一种水层覆盖下地电提取装置及方法

技术领域

本发明属于矿产勘查技术领域，具体涉及一种水层覆盖下地电提取装置及方法。

背景技术

寻找较大深度的隐伏矿产是国内和国际矿产勘查工作的主要任务，因此，穿透性勘查技术的研发是目前找矿方法的重要发展方向。现有地电提取技术所使用的装置主要包括电源、提取电极两个部分，是一种通过电场激发对土壤中微量元素进行提取的找矿方法。

现有技术存在以下问题：

1)不适用于特殊地形地貌，例如水田、沼泽、河流等有水覆盖的条件。在地表出现明显积水的情况下，水会将图1中表土层中的微量元素带入提取电极，这会严重影响测量效果。地电提取作为穿透性勘查技术，其所测量的微量元素主要来自地下深处，经过长时间(可达百万年)在地质作用下积累而成，而其含量很低(ppm级以下)。不但，表土层的微量元素组成和含量与残积层具有较大差异；而且，会受到来自人类及其他因素的影响，尤其是重金属污染。这两种情况将对测量结果产生明显影响，导致在地表出现明显积水的情况下只能放弃测量或者更改测量位置。

2)存在一定的提取液流失问题。由于提取电极布置位置处于土壤中，提取液浇在其周围的开放空间中，会随着时间向四周扩散。据观察超过24小时就会有明显流失，尤其在干燥、砂质土壤中流失程度更加明显；24小时以内的流失程度不明显。提取液的流失主要影响土壤的导电性能，提高两个提取电极之间的电阻率，降低提取效果。

3)现有操作过程破坏了土壤原有结构，存在潜在人为影响。在埋设提取电极时需要挖50CM深的坑，提取电极周围的土壤实际上是经过扰动的，是人工回填的结果。这样操作破坏了原有土壤结构，增加了孔隙度，改变了其导电性能，增加了人为影响。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：

一种水层覆盖下地电提取装置，包括辅管、外套管、主管、提泥器、封装式提取电极和固定套圈；

所述辅管的一端开口，另一端封闭；

所述外套管的一端为开口，另一端可拆卸连接有顶盖，所述顶盖上设置有中心孔；所述外套管的内径大于所述辅管的外径；

所述主管的外径小于所述外套管的内径；

所述提泥器包括内杆、外杆和底板，所述外杆可转动的套设在所述内杆外侧；所述内杆的一端设置有采泥轮，另一端设置有手柄；所述底板包括上下设置的第一底板和第二底板，所述第一底板和所述第二底板交错设置若干过泥孔，所述第一底板和所述第二底板贴合设置在靠近所述采泥轮的一端，其中，所述第一底板与所述外杆固定连接，所述第二底板与所述内杆固定连接；所述采泥轮、所述第一底板和所述第二底板的直径与所述外套管的内径适配；

所述封装式提取电极包括外壳，所述外壳包括外壳上部和外壳下部，所述外壳上部为封闭结构，所述外壳下部为开放结构，所述外壳下部的底端设置有托盘，所述托盘通过柱子与所述外壳上部连接；

所述外壳上部内设置有存放提取液的储液瓶，所述托盘与所述外壳上部之间设置有传统电极，所述储液瓶和所述传统电极之间设置带阀门的滴管，所述滴管将所述储液瓶内的提取液输送至所述传统电极；

所述固定套圈包括电源盒和2个套圈，2个所述套圈分别设置在所述电源盒的两端，所述套圈与所述电源盒可调距连接，所述套圈与所述提杆配合。

进一步地，所述第一底板和所述第二底板均为圆形，且均设置有三个均布的扇形过泥孔，所述扇形过泥孔的母线由圆形中心沿径向向外辐射设置。

进一步地，所述外壳的上表面设置有第一螺口，所述第一螺口与提放所述外壳的提杆配合。

进一步地，所述储液瓶和所述传统电极通过连接器固定连接，所述连接器包括壳体，所述壳体的一端为开口，所述开口内设置有用于固定所述储液瓶的第二螺口，另一端设置有封闭底板，所述封闭底板上设置有固定所述传统电极的电气夹；所述电气夹夹持所述传统电极中的碳棒。

进一步地，所述套圈与所述电源盒之间设置连接杆和螺口套管，所述螺口套管的一端与所述电源盒固定连接，另一端与所述连接杆螺纹连接；所述连接杆的另一端与所述套圈固定连接。

