Бур для отбора подпочвенного воздуха Российский патент 2024 года по МПК G01N1/22 

Предлагаемое изобретение относится к средствам отбора проб газа с возможностью измерения концентраций отдельных газов в подпочвенном воздухе и может применяться при геологических изысканиях, экологических исследованиях, а также для мониторинга газового поля подпочвенных отложений над объектами газового хозяйства, включая газопроводы и подземные хранилища газа.

Известен бур для отбора подпочвенного воздуха (Пат. РФ № 131487, МПК G01Nl/02,G01Nl/22).

В данной модели в качестве бура применяется ложковый бур модифицированной конструкции, в центре которого проходит трубка пробозаборника подпочвенного воздуха, выполняющая одновременно роль бурового наконечника, при этом производится одновременный отбор проб грунта.

Недостатками данной модели является то, что единственное отверстие для отбора пробы подпочвенного воздуха находится ниже породоразрушающей части бура, которая вдавливается в грунт, при этом разрушение породы происходит выше, что приводит к быстрому засорению указанного отверстия и затруднению отбора пробы воздуха. Так же, при необходимости отбора пробы с глубины, превышающей длину «ложки», необходимо поднимать бур на поверхность и очищать от выбуренной породы, что увеличивает риск разбавления пробы атмосферным воздухом.

Известно устройство для забора проб подпочвенного воздуха (Пат. РФ № 132557, МПК G01N1/02).

Устройство включает корпус с продольной прорезью, вертикально закрепленный на опорной площадке, при этом в корпусе установлен с возможностью вращения и фиксированный от осевого перемещения ходовой винт, который снабжен приводом любого типа, на ходовом винте установлена гайка с ушком, выходящим за пределы корпуса через продольную прорезь, к ушку гайки с возможностью качания в вертикальной плоскости прикреплена серьга с горизонтальной полкой, на конце которой выполнено отверстие, в которое с некоторым зазором по диаметру вставлена трубка-пробоотборник, заглушенная остроконечной заглушкой, при этом у заглушенного конца трубки в ее боковой стенке выполнено отверстие, а на верхний конец трубки надет гибкий шланг, ко второму концу которого присоединены вакуумметр и всасывающий насос.

Таким образом, рабочий элемент устройства представляет собой пробоотборную трубку с отверстиями и заостренным концом с механизмом для вдавливания этой трубки в землю.

Недостаток данной модели заключается в низкой эффективности работы устройства из-за отсутствия узла разрушения грунта. В процессе работы пробоотборная трубка с отверстиями вдавливается в землю, что вызывает уплотнение стенок скважины и быстрое засорение пробоотборных отверстий, затрудняющее пробоотбор. Кроме того, сила вдавливания трубки в землю зависит от массы механизма для вдавливания и при работе на плотном грунте и недостаточной массе механизма, сам механизм будет подниматься над землей.

Известен насос для забора проб подпочвенного воздуха (Пат. РФ № 21369, МПК G01N1/02) (выбран прототипом для заявляемого устройства).

Известный насос для забора проб подпочвенного воздуха состоит из корпуса с закрепленным на его нижнем торце коническим буром в виде архимедова винта, у нижнего торца корпуса в его цилиндрической стенке выполнены отверстия для забора подпочвенного воздуха, закрытые изнутри корпуса упругим кольцом, внутри корпуса размещен поршень с полым штоком, на наружном торце которого установлен заглушенный патрубок с отверстиями в боковой стенке, а на патрубок с натягом надет эластичный шланг, соединяющий насос с пробосборником любого известного типа.

Недостатком данной модели является ограничение применения из-за особенности ее конструкции, в которой узел заглубления бура в виде архимедова винта выполнен только в самой нижней торцевой части корпуса бура, в результате чего грунт, после погружения нижней конической части бура, не выносится на поверхность, а остается в скважине, уплотняя стенки, что значительно увеличивает необходимое усилие, необходимое для заглубления бура, а так же снижает проницаемость стенок скважины для высвобождения подпочвенного воздуха. Поэтому применение данного устройства возможно только в сыпучих грунтах или складированных насыпных гранулированных веществах на небольшой глубине.

Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение области применения бура для отбора подпочвенного воздуха за счет возможности отбора воздуха с заданной глубины грунта различной плотности.

