УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ПОДПОЧВЕННОГО ВОЗДУХА

Предлагаемая полезная модель относится к измерению концентрации различных газов в подпочвенном воздухе и/или воздухе внутри складированных (насыпанных и/или сложенных) значительными массами других сыпучих материалов. Предлагаемая полезная модель может применяться при геологических изысканиях, экологических исследованиях или для мониторинга подземных газопроводов с целью обнаружения и оценки интенсивности утечки газа без вскрытия газопроводов.
Известен насос для забора проб подпочвенного воздуха (патент на полезную модель №121369), выполненный в виде ручного бура, состоящий из цилиндрического корпуса с рукоятками в верхней части, а нижняя часть заглушена и на ней укреплен конический бур в виде архимедова винта. В нижней части цилиндрического корпуса имеются отверстия, а внутри корпуса находится поршень, насаженный на полый шток. Таким образом, корпус является всасывающим насосом. На свободный конец полого штока надет гибкий шланг. Длина насоса несколько превышает максимальную глубину, с которой предполагается отбирать пробу подпочвенного воздуха. Такое устройство позволяет отбирать пробы подпочвенного воздуха со вполне определенной глубины. Для этого за рукоятки насос вращают до погружения на нужную глубину, затем гибкий шланг пережимают и поршень за шток вытягивают вверх, но не за пределы корпуса, и удерживают его в поднятом положении до тех пор, пока давление внутри насоса не сравняется с атмосферным и атмосферное давление не перестанет вдавливать поршень обратно в корпус. После этого свободный конец гибкого шланга присоединяют к пробосборнику, а поршень вдавливают внутрь насоса, заполняя таким образом пробосборник отобранной пробой подпочвенного воздуха. Для отбора пробы подпочвенного воздуха с более глубокого уровня насос снова вращают для погружения на следующий уровень и все операции повторяют.
Несмотря на то, что это устройство позволяет отбирать пробы подпочвенного воздуха с заданной глубины, оно обладает некоторыми недостатками. Во-первых, при вращении корпуса он раскачивается относительно вертикали, из-за чего стенки скважины уплотняются неравномерно по окружности, что приводит к появлению зазоров между корпусом и стенками скважины, а это обуславливает возможность подсоса атмосферного воздуха, особенно с глубин менее 50 см, и неконтролируемое разбавление им пробы подпочвенного воздуха. Во-вторых, работа с ручным буром требует значительных физических усилий. В-третьих, в процессе бурения определить глубину погружения бура можно только посредством измерения длины оставшейся над поверхностью части корпуса. И, наконец, в-четвертых, глубина отбора проб ограничена длиной корпуса насоса, длина которого из эргономических соображений должна быть существенно меньше двух метров.
Целью предполагаемого изобретения является получение возможности отбора проб подпочвенного воздуха с заданной глубины, увеличение глубины отбора проб более двух метров и практическое исключение подмешивания в пробу атмосферного воздуха.
Технический эффект, достигаемый применением этого устройства, заключается в том, что применение устройства позволяет измерять состав подпочвенного воздуха с высокой точностью, отбирать пробы с глубины более полутора метров, устанавливать глубину отбора пробы с более высокой точностью, чем у прототипа, и затрачивать значительно меньше физических усилий.