一种水层覆盖下地电提取方法，使用上述任一项所述的水层覆盖下地电提取装置，该方法包括以下步骤：

S10、放置外套管：将辅管的封闭一端放入水底，用力下压，将水和淤泥排出；将外套管套装在辅管外侧，并用外力下压使外套管位置固定，取出辅管；

S20、利用外套管挖泥并放至合适深度：在外套管中放入提泥器并旋转手柄，挖动土壤或稀泥并将其取出，直至干土层；

S30、放置主管和封装式提取电极：将主管放置在外套管内，并加入与主管适配的提泥器，在外套管的底部重新挖出圆柱状坑体；将封装式提取电极放入圆柱状坑体，取出主管；将封装式提取电极的提杆穿过外套管的顶盖，并旋紧；

S40、布置电极并通电：重复步骤S10至步骤S30，再布置另一个封装式提取电极；然后，将固定套圈的2个套圈分别套在两个提杆上并固定，同时通过拧紧连接杆上的螺口套管来固定电源盒；将两个封装式提取电极的金属导线分别与电源盒的正负极相连；

S50、回收装置和保存样品：通电预定时间后，将提杆向上提起，取出封装式提取电极；拆开传统电极，取出其中的泡塑用塑料袋装好，将其作为样品送实验室分析。

进一步地，步骤S20中，干土层的判断标准为取出的土壤明显较干燥、松散颗粒。

进一步地，步骤S10中，将外套管压稳并竖立在干土层中。

进一步地，在步骤S30中，放置封装式提取电极之前，需要做以下准备工作：

S31、将传统电极固定到连接器的下部电气夹，并将滴管尖端插进传统电极的泡塑中；

S32、将软管与存储提取液的容器相连，在储液瓶内灌入定量的提取液；

S33、套装外壳，并让软管和金属导线穿过外壳的预留孔。

有益效果：

1.本发明通过辅管、外套管和加大开挖深度等三步措施来保障隔水效果。如操作步骤中所述：第一，利用辅管初步隔水和淤泥；第二，利用外套管达到初步防水，使得大部分的水不能流入管内。外套管的深度较大，土壤本身的吸水性保证了上部水和淤泥并不能很快下渗(至少不会在24h的提取时间内下渗)；第三，通过挖出坑底小坑的做法进一步保障了意外渗水的发生；如果外套管松动，有可能造成少量水沿着管子与泥土之间的空隙下渗，因此，第三步是防止这种情况的发生。此外，还可以通过向外套管和主管之间填充防水、吸水物质来达到隔水目的，例如先加塑料布，然后填入泥土等方法。

2.本发明完成了在1-2m深度下的电极布设任务，现有技术中的电极埋设深度一般在50CM左右；而特殊情况下符合要求的土层深度往往会达到1-2m，甚至更深；本发明可以完成1-2m深度的埋设工作，甚至3-4m，且仅需要增加外套管、主管的长度即可。

3.本发明通过封装式提取电极实现了对装置的便携性、操作性和安全性等方面的提高。封装式提取电极将提取液和传统电极均整合在一起，在室内制作好即可带到野外布设，方便携带，也减少了野外操作时间和工作量。

4.在同样埋设深度下，现有技术中的操作是要先挖一个50CM的大坑，需要1-2人带上工具开挖，费时也费力；而本发明只需要挖开一个小坑(12CM的小洞)即可。

此外，在同等条件下，简化了操作步骤，减少了人为操作的影响，现有技术中电极埋设的操作包括挖坑、埋电极、填土、浇提取液、压实土壤和连接电源等6步操作；而本发明只需要挖坑、埋电极、连接电源等3步操作即可，操作简单，且减少了对土壤的扰动以及人工浇灌提取液的不均匀性；同时，提取液也集中在传统电极内部，由内向外扩散，最大程度上保证了通电效果和提取效果。

5.本发明中的提取液灌注，只需要将胶管连上存贮容器的接口，打开阀门即可，大大减少了操作人员与酸液接触的机会，提高了操作的安全性。

附图说明

图1为辅管的整体结构示意图；

图2为外套管的整体结构示意图；

图3为主管的示意图；

图4为提泥器的整体结构示意图；

图5为采泥轮的结构示意图；

图6为第一底板(第二底板)的结构示意图；

图7为封装式提取电极的整体结构示意图；

图8为外壳的结构示意图；

图9为托盘的结构示意图；

图10为提杆的结构示意图；

图11为固定套圈的整体结构示意图；

图12为放置外套管示意图；

图13为利用外套管挖泥并放至合适深度示意图；

图14为放置主管和封装式提取电极示意图；

图15为布置电极并通电示意图；

其中，1、辅管；2、外套管；21、管体；22、顶盖；3、主管；4、提泥器；41、采泥轮；42、底板；43、外杆；44、内杆；45、手柄；5、封装式提取电极；51、储液瓶；52、传统电极；53、连接器；531、第二螺口；532、壳体；533、电气夹；54、滴管；55、阀门；56、插头；57、软管；58、外壳；581、第一螺口；59、托盘；510、提杆；511、金属导线；512、柱子；6、固定套圈；61、套圈；62、连接杆；63、螺口套管；64、电源盒；7、水层；8、富水土层；9、干土层。

