顶部的提拉环9与升降机构连接，即取样本体1顶部设置两个提拉环，通过绳索与升降机构相连连接，方便监测时提拉。

上段取样装置101和隔水板7上设置气囊空气管道3、取样管道4、取样空气压力管道5的位置采用环氧树脂密封环10进行密封。

进水阀8包括带橡胶垫圈进水阀门801和控制橡胶垫圈进水阀门801开闭的进水阀门弹簧802，即当中段取样装置102处于有气状态或正常状态时，进水阀门弹簧802将带橡胶垫圈进水阀门801向上顶，阀门处于闭合密封状态；当中段取样装置102处于真空负压状态时，带橡胶垫圈进水阀门801受力（大气压力），进水阀门弹簧802受力压缩，阀门处于打开状态。

溢流水箱11表面设有透明视窗14，底部设有排水阀15。

实施例

如图7所示，采用实施例1中一种空气压力式深层地下水分层取样装置对埋深30m深度处的砂岩含水层进行深层地下水取样，监测孔孔径为φ90，基于实施例1所示装置的取样方法如下：

步骤（1）、在监测孔正上方安装三脚架，并将定滑轮安装好，架设升降机构，便于下一步下放取样装置；

步骤（2）、对取样本体1的各部件进行清洗，清洗后进行组装，即上段取样装置101与中段取样装置102嵌套式连接后用插销螺栓固定，中段取样装置102与下段取样装置103螺纹连接，接口安装环形橡胶垫圈，连接后形成完整的取样本体1；

步骤（3）、取样本体1组装完毕后，要用高压气筒、真空泵等分别检查气囊空气管道3、取样管道4、取样空气压力管道5等气密性，气密性良好后，则可将绳索将提拉环9捆绑后与升降机构连接；

步骤（4）、通过取样本体1顶部的取样空气压力管道5与气压控制机构连接，具体连接是取样空气压力管道5上端通过溢流水箱11和高压气管12与真空泵13连通；

步骤（5）、将采样装置下放到监测孔深度30m深度处，固定绳索，不再下发绳索；

步骤（6）、采用带气压表的高压气筒给气囊空气管道3充气，控制充气压力使取样装置安全固定在取样孔中，此时取样本体1不会在监测孔中左右晃动；

步骤（7）、然后将真空泵13调至吸气档，使中段取样装置102内部形成负压，进水阀8受压打开，地下水在负压作用下通过格栅式进水口6流入取样本体1空腔中，随着吸气时间延长，当地下水流入中段取样装置102和下段取样装置103中，此时由于埋深较大，地下水无法通过吸力进入溢流水箱；

步骤（8）、吸气达到10分钟后，再将真空泵13调至充气档，使进水阀8关闭；此时真空泵13继续充气，在空气压力作用下地下水从下段取样装置103底部的取样管道4向上排出，此时加大充气压力，将取样本体1中的液体排出，需要注意的是此时才得的样品不进行收集；

步骤（9）、当取样管道4不再流水后，表明取样装置中混有其他深度地层地下水的水样被完全排除，此时再次将真空泵13调至吸气档，并持续20分钟，随后将真空泵调至充气档，取样水管此时流出的水可用采样瓶进行收集；

步骤（10）、根据取样要求收集足量的水样，如果一次无法满足，则继续反复进行步骤9；

步骤（11）、关闭真空泵13，排出环形气囊2中的气体，完毕后即可取出取样装置。

采样工作结束后，应将采样装置拆解，采用纯净水清洗赶紧后，放置在干燥通风处存储。

本装置设置的溢流水箱11可以存储在吸力作用下不慎吸出的地下水，溢流水箱11表面设置透明视窗14方便观察水箱中的水位情况，溢流水箱11底部设有排水阀15方便排水；

本装置的取样本体1可以是圆形或者椭圆形的柱状结构，下段取样装置103的底部可以为锥形、圆弧形或者平面。

本装置可灵活调整尺寸，如取样本体1的外径、中段取样装置的长度、气囊空气管道3、取样管道4、取样空气压力管道5的长度等，以满足工作中不同孔径取样孔径和不同取样深度的实际需要，提升装置的适用性。

以上通过具体的和优选的实施例详细地描述了本实用新型，但本领域技术人员应该明白，本实用新型并不局限于以上所述实施例，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种空气压力式深层地下水分层取样装置，其特征在于，包括取样本体（1），取样本体（1）由依次紧固连接的上段取样装置（101）、中段取样装置（102）和下段取样装置（103）组成，所述取样本体（1）为空腔结构，所述取样本体（1）的上下端套装有环形气囊（2），通过环形气囊（2）充气将取样本体（1）固定在取样孔中；

所述上段取样装置（101）的顶部贯穿固定有气囊空气管道（3）、取样管道（4）、取样空气压力管道（5），所述气囊空气管道（3）与上端的环形气囊（2）连通，所述取样空气压力管道（5）上端与气压控制机构连通，所述上段取样装置（101）的环形气囊（2）下部侧壁开设有格栅式进水口（6）；

所述中段取样装置（102）顶部设有隔水板（7），所述隔水板（7）上设有进水阀（8），所述隔水板（7）上贯穿固定有与气囊空气管道（3）、取样管道（4）、取样空气压力管道（5）可对应连接的延长管道，延长的气囊空气管道（3）与下端环形气囊（2）连通，延长的取样管道（4）延伸至下段取样装置（103）的底部，延长后的取样空气压力管道（5）延伸至中段取样装置（102）中。

2.根据权利要求1所述的一种空气压力式深层地下水分层取样装置，其特征在于：所述取样本体（1）通过设置在取样本体（1）顶部的提拉环（9）与升降机构连接。

3.根据权利要求1所述的一种空气压力式深层地下水分层取样装置，其特征在于：所述上段取样装置（101）与中段取样装置（102）嵌套式连接，并用插销螺栓固定，所述中段取样装置（102）与下段取样装置（103）螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的一种空气压力式深层地下水分层取样装置，其特征在于：所述进水阀（8）包括带橡胶垫圈进水阀门（801）和控制橡胶垫圈进水阀门(801)开闭的进水阀门弹簧（802）。

5.根据权利要求1所述的一种空气压力式深层地下水分层取样装置，其特征在于：所述上段取样装置（101）和/或隔水板（7）上设置气囊空气管道（3）、取样管道（4）、取样空气压力管道（5）的位置采用环氧树脂密封环（10）进行密封。

6.根据权利要求1所述的一种空气压力式深层地下水分层取样装置，其特征在于：下段取样装置（103）的底部为锥形。

7.根据权利要求1所述的一种空气压力式深层地下水分层取样装置，其特征在于：溢流水箱（11）表面设有透明视窗（14），底部设有排水阀（15）。