СПОСОБ РУЧНОГО БУРЕНИЯ МЕРЗЛЫХ ГОРИЗОНТОВ В ПОЧВАХ И ВЕРХНЕМ СЛОЕ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД С ОДНОВРЕМЕННЫМ ОТБОРОМ НЕНАРУШЕННЫХ ПРОБ ПОЧВОГРУНТОВ Российский патент 2018 года по МПК E02D1/04 

Изобретение относится к способам ручного, поверхностного бурения, с возможностью одновременного отбора проб ненарушенных почвогрунтов в условиях многолетней мерзлоты в минеральных и торфяных отложениях, которые могут быть использованы для проведения лабораторных исследований.

Известны различные комплексы мобильного малогабаритного бурового оборудования, с помощью которых возможно взятие проб, таких как КМБ 2-10 (масса 56 кг) [http://www.buroviki.ru/kmb2-10.html], УКБ 12/25 (масса 113 кг) [http://allspectech.com/stroitelnaya/burovye-ustanovki/mini-ustanovki/ukb-html]/

Недостатком малогабаритных комплексов является большая масса, что значительно затрудняет или даже исключает доставку (транспортировку) к месту бурения и отбору проб без использования дорогостоящей спецтехники (вездехода).

Существуют бурильное оборудование на основе ручных мотобуров, например, М-10 (масса установки 16 кг, масса со всем набором инструмента 75 кг) [http://zivv.ru/catalog/malogabaritnye/motobur-m-10], Мотобур КМ-10 [http://geosklad.com/photo/motobur_km_10_i_motobur_m_10/1-0-26].

Недостатком мотобуров при достаточно большой массе для ручного перемещения является невозможность отбора ненарушенных проб, т.к. колонковое бурение в многолетней мерзлоте ручным инструментом осуществить практически невозможно, а при шнековом бурении происходит перемешивание грунта.

Известно устройство для отбора ненарушенных проб почвы [патент RU 2534136 заявлено 25.03.2013, опубликовано 27.11.2014], которое включает цилиндрическую трубу с заостренной режущей кромкой, трехстержневую вилку и ручки. Устройство снабжено заборным цилиндрическим стаканом с заостренной режущей кромкой в нижней его части и приспособлением для извлечения пробы, содержащим выталкиватель, расположенный внутри заборного стакана, жестко соединенный вилкой из трех стержней, свободно проходящих через отверстия крышки стакана, к фланцу с втулкой над стаканом под углом 120° относительно друг друга, имеющим возможность перемещения вдоль стержня устройства. Установку на поверхности почвы и извлечение из нее осуществляют посредством ручек ударного наконечника, закрепленного в верхней части стержня устройства. Наполнение заборного стакана пробой и ее удаление производят за счет ударов по наконечнику стержня и по фланцу приспособления для извлечения пробы, фиксируемые по нижней кромке его втулки относительно рисок мерной шкалы, нанесенной на стержне устройства.

Данной техническое решение выбрано за прототип. Недостатком данного устройства является невозможность отбора проб в условиях многолетней мерзлоты.

Задача изобретения - разработать новый способ бурения мерзлых горизонтов в почвах и верхнем слое многолетнемерзлых пород, с возможностью одновременного отбора ненарушенных образцов почвогрунтов, которые могут быть использованы для проведения лабораторных исследований, и установки измерительных приборов для гидротермического мониторинга.

Технический результат заключается в упрощении взятия проб с ненарушенным сложением в условиях многолетней мерзлоты, улучшении качества взятия проб, исключении перемешивания грунта, наряду со значительной дешевизной подручного материала и доступностью транспортировки в условия Крайнего Севера.