具体实施方式

实施例1

一种水层覆盖下地电提取装置，包括辅管1、外套管2、主管3、提泥器4、封装式提取电极5和固定套圈6。

辅管1的一端开口，另一端封闭。在本实施例中，辅管1为塑料材质，直径15CM，每根长度1M。辅管1的作用为初步排挤掉水底含水较多的淤泥，保证在使用外套管2时，外套管2内不会有太多的水分和淤泥。若辅管1的长度不够可加套一根。

外套管2的一端为开口，另一端可拆卸连接有顶盖22，顶盖22上设置有中心孔；外套管2的管体21的内径大于辅管1的外径。在本实施例中，外套管2为钢质管，外套管2的管体21直径与辅管1相仿(比15CM略大)，但以刚好套在辅管1外面为宜，每根长度1M。外套管2的作用为初步隔绝外部水渗透进入提取装置周围。若外套管2的长度不够可加套一根。

其中，外套管2的顶盖22设置有中心孔，可以将提杆510套在其中，用以固定提杆510。外套管2匹配一个提泥器4，两者直径相同，通过提泥器4来挖土。

主管3的外径小于外套管2的内径。在本实施例中，主管3为两端开口的钢质管，直径5CM，每根长度1.5M。主管3的作用为挖出泥土并向下打洞，同时也用来埋设地电提取电极。在本实施中，设置有与主管3相匹配一个提泥器4，两者直径相同，通过提泥器4来挖土。

提泥器4包括内杆44、外杆43和底板42，外杆43套设在内杆44外侧；内杆44的一端设置有采泥轮41，另一端设置有手柄45；底板42包括上下设置的第一底板和第二底板，第一底板和第二底板对应设置若干过泥孔，其余部分作为挡泥板，第一底板和第二底板叠加时，挡泥板遮盖过泥孔；第一底板和第二底板设置在靠近采泥轮41的一端，其中，第一底板与外杆43固定连接，第二底板与内杆44固定连接；采泥轮41、第一底板和第二底板的外轮廓与主管3或外套管2的内径适配。

在本实施例中，第一底板和第二底板均为圆形，且均设置有三个均布的扇形过泥孔，扇形过泥孔的母线由圆形中心沿径向向外辐射设置。

在本实施例中，当进行挖土操作时，需要转动外杆使第一底板和第二底板上下两片完全重叠，扇形过泥孔的孔口相通。当进行提土操作时，转动外杆使第一底板和第二底板上下两片彼此交叉，扇形过泥孔的孔口相互遮挡，即可将提泥器4向上拉至管口位置并取出泥土。

在本实施例中，采泥轮41为涡轮扇叶。

封装式提取电极5包括外壳58，外壳58包括外壳上部和外壳下部，外壳上部为封闭结构，外壳下部为开放结构，外壳下部的底端设置有托盘59，托盘59通过柱子512与外壳上部连接；

外壳上部内设置有存放提取液的储液瓶51，托盘59与外壳上部之间设置有传统电极52，储液瓶51和传统电极52之间设置带阀门55的滴管54，滴管54将储液瓶51内的提取液输送至传统电极52。其中，外壳58的上表面设置有提杆510。

在本实施例中，传统电极52即为专利ZL200720125708中所述的电极，其结构完全相同，继承原有特点不做任何改变。

储液瓶51用于存放提取液，一般为特定浓度的HNO

储液瓶51底部设置有带阀门的滴管54，主要作用是将储液瓶51中的提取液输送到传统电极52中。滴管54主要由塑料软管构成，其尖端插头56，插头56是硬的塑料材质，能够插进传统电极的泡塑之中；阀门为塑料材质，其滴灌的原理与医用输液管相同，通过推动滚轮来控制液体的流量。

储液瓶51顶部设计有两根软管57，在室内可以通过它连接并添加提取液；另外，在野外布置好电极以后，它的作用是连通大气，保持储液瓶51顶部、底部之间的压力差，使得液体顺利从滴管54流出。在添加提取液时，需要保证一根软管连通大气；运输过程中要保持两根软管被夹紧，以免液体外流。

