Способ отбора проб из торфяных залежей и устройство для его осуществления

 

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

„„SU„„1051248

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОцИАлистических

РЕСПУБЛИК з(5И Е 21 В 49/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ а

/ ! иrv 3!! б г гд » III

-,б

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3428027/22-03 (22) 15.04.82 (46) 30.10.83. Бюл. № 40 (72) Ю. Н. Женихов (71) (алининский ордена Трудового Красного знамени политехнический институт (53) 622.243.68 (088.8) (56) 1. Инструкция по разведке и опробованию грунтов для намыва плотин и дамб, М.-Л., Госэнергоиздат, 1956, с. 6.

2. Тюремнов С.Н. и др. Торфяные месторождения и их разведка. М., «Недра», 1977, с. 10 — 19 (прототип).

3, Универсальный прибор для отбора торфа и определения физикомеханических свойств торфяных залежей и других слабых грунтов, Проспект ВДНХ, М., ЦБНТИ

Ми нтоппром а РСФСР, 1979.

4. Авторское свидетельство СССР по заявке № 3280195/23-26, кл. G 01 N 1/04, 1981 (прототип). (54) СПОСОБ ОТБОРА ПРОБ ИЗ ТОРФЯНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 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 а из однородных слоев.

Ъ

1051248

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 полуцилиндрической камерой, установленной между переходником и наконечником, и подпружиненным ножом, снаб1

Изобретение относится к поискам и разведке месторождений полезных ископаемых и может использоваться с наибольшей 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 предусматривающий 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 MQIUHblx слоев берется проба с каждого метра проходки.

Если полезная толща представлена чередованием маломои1ных (до 0,5 м) литологически отличающихся слоев, по всей глубине выработки до установленного горизонта разработки отбирается одна валовая проба (11.

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, своиствам, 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 способам 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. женным, как и внутренняя полуцилиндрическая камера, направляющей синусоидального профиля, отличающееся тем, что оно снабжено подпружиненным конусом, установленным в наконечнике и опирающимся через шток на переменное сопротивление, связанное с регистрирующим блоком.

1 . 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 челнока 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. вающий строение торфяной залежи, наличие и мощность отдельных слоев торфа, изменение свойств торфа по слоям, приводит к необоснованному завышению числа проб, повышению 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. Завышение 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 смешение торфа разного вида плотности, степени разложения R, влажности ч). 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, штангу, рукоятку приборов сдвигомер-крыльчатки СК-8 и пенетрометра П-4 (31.

Однако указанное устройство не позволяет отобрать достоверную пробу из тор1051248

45 фа 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 лишь 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 штанг, а затем после отключения челнока и штанг от конуса оценивается трение по поверхности челнока и штанг. 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; ения челнока и штанг о торф осуществляется в залежь, структура которой нарушена в результате первого задавливания, следовательно оценка трения выполняется с ошибкой.

Известно также устройство для отбора проб грунта, включающее буровую штангу, 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 за5

ЗО

55 давливанию конуса слои, однородные по механическим свойствам, а отбор проб ведут из однородных слоев.

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

На фиг. 1 изображено характерное строение торфяной залежи верхового типа (комплек ный 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 задавливания конусного наконечника по глубине торфяной залежи.

Устройство содержит буровую штангу 1, пробоотборочный челнок-бур, выполненный из переходника 2, соединенного посредством полуцилиндрической камеры 3, имеющей режущую зубчатую кромку 4 с наконечником, с конусом .5, подпружиненным пружинами 6 и взаимодействующим через шток

? с переменным сопротивлением 8, связанным с регистрирующим блоком (не показан), нож 9, подпружиненный пружиной

10, при этом его верхняя часть снабжена синусоидальной направляющей 11. Внутри челнока размещена внутренняя полуцилиндрическая камера 12, снабженная также синусоидальной направляющей 13. Синусоидальные направляющие 11 и 13 установлены с возможностью взаимного зацепления, при этом внутренняя полуцнлнндрическая камера 12 установлена в пазах 14 переходника

2 и конусного наконечника 5 с возможностью поворота.

Устройство, осуществляющее способ отбора проб, работает следующим образом.

Устанавливают устройство на торфяную залежь в месте отбора проб. Челнокбур устройства должен быть открытым. Вертикальным усилием равномерно задавливают 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 совершает движение вверх и шток 7, взаимодействуя с переменным сопротивлением 8. Электрический сигнал с сопротивления 8 поступает на регистрирующий блок и усилие за1051248 давливания 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 мощностью 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 вращающее усилие по часовой стрелке. При вращении 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 о грунт. До тех пор, когда гребень направляющей 11 установится против гребня направляющей 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 внешней 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 мешки, снабженные этикетками. Очищают и протирают внутреннюю камеру 12. Устанавливают устройство с закрытым челноком на торфяную залежь, погружают его посредством штанг до верхней границы исследованного слоя в закрытом состоянии, затем открывают челнок вращением штанг

1 по 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 оценка коэффициента вариации требует времени, что приведет к снижению производительности труда. На практике однородным является слой торфа, когда разность между максимальным и минимальным значением показателя Рч 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 повышению качества отбора проб. Например, плотность торфяной залежи 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 рас40 чета выхода готовой продукции из единицы объема неосушенной торфяной залежи.

А выделение однородных по механическим свойствам слоев, отбор проб из этих слоев для определения влажности, плотности и других свойств, повышает эффективность

4> и информативность 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, агрохимические свойства и определение микроэлемен тов торфа.

Производительность отбора одной пробы предлагаемым способом повышается

1051248

7 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 решить новую техническую задачу — отбор 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 2р базовым вариантом, когда предлагаемый способ реализуется последовательным действием пенетрометра П-5А и известного устройства для отбора проб грунта. При исследовании глубоких (около IO м) торфяных залежей повышение производительности труда будет еще существеннее (до 100%); поскольку основная часть времени и усилий идет на задавлизгчие и извлечение устройств из залежи. Предлагаемое же устройство позволяет одновременно погружать челнок для отбора пробы и автоматическую головку для регистрации механических свойств.

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 выше, 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 20%. 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.

92,8

1 evulse b

/. УИ//

2,0

2, Ç5 уг,а

925

30 и8

88,5

Н, р4

Фиест бидп орфа Пробноl Р,% д 5

Ф

ЗЗ

38

36

Зб

Ф

27

Ч.7

4 %

92,д

92,8

929

919

ЯЯ

94. 1

9Х/

ЯОб

9г./

92.4

gz.9

927

ОО

88.2

2Я,нПа Про3и Мморра8,% и %

1051248

Срп дту8лРиуВ,ярому/лиАРlюю ФОН сО

Составитель В. Никулин

Редактор А. Власенко Техред И. Верес Корректор А. Тяско

Заказ 8631/34 Тираж 603 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4