Способ отбора проб из торфяных залежей и устройство для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК E21B49/02 

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, включающее буровую штангу, пробоотборочный челнок-бур, выполненный в виде полуцилиндрической камеры, выполненной с зубчатой режущей кромкой, внутренней йолуцилиндрической камерой, установленной между переходником и наконечником, и подпружиненным ножом, снабженным, как и внутренняя полуцилиндрическая камера, направляющей синусоидального профиля, отличающееся тем, что оно снабжено подпружиненным конусом, установленным в наконечнике и опирающимся через щток на переменное сопротивление, связанное с регистрирующим блоком.

1. Способ отбора проб из торфяных залежей, заключающийся в последовательном заглублении челнока-бура в слои торфа, заполнении челнока-бура торфом, извлечении бура с пробой из слоя залежи, упаковке и маркеровке проб, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности отбора проб и качества отбираемой пробы из неоднородных торфяных залежей верхового типа, одновременно с заглублением челнока-бура выделяют путем измерения сопротивления торфа задавливанию конуса слои, однородные по механическим свойствам, а отбор проб ведут i из однородных слоев. а У 111/ч / § сл Ю 42 00 ± Н,м . 6

1

Изобретение относится к поискам и разведке месторождений полезных ископаемых и может использоваться с наибольщей эффективностью на торфяных месторождениях при опробовании торфяной залежи верхового типа.

Известен способ опробования грунта для намыва плотин и дамб учитывающий литологические особенности разведываемого участка и предусмат|)ивающий следующую последовательность отбора проб грунта.

Если состав литологических типов изменяется с глубиной, из каждого слоя мощностью до 1,0 м отбираются послойные пробы, а из более мощных слоев берется проба с каждого метра проходки.

Если полезная толща представлена чередованием маломоиХных (до 0,5 м) литологически отличающихся слоев, по всей глубине выработки до установленного горизонта разработки отбирается одна валовая проба 1.

Однако такой методике предшествуют работы по оценке литологического состава грунта. Отбор проб грунтов выполняется при бурении скважин с обязательным закреплением их обсадными трубами ниже уровня грунтовых вод, что увеличивает трудоемкость, снижает производительность отбора, а вследствие деформирования грунта и качество отбора проб. Такая методика опробования непригодна для торфяных залежей верхового типа еще и потому, что залежь торфа характеризуется закономерным вертикальным напластованием слоев торфа, различающегося по составу, виду, свойствам, причем эти слои могут иметь малую, до 0,2 м, мощность. Однако даже такие маломощные, различающиеся по свойствам, генетические слои торфа должны быть выделены и из них необходимо отобрать пробы для анализа. Такая необходимость связана с применяемым поверхностно-послойным способом добычи торфа, когда за сезон срабатывается слой торфяной залежи мощностью 0,2-0,25 м и все технологические показатели обусловлены свойствами именно этого срабатываемого слоя торфа.

. Наиболее близким к предлагаемому является способ отбора проб из торфяных залежей при разведке торфяных месторождений, заключающийся в последовательном заглублении челнока бура в слои торфа мощностью 0,5 м, начиная с поверхности залежи, заполнения бура торфом, извлечении бура с пробой из слоя залежи, упаковке и маркировке проб.

Известным способом рекомендуется отбирать пробы торфа на общетехнические свойства в геометрических слоях мощностью 0,25 м, начиная от поверхности до минерального дна, а на агрохимические анализы через 0,50 м 2.).

Однако известный способ отбора проб из геометрических слоев, не учит лвающий строение торфяной залежи, наличие и мощность отдельных слоев торфа, изменение свойств торфа по слоям, приводит к необоснованному завыщению числа проб, повыщению стоимости работ, увеличению их сроков, снижению производительности труда. Так как для получения необходимого объема пробы бур погружают на одну и ту же глубину многократно, то завышение числа отбираемых проб сопровождается возврастанием объемов работ. Завыщение числа проб приводит и к росту стоимости лабораторных анализов по отобранным образцам, т. е. к увеличению затрат на оценку показателей торфяной залежи.

Кроме того, границы слоев торфа разного вида определяются при отборе проб торфа известным способом глазомерно, субъективно, следствием чего является смещение торфа разного вида плотност-и, степени разложения R, влажности f. Особенно низкую представительность имеют пробы, отобранные из неоднородных торфяных залежей верхового типа, характеризующихся сложной стратиграфией.