Технический результат достигается тем, что способ ручного бурения мерзлых горизонтов в почвах и верхнем слое многолетнемерзлых пород с одновременным отбором ненарушенных проб почвогрунтов, включающий установку на поверхность почвы, наполнение заборного стакана пробой и ее извлечение, согласно изобретения определяется место взятие пробы, дно почвенного профиля или на поверхность почвы вертикально устанавливается устройство для бурения многолетних мерзлых пород, в виде металлической трубы длиной 1,5 м внутренним диаметром 40-45 мм с толщиной стенок 3-4 мм, установку на трубу металлического наголовника, при этом высота наголовника 100 мм, диаметр 70 мм с толщиной стенок 5-7 мм, толщина дна наголовника 10 мм, дополнительно в центре дна наголовника имеется отверстие диаметром 10 мм, забивание трубы шанцевым молотком умеренными ударами на глубину 10-15 см, извлечение трубы из почвы вращательными движениями, определение глубины пробоотбора, извлечение почвенной пробы при помощи металлического толкателя, длиной 1,6 м, диаметром 30 мм, при это по крайней мере одна сторона толкателя должна быть закрыта заглушкой.

Способ ручного бурения мерзлых горизонтов в почвах и верхнем слое многолетнемерзлых пород с одновременным отбором ненарушенных проб почвогрунтов, включающий заложение почвенного разреза до уровня многолетних мерзлых горизонтов или без заложения разреза, непосредственно с дневной поверхности для подготовки скважины для установки измерительных приборов для гидротермического мониторинга и установку устройства для бурения.

Способ ручного бурения мерзлых горизонтов в почвах и верхнем слое многолетнемерзлых пород с одновременным отбором ненарушенных проб почвогрунтов, включающий извлечение пробы почвы путем слабого постукивания кувалдой по стенкам трубы.

Способ ручного бурения мерзлых горизонтов в почвах и верхнем слое многолетнемерзлых пород с одновременным отбором ненарушенных проб почвогрунтов, включающий извлечение пробы почвы путем разогрева трубы при помощи газовой горелки.

Способ ручного бурения мерзлых горизонтов в почвах и верхнем слое многолетнемерзлых пород с одновременным отбором ненарушенных проб почвогрунтов, включающий бурение на глубину до 2,5 м при помощи дополнительной металлической трубы длиной 3 м.

Способ ручного бурения мерзлых горизонтов в почвах и верхнем слое многолетнемерзлых пород с одновременным отбором ненарушенных проб почвогрунтов, включающий взятие проб в минеральных и торфяных отложениях при помощи металлического толкателя.

На фиг. 1 приведен общий вид устройства ручного бурения мерзлых горизонтов в почвах и верхнем слое многолетнемерзлых пород:

- 1 - металлическая, приоритетно стальная труба;

- 2 - металлический, приоритетно алюминиевый толкатель;

- 3 - металлический, приоритетно стальной наголовник на трубу;

- 4 - набор бытового строительного инструмента, включающий молоток шанцевый (кувалда) массой 2-3 кг; газовый ключ с фиксацией трубы в трех точках (S образный) 2 или 3 дюйма (размер 3 или 4); газовая горелка для розжига; рулетка; ручная ножовка по металлу.

На фиг. 2 представлен способ ручного бурения мерзлых горизонтов в почвах и верхнем слое многолетнемерзлых пород с одновременным отбором проб почвогрунтов:

- 1 - установка металлической, приоритетно стальной трубы;

- 2 - заложение почвенного разреза;

- 3 - установка на трубу металлического, приоритетно стального наголовника;

- 4 - умеренное, не сильное забивание трубы шанцевым молотком, (один из элементов набора бытового строительного документа);

- 5 - сезонно-талые горизонты;

- 6 - мерзлые горизонты.

Способ ручного бурения с одновременным отбором проб почвогрунтов осуществляется следующим образом (фиг. 2). Бурение осуществляется при участии 2-3 человек. На поверхность почвы или при необходимости выкапывается почвенный разрез (2) до уровня многолетних мерзлых горизонтов, на дно почвенного разреза вертикально ставится труба (1), на которую во избежание сминания ее стенок одевается наголовник (3). После чего труба забивается шанцевым молотком (4) умеренными, несильными ударами на глубину 10-15 см. Затем труба извлекается из почвы вращательными движениями при помощи газового ключа. В скважину вставляется рулетка, и определяется текущая глубина скважины, что позволяет точно вычислить глубины пробоотбора. Почвенная проба аккуратно извлекается из трубы на полиэтиленовый пакет при помощи толкателя или выпадает при слабом постукивании кувалдой по стенкам трубы. При необходимости (в зимний период), если почва высокольдистая и примерзла к стенкам трубы, труба разогревается при помощи газовой горелки. При этом необходимо соблюдать осторожность, чтобы продукты горения не попадали на почвенную пробу. Такие действия повторяются до тех пор, пока скважина не будет пробурена на требуемую задачами работ глубину. После заложения нескольких скважин края трубы неизбежно сминаются, и толкатель не проходит в трубу, и смятый край трубы спиливается ножовкой по металлу.