Указанная техническая задача решается тем, что в буре для отбора подпочвенного воздуха, состоящим из корпуса с отверстиями для забора воздуха и механизма забуривания, в отличие от известного, механизм забуривания выполнен в виде образующей архимедов винт стальной ленты одной ширины, равномерно по спирали приваренной встык к корпусу бура по всей его длине, при этом корпус бура изготовлен в виде полой трубы, в стенке которой выполнены отверстия, расположенные по спирали под стальной лентой архимедова винта через равные промежутки с шагом в пределах 1/4 - 1/3 окружности трубы, а нижнее отверстие в стенке полой трубы выполнено на 2-5 см выше нижнего торца этой трубы, причем к нижнему торцу полой трубы прикреплен съемный забурник, выступающая часть которого выполнена в виде острых лепестков, а внутри полой трубы установлен герметизирующий пакер с отверстием, соединяющимся с газоотводящей трубкой.

На фиг. 1 представлена общая схема устройства для отбора подпочвенного воздуха.

На фиг. 2 изображен бур для отбора подпочвенного воздуха.

Заявляемый бур для отбора подпочвенного воздуха снабжен пробоотборной системой. Пробоотборная система в свою очередь состоит из насоса-дозатора 1, газоанализатора оптического типа 2 и пробоотборника 3, соединенных гибкими силиконовыми или резиновыми трубками 4 (фиг. 1).

Бур для отбора подпочвенного воздуха 5 (бур) снабжен вращателем 6. Вращатель может быть любого известного типа - ручной, с бензиновым или электрическим приводом. На фиг. 1 бур 5 заглублен в подпочвенный слой 7 и находится в необходимом положении для отбора пробы.

Бур 5 для отбора подпочвенного воздуха представляет собой конструкцию длиной 0,8-1 м с центральной осью в виде полой трубы 8 и стальной ленты 9, одной ширины, приваренной по спирали по всей длине трубы 8 (фиг. 2), образуя архимедов винт. На нижнем торце трубы 8 закреплен съемный заостренный забурник 10 (одно- или двухлепестковый). В нижней части трубы 8 имеются 5-8 отверстий 11. Отверстия 11 расположены по спирали под стальной лентой архимедова винта через равные промежутки с шагом примерно 1/4 - 1/3 окружности трубы (90-120 градусов), как показано на фиг. 2. Нижнее отверстие 12 трубы 8 находится на 2-5 см выше нижнего торца трубы 8, как показано на фиг. 2. Внутри трубы 8, выше последнего верхнего отверстия 13, находится герметизирующий резиновый пакер 14 с отверстием 15 по оси трубы. В отверстие 15 вставлена гибкая силиконовая трубка 16 длиной примерно равной длине трубы 8. Другим концом трубка 16 присоединена к штуцеру 17, выведенному вбок (перпендикулярно оси трубы 8) в верхней части пробоотборного бура 5. Поз. 18 - кольцевой вал на поверхности земли, образованный выбуренной породой вокруг бура 5 (фиг. 1).

Процесс пробоотбора происходит следующим образом. Пробоотборный бур 5, соединенный с вращателем 6, устанавливается вручную на точку бурения под необходимым углом к поверхности (обычно вертикально как показано на фиг. 1). Удерживая вращатель 6 и, одновременно создавая давление вдоль оси трубы 8, бур 5 в виде архимедова винта, вращаясь от действия вращателя 6, заглубляется на такую глубину, чтобы штуцер 17 оставался выше уровня земли на 2-3 см. При этом, забурник 10 разрушает породу 7, открывая поры и способствуя освобождению порового газа. Разрыхленная порода лентами 9 архимедова винта выносится на поверхность 18. При перемещении по лентам 9 порода в основном движется по верхней части ленты, не доставая до пробоотборных отверстий 11, которые конструктивно располагаются под лентой 9 через равные промежутки по спирали, с шагом примерно 1/4 - 1/3 окружности трубы (90-120 градусов). Таким образом, порода практически не попадает через отверстия 11 внутрь трубы 8.

Небольшое количество породы, попавшей внутрь трубы 8, оседает в нижней («глухой» части трубы 8), не мешая отбору газа, потому что нижнее отверстие 12 трубы 8 находится на 2-5 см выше нижнего торца трубы 8.