Известно устройство, содержащее пробоотборочный челнок ТБ-5, конус с устройством для отключения от челнока, щтангу, рукоятку приборов сдвигомер-крыльчатки СК-8 и пенетрометра П-4 3.

Однако указанное устройство не позволяет отобрать достоверную пробу из торфа малой степени разложения, поскольку вырезание пробы осуществляется плоской режущей кромкой челнока, не перерезающей полностью волокнистую структуру торфа и создающей перед собой уплотненный слой деформированного торфа, препятствующий попаданию пробы внутрь челнока.

Устройство не позволяет осуществить расчленение торфяной залежи на слои с постоянными значениями механических показателей, поскольку оно не обеспечивает автоматическую непрерывную запись механических свойств по всей глубине торфяной залежи, а позволяет лищь оценить механические свойства в какой-либо точке. Это связано с оценкой сопротивления торфа задавливанию в два приема и визуальным характером снятия отсчетов. Устройство позволяет оценить сначала общее сопротивление задавливанию конуса, пробоотборочного челнока и щтанг, а затем после отключения челнока и щтанг от конуса оценивается трение по поверхности челнока и щтанг. Необходимое сопротивление задавливанию конуса определяется по разности двух измерений. Следствием такой методики является снижение производительности труда и точности измерений. Снижение точности измерений связано с тем, что повторное задавливание устройства с целью определения ;7ения челнока и щтанг о торф осуществляется в залежь, структура которой нарущена в результате первого задавливания, следовательно оценка трения выполняется с ощибкой.

Известно также устройство для отбора проб грунта, включающее буровую щтангу, пробоотборный челнок-бур, выполненный в виде полуцилиндрической камеры, снабженной зубчатой режущей кромкой, внутреннюю полуцилиндрическую камеру, установленную между переходником и наконечником, подпружиненный нож, снабженный, как и внутренняя камера направляющей синусоидального профиля 4.

Однако известное устройство не позволяет оценить механические свойства торфяной залежи, поскольку наконечник жестко соединен с полуцилиндрической камерой челнока, нет измерительных приспособлений для фиксации и записи сопротивления грунта задавливанию наконечника.

Цель изобретения - повышение производительности отбора проб и качества отбираемой пробы из неоднородных торфяных залежей верхового типа.

Указанная цель достигается тем, что, согласно способу отбора проб из торфяных залежей, заключающемся в последовательном заглублении челнока-бура в слои торфа, заполнении челнока-бура торфом, извлечении бура с пробой из слоя залежи, упаковке и маркировке проб, одновременно с заглублением челнока-бура выделяют путем измерения сопротивления торфа задавливанию конуса слои, однородные по механическим свойствам, а отбор проб ведут из однородных слоев.

Устройство для осуществления способа, включающее буровую щтангу, пробоотбо рочный челнок-бур, выполненный в виде полуцилиндрической камеры, выполненный с зубчатой режущей кромкой, внутренней получилиндрической камерой, установленной между переходником и наконечником, 0 и подпружиненным ножом, снабженным, как и внутренняя получилиндрическая камера, направляющей синусоидального, профиля, снабжено подпружиненным конусом, установленным в наконечнике и опирающимся через щток на переменное сопротивление, 5 связанное с регистрирующим блоком.

На фиг. 1 изображено характерное строение торфяной залежи верхового типа (комплексный вид строения); на фиг. 2 - результаты опробования торфяной залежи способом-прототипом; на фиг. 3 - то же, предлагаемым способом; на фиг. 4 - устройство для осуществления предлагаемого способа, общий вид, продольный разрез; на фиг. 5 - характерный вид диаграммы автоматической записи усилия задавлива5 ния конусного наконечника по глубине торфяной залежи.

Устройство содержит буровую щтангу 1, пробоотборочный челнок-бур, выполненный из переходника 2, соединенного посредством полуцилиндрической камеры 3, имеющей

0 режущую зубчатую кромку 4 с наконечником, с конусом -5, подпружиненным пружинами 6 и взаимодействующим через шток 7 с переменным сопротивлением 8, связанным с регистрирующим блоком (не показан), нож 9, подпружиненный пружиной

5 10, при этом его верхняя часть снабжена синусоидальной направляющей 11. Внутри челнока размещена внутренняя полуцилиндрическая камера 12, снабженная также синусоидальной направляющей 13. СинусоиQ дальные направляющие 11 и 13 установлены с возможностью взаимного зацепления, при этом внутренняя полуцилиндрическая камера 12 установлена в пазах 14 переходника 2 и конусного наконечника 5 с возможностью поворота.