储液瓶51和传统电极52通过连接器53固定连接。连接器53具有圆柱状塑料壳体532，其中，壳体532的底部封闭，上部开口，上部开口内设螺纹，可以套在储液瓶51底部并与储液瓶51螺纹连接。连接器53底部设置有固定传统电极的电气夹533，通过它夹持传统电极52中的碳棒。

在本实施例中，从电气夹533中引出的金属导线511并引至连接器53外部、与电源相连。连接器53的上端通过第二螺口531来固定储液瓶51。

在本实施例中，外壳58为圆柱状，外壳58内能够容纳传统电极52、连接器53、储液瓶51等器件，其主要作用是放置和回收封装式提取电极。

在本实施例中，外壳58分为外壳上部和外壳下部两部分，外壳上部为封闭的塑料外壳，外壳下部为开放的结构，外壳下部的底端设置有一个圆形托盘59，托盘59通过四个细柱子512与上部相连。外壳58的顶部设置有预留孔，用于穿过软管57和金属导线511。先将外壳58的上部套在储液瓶51和连接器53外面，并将软管57和金属导线511穿过预留孔；然后将外壳58的下部套在传统电极52外面，并拧紧外壳上部与外壳下部之间的螺口。

外壳58封闭端的上表面设置有第一螺口581，第一螺口581与提放外壳58的提杆510配合。

固定套圈6包括电源盒64和2个套圈61，2个套圈61分别设置在电源盒64的两端，套圈61与电源盒64可调距连接，套圈61与提杆510配合。

套圈61与电源盒64之间设置连接杆62和螺口套管63，螺口套管63的一端与电源盒64固定连接，另一端与连接杆62螺纹连接；连接杆62的另一端与套圈61固定连接。

其中，电源盒64内设有电池、电池扣，用来连接金属导线511。电源盒64外设有连接杆62和螺口套管63(内有螺纹)，通过拧紧螺口套管63，可以与套圈61相连并固定电源盒64。套圈61的一端呈环状，可以套在提杆510上，拧紧螺丝以后能够较牢靠地固定在提杆510上；套圈61的另一端也有连接杆62，末端有螺纹，与螺口套管63相接。

使用时：首先，分别将左右套圈套61在提杆510上，并拧紧螺丝固定；然后，将连接电源盒64的螺口套管63与连接杆62接好并拧紧。通过调节螺母的松紧来控制两个套圈61之间的距离。

实施例2

一种水层覆盖下地电提取方法，使用实施例1提供的水层覆盖下地电提取装置，该方法包括以下步骤：

S10、放置外套管2：将辅管1的封闭一端放入水底，用力下压，将水和淤泥排出；将外套管2套装在辅管1外侧，并用外力下压使外套管2位置固定，取出辅管1。

S20、利用外套管2挖泥并放至合适深度：在外套管2中放入提泥器4并旋转手柄45，挖动土壤或稀泥并将其取出，直至干土层9。如果富水土层8较厚，可以重复操作提泥管，直至干土层9。

其中，干土层9的判断标准为取出的土壤明显较干燥、松散颗粒。

步骤S20中，步骤S10中，将外套管2压稳并竖立在干土层9中。

S30、放置主管3和封装式提取电极：将主管3放置在外套管2内，并加入与主管3适配的提泥器4，在外套管2的底部重新挖出圆柱状坑体；将封装式提取电极5放入圆柱状坑体，取出主管3；将封装式提取电极5的提杆510穿过外套管2的顶盖22，并旋紧。

其中，在放置封装式提取电极之前，需要做以下准备工作：

S31、将传统电极52固定到连接器53的下部电气夹533，并将滴管54尖端插进传统电极52的泡塑中；

S32、将软管57与存储提取液的容器相连，在储液瓶51内灌入定量的提取液；

S33、套装外壳58，并让软管57和金属导线511穿过外壳58的顶部预留孔。

S40、布置电极并通电：重复步骤S10至步骤S30，再布置另一个封装式提取电极5；然后，将固定套圈6的2个套圈61分别套在两个提杆510上并固定，同时通过拧紧连接杆62上的螺口套管63来固定电源盒64；将两个封装式提取电极的金属导线511分别与电源盒64的正负极相连；

S50、回收装置和保存样品：通电预定时间后，将提杆510向上提起，取出封装式提取电极；拆开传统电极52，取出其中的泡塑用塑料袋装好，将其作为样品送实验室分析。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围。