Поднимающаяся порода на поверхности образует кольцевой вал 18 вокруг бура 5, герметизирующий скважину. После окончания бурения и остановки вращения бура 5 производят отбор пробы или замер загазованности подпочвенного воздуха. Для этого пробоотборную систему соединяют с системой бурения путем соединения насоса-дозатора 1 и штуцера 17 бура 5 резиновой трубкой 4 (фиг. 1). Ручной насос-дозатор 1 создает разряжение в пробоотборной системе. Так же он используется для контроля объема проходящей газовоздушной смеси и отделения «пустого» воздуха (тот который был в системе до начала бурения) от пробы. В качестве насоса-дозатора 1 может выступать резиновая груша, с замеренным заранее объемом воздуха, прокачиваемым за одно сжатие. В результате разряжения, создаваемого насосом-дозатором 1, газовоздушная смесь из пространства скважины через отверстия 11 бура 5 засасывается в трубу 8 и по трубке 16 и штуцер 17 попадает в пробоотборную систему. Газоанализатор 2 оптического типа, который не изменяет состав проходящей через него газовоздушной смеси, используется для первичной оценки концентраций газов при отборе проб либо для непосредственных измерений, если отбор проб не предусмотрен. Пробоотборник 3 предназначен для хранения и транспортировки отобранной пробы в стационарную лабораторию.

В отличие от известных устройств для отбора подпочвенного воздуха заявляемая конструкция бура позволяет использовать его в грунтах различной плотности за счет возможности разрыхлять грунт по мере продвижения его в почве и поднимать грунт на поверхность при помощи архимедова винта, располагаемого по всей длине корпуса бура, что значительно увеличивает глубину отбора проб воздуха и снижает прилагаемое усилие по оси бура.

За счет образования на поверхности почвы земляного вала вокруг корпуса бура герметизируется пробуренная скважина, тем самым исключается проникновение воздуха с поверхности в отбираемые пробы подпочвенного воздуха, и сохраняется их природный состав, что повышает достоверность исследований.

За счет использования съемного забурника достигается удобство смены забурника при его повреждении, а также обеспечивается возможность использования в данной конструкции забурников различной конструкции.

Изобретение относится к средствам для отбора проб газа. Раскрыт бур для отбора подпочвенного воздуха, состоящий из корпуса с отверстиями для забора воздуха и механизма забуривания. При этом механизм забуривания выполнен в виде стальной ленты одной ширины, равномерно по спирали, образующей архимедов винт, приваренной встык к корпусу бура по всей его длине, при этом корпус бура изготовлен в виде полой трубы, в стенке которой выполнены отверстия, расположенные по спирали под стальной лентой архимедова винта через равные промежутки с шагом в пределах 1/4 - 1/3 окружности трубы, а нижнее отверстие в стенке полой трубы выполнено на 2-5 см выше нижнего торца этой трубы, причем к нижнему торцу полой трубы прикреплен съемный забурник, выступающая часть которого выполнена в виде острых лепестков, а внутри полой трубы установлен герметизирующий пакер с отверстием, соединяющимся с газоотводящей трубкой. Изобретение обеспечивает расширение области применения бура для отбора подпочвенного воздуха за счет возможности отбора воздуха с заданной глубины грунта различной плотности. 2 ил.

Бур для отбора подпочвенного воздуха, состоящий из корпуса с отверстиями для забора воздуха и механизма забуривания, отличающийся тем, что механизм забуривания выполнен в виде стальной ленты одной ширины, равномерно по спирали, образующей архимедов винт, приваренной встык к корпусу бура по всей его длине, при этом корпус бура изготовлен в виде полой трубы, в стенке которой выполнены отверстия, расположенные по спирали под стальной лентой архимедова винта через равные промежутки с шагом в пределах 1/4 - 1/3 окружности трубы, а нижнее отверстие в стенке полой трубы выполнено на 2-5 см выше нижнего торца этой трубы, причем к нижнему торцу полой трубы прикреплен съемный забурник, выступающая часть которого выполнена в виде острых лепестков, а внутри полой трубы установлен герметизирующий пакер с отверстием, соединяющимся с газоотводящей трубкой.