5Устройство, осуществляющее способ отбора проб, работает следующим образом.

Устанавливают устройство на торфяную залежь в месте отбора проб. Челнокбур устройства должен быть открытым. Вертикальным усилием равномерно задавли вают его на высоту челнока в торф. При движении челнока вниз, вследствие сопротивления торфа задавливанию и пропорционально ему конусный наконечник 5 сжимает пружины 6, вместе с конусом 5 совер5 шает движение вверх и щток 7, взаимодействуя с переменным сопротивлением 8. Электрический сигнал с сопротивления 8 поступает на регистрирующий блок и усилие задавливания конуса 5 записывается автоматически в виде диаграммы. Глубина погружения конуса 5 и челнока устанавливается по рискам (не показаны) на штанге 1. После, того, как устройство задавлено в торфяную залежь на высоту челнока, прекращается его дальнейшее заглубление. Возможны два вида диаграмм: когда на диаграмме есть граница слоев разной плотности и когда такой границы нет, т. е. весь слой мош,ностью 0,5 м однороден по механическим свойствам. В первом случае, наблюдая за записью усилия на диаграмме, границу слоев разной плотности устанавливают визуально по рискам на штанге 1 и контролируют по диаграмме. Прекратив задавливание, отбирают пробу торфа.

Для этого к внешней полуцилиндрической камере через штанги 1 и переходник 2 прикладывают враш, усилие по часовой стрелке. При враш,ении на 180° до полного закрытия пробоотборочного челнока синусоидальная направляющая 11 ножа 19 перемещается по направляющей 13 аналогичного профиля камеры 12, которая остается неподвижной вследствие сил трения

0грунт. До тех пор, когда гребень направляющей 11 установится против гребня направляк)щей 13, пружина 10 сжимается, позволяя ножу 19 совершать движение вниз. Затем до тех пор, пока гребню направляющей 11 не будет соответствовать впадина направляющей 13, пружина 10 разжимается, перемещая нож 19 вверх. Таким образом подпружиненный снизу нож 19 до полного закрытия челнока перемещается в вертикальной плоскости относительно зубчатой кромки 4 внещней полуцилиндрической камеры 3. Принцип активного перерезания волокнистой структуры грунта позволяет полностью заполнять торфом пробоотборочный челнок. Пробоотборочный челнок извлекают на поверхность торфяной залежи штангами 1. Располагают устройство горизонтально, открывают бур вращением внешней полуцилиндрической поверхности камеры 3 по часовой стрелке на 180° и извлекают пробу, помещая ее соответственно границе выделенных слоев в целлофановые мещки, снабженные этикетками. Очищают и протирают внутреннюю камеру 12. Устанавливают устройство с закрытым челноком на торфяную залежь, погружают его посредством щтанг до верхней границы исследованного слоя в закрытом состоянии, затем открывают челнок вращением щтанг

1по часовой стрелке на 180°. В дальнейшем осуществляют погружение на высоту челнока с записью сопротивления задавливанию конуса, установлением границ слоев различающихся по механическим свойствам, отбором образцов в порядке, описанном выше. При этом следует учитывать, что если слой однородный по плотности залегает и

ниже, то образцы из этого однородного слоя, взятые при первом и втором погружениях, объединяются в одну пробу. Таким образом ведут расчленение торфяной залежи на однородные слои и отбор из них проб на всю глубину торфяной залежи.

Регистрирующий блок состоит из самописца Н-343 (или его подобного), системы питания и контроля. На диаграмме фиксируется усилие задавливанию конусного наконечника и через каждые 0,5 м остановка записи, связанная с отбором пробы. Опытами установлена вариация значений сопротивления задавливанию конуса зонда в слое одного и того же вида торфа, характеризующаяся коэффициентом вариации 20%. По этой причине однородным по прочности и плотности следует, считать слой, коэффициент вариации показателя Pq для которого не превышает 20%. Однако оцен0 ка коэффициента вариации требует времени, что приведет к снижению производите-чьности труда. На практике однородным является слой торфа, когда разность между максимальным и минимальным значением показателя P(j не превышает 30% от максимального значения, а это легко установить по диаграмме.