Если необходимо бурить скважину глубже 1,5 м, используется дополнительная труба длиной 3 м, что позволяет осуществлять бурение до 2,5 м при участии 3 человек.

Таким образом, изобретение позволит удовлетворить потребность в пробоотборе и заложении мелких скважин при исследованиях верхнего горизонта многолетних мерзлых пород, для ученых и специалистов, работающих в труднодоступных районах Крайнего Севера.

Изобретение относится к способам ручного поверхностного бурения с возможностью одновременного отбора проб ненарушенных почвогрунтов в условиях многолетней мерзлоты в минеральных и торфяных отложениях, которые могут быть использованы для проведения лабораторных исследований. Способ ручного бурения мерзлых горизонтов в почвах и верхнем слое многолетнемерзлых пород с одновременным отбором ненарушенных проб почвогрунтов включает бурение почвы и извлечение пробы. Закладывают почвенный разрез до уровня многолетних мерзлых горизонтов в минеральных и торфяных отложениях, на дно почвенного профиля или на поверхность почвы вертикально устанавливают устройство для бурения многолетних мерзлых пород, бурение осуществляют до уровня заложенного почвенного разреза. В процессе бурения через 10-15 см периодически осуществляют извлечение проб, при этом используют устройство для бурения многолетних мерзлых пород, выполненное в виде металлической стальной трубы длиной 1,5-3 м с внутренним диаметром 40-45 мм с толщиной стенок 3-4 мм, в верхней части наружная поверхность трубы сочленена с наголовником для защиты стенок от удара. Бурение осуществляют путем забивки трубы в грунт шанцевым молотком умеренными ударами, после бурения на глубину 10-15 см трубу извлекают из скважины вращательными движениями, определяют глубину пробоотбора путем установки рулетки, извлекают почвенную пробу из трубы, при возникновении смятых краев трубы от ударов их срезают ножовкой и продолжают бурение скважины до требуемой глубины. Технический результат состоит в упрощении взятия проб с ненарушенным сложением в условиях многолетней мерзлоты, улучшении качества взятия проб, исключении перемешивания грунта, обеспечении доступности транспортировки в условиях крайнего севера, снижении материалоемкости. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ ручного бурения мерзлых горизонтов в почвах и верхнем слое многолетнемерзлых пород с одновременным отбором ненарушенных проб почвогрунтов, включающий бурение почвы и извлечение пробы, отличающийся тем, что закладывают почвенный разрез до уровня многолетних мерзлых горизонтов в минеральных и торфяных отложениях, на дно почвенного профиля или на поверхность почвы вертикально устанавливают устройство для бурения многолетних мерзлых пород, бурение осуществляют до уровня заложенного почвенного разреза, в процессе бурения через 10-15 см периодически осуществляют извлечение проб, при этом используют устройство для бурения многолетних мерзлых пород, выполненное в виде металлической стальной трубы длиной 1,5-3 м с внутренним диаметром 40-45 мм с толщиной стенок 3-4 мм, в верхней части наружная поверхность трубы сочленена с наголовником для защиты стенок от удара, бурение осуществляют путем забивки трубы в грунт шанцевым молотком умеренными ударами, после бурения на глубину 10-15 см трубу извлекают из скважины вращательными движениями, определяют глубину пробоотбора путем установки рулетки, извлекают почвенную пробу из трубы, при возникновении смятых краев трубы от ударов их срезают ножовкой и продолжают бурение скважины до требуемой глубины.

2. Способ по п. 1, отличающееся тем, что извлечение почвенной пробы осуществляют с помощью толкателя.

3. Способ по п. 1, отличающееся тем, что извлечение почвенной пробы осуществляют путем слабого постукивания кувалдой по наружной стенке трубы.

4. Способ по п. 1, отличающееся тем, что извлечение почвенной пробы осуществляют путем разогрева трубы при помощи газовой горелки.