Конструкция предлагаемого устройства показана на чертежах фиг.1 и 2. Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, вертикально закрепленного на опорной площадке 2 и имеющего вертикальную прорезь вдоль образующей. Внутри корпуса 1 установлен ходовой винт 3, зафиксированный известными способами от осевого перемещения, а привод ходового винта 4, выполненный, например, в виде повышающего редуктора с парой конических шестерен, закреплен на верхнем торце корпуса 1. На ходовом винте установлена гайка 5 с ушком, выведенным через прорезь в корпусе за пределы корпуса 1. К ушку гайки крепится с возможностью качания в вертикальной плоскости серьга 6 с горизонтальной полкой, на конце которой выполнено отверстие. В отверстие полки серьги вертикально вставлена трубка - пробоотборник 7, нижний конец которой закрыт остроконечной заглушкой 8, а в стенке трубки у нижнего конца выполнено отверстие 9. При этом диаметр трубки - пробоотборника выбирают не менее чем на 2% меньше диаметра отверстия в полке серьги 6. На верхний конец трубки - пробоотборника надет с натягом гибкий шланг 10, к противоположному концу которого присоединены вакуумметр 11 и ручной всасывающий насос 12. Трубка - пробоотборник состоит из нескольких отрезков 7, соединенных между собой резьбовыми муфтами 13. На концах каждого отрезка 7 трубки -пробоотборника выполнена внутренняя резьба, а на концах резьбовых муфт 13 - наружная, при этом свободная от резьбы средняя часть муфт 13 имеет диаметр, равный наружному диаметру отрезков 7 трубки - пробоотборника. Вдоль вертикальной прорези корпуса закреплена линейка 14, проградуированная в единицах длины, например, в сантиметрах или дюймах.
Работает устройство для отбора проб подпочвенного воздуха следующим образом.
Исходное положение гайки 5 - крайнее верхнее. Устройство устанавливают опорной площадкой 2 на грунт, в отверстие полки серьги 6 вертикально опускают первый отрезок трубки - пробоотборника остроконечной заглушкой вниз, заглубляют трубку вручную в грунт до совмещения отверстия в трубке - пробоотборнике с поверхностью грунта. После этого на верхний открытый конец трубки - пробоотборника надевают гибкий шланг с присоединенными к нему вакуумметром 11 и всасывающим насосом 12. Исходное положение поршня насоса 12 - максимально вдвинут в насос. С помощью привода 4 вращают ходовой винт в направлении опускания гайки 5. При этом серьга 6 слегка поворачивается на ушке гайки 5 и трубка - пробоотборник закусывается в отверстии полки серьги и начинает погружаться в грунт. Величину перемещения гайки 5 отсчитывают по линейке 14. После погружения трубки - пробоотборника на заданную глубину вращение ходового винта прекращают. Вытягивают поршень насоса 12 на максимальную длину и фиксируют его в таком положении до тех пор, пока по показаниям вакуумметра 11 давление внутри насоса не сравняется с атмосферным. После этого насос отсоединяют от гибкого шланга и вдвигают поршень в насос, чтобы удалить первую пробу из насоса, так как она смешана с атмосферным воздухом, находившемся первоначально в трубке, шланге и насосе (остаточный объем). Затем насос снова присоединяют к шлангу и повторяют операцию взятия пробы. Теперь насос, отсоединив от шланга, присоединяют к пробосборнику и выпускают пробу в пробосборник. Эту операцию повторяют до заполнения пробос-борника. После окончания отбора пробы с заданной глубины с помощью привода погружают трубку - пробоотборник на следующий уровень и взятие пробы повторяют, как описано выше. При этом, если длины ходового винта не хватает для погружения трубки - пробоотборника на заданную глубину, замечают отсчет по линейке 14 нижнего положения гайки, рукой устанавливают полку серьги горизонтально, устраняя этим закусывание трубки в отверстии полки, и приводом вращают ходовой винт в направлении подъема гайки в крайнее верхнее положение. После этого снова вращением ходового винта погружают трубку - пробоотборник в грунт. Если заданная глубина отбора пробы превышает длину установленного отрезка трубки - пробоотборника, то с погруженного в грунт отрезка снимают гибкий шланг, с помощью резьбовой муфты присоединяют к нему следующий отрезок трубки и продолжают погружение трубки - пробоотборника в грунт и отбор проб, как указано выше.
Извлечение трубки - пробоотборника из грунта осуществляют вращением ходового винта в направлении подъема гайки. В этом случае пластина серьги отклоняется книзу, трубка закусывается в отверстии и трубка - пробоотборник извлекается из скважины.