Предлагаемый способ позволяет выполнить отбор проб только из однородных слоев торфа, различающихся по механическим свойствам, а значит по плотности, структуре, влажности, степени разложения. Это способствует повыщению качества отбора проб. Например, плотность торфяной за. лежи является одним из основных параметров, которые должны быть оценены по результатам опробования торфяной залежи. Наряду с влажностью, плотность входит в формулы для расчетов циклового сбора торфа (количество торфа, убираемого с одного гектара площади «нетто торфяных полей при условной влажности), для рас0 чета выхода готовой продукции из единицы объема неосущенной торфяной залежи. А выделение однородных по механическим свойствам слоев, отбор проб из этих слоев для определения влажности, плотности и других свойств, повыщает эффективность

5 и информ:ативность проб и способствует повышению точности оценки свойств торфяной залежи для целей ее разработки.

Использование способа позволяет в 3 раза сократить число проб необходимых для достоверной оценки свойств торфяной залежи верхового типа. Это связано с тем, что отбор проб ведется только из однородных по механическим свойствам слоев. Сокращение числа проб приводит к снижению затрат на общетехнические, агрохимичес5 кие свойства и определение микроэлемен тов торфа.

Производительность отбора одной пробы предлагаемым способом повышается примерно в 2 раза. Это является следствием того, что проба необходимой массы из одного слоя отбирается за меньшее число погружений (в сравнении со способом-прототипом). Мощность однородных слоев, как правило, превышает 0,25 м и торф, извлеченный из однородного слоя мощностью 0,5 м (при высоте челнока 0,5 м) полностью составит одну пробу, в то время как в способе-прототипе он составлял две пробы. Увеличение производительности позволяет снизить в 2 раза число рабочих, занятых отбором проб. Предлагаемое устройство позволяет реотборшить новую техническую задачу проб одновременный с расчленением торфяной залежи на однородные по механическим свойствам слои. Путем одновременного с определением сопротивления задавливанию конуса отбора проб примерно на 50% повышается производительность труда, по сравнению с тем базовым вариантом, когда предлагаемый способ реализуется последовательным действием пенетрометра П-5А и известного устройства для отбора проб грунта. При исследовании глубоких (около 10 м) торфяных залежей повышение производительности труда будет еще существеннее (до 100%), поскольку основная часть времени и усилий идет на задавлизйчие и извлечение устройств из залежи. Предлагаемое же устройство позволяет одновременно погружать челнок для отбора пробы и автоматическую головку для регистрации механических свойств.

Вид торфа Пробы ff,% (/0,% Снижается трудоемкость работ по сравнению с базовым вариантом. Поскольку задавливание и извлечение устройств из. залежи, особенно из глубоких слоев, осуществляется вручную, требуются значительные усилия для осуществления способа. Предлагаемое устройство, позволяя, как отмечалось выще, сократить число задавливаний и извлечений, обеспечивает в результате этого меньшие затраты на опробование торфяной залежи. Наибольший эффект по снижению трудоемкости наблюдается на залежах при отборе проб ниже пнистого горизонта. Снижается металлоемкость. Если каждое из известных устройств (пенетрометр П-5А и устройство для отбора проб грунта), требовало для задавливания своего комплекта штанг, то предлагаемое требует один комплект штанг. Точность отбора проб по сравнению с базовым вариантом из слоев торфа повышается примерно на . Это связано с тем, что отбор проб осуществляется из выделенных однородных слоев наряду с установлением их границ, без извлечения и изменения положения челнока-бура по отношению к однородному слою торфа. Если границы слоя торфа, однородного по механическим свойствам, устанавливаются одним устройством, а отбор проб из этих слоев осуществляется другим, то всегда будет иметь место ошибка, так как нельзя точно, с учетом истинного расположения границ слоя, осуществить повторное задавливание.

.l

4

5 б

фиё.З

//

фигМ

CDf Di2mt/ J e//f/e 3affcf8/fi/8af f/fff //of(/ca,

.1.00

I

I

.

фиг. 5