礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境治理中提高植被存活率的取樣分析技術(shù)與應(yīng)用

劉建章

（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第四地質(zhì)大隊(duì)（山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院），山東 濰坊 261021）

1 現(xiàn)有提高植被存活率的取樣分析技術(shù)的不足

礦山開(kāi)采區(qū)實(shí)現(xiàn)植被覆蓋后須確保植被健康生長(zhǎng)，提高植被的存活率需要取樣分析裝置，現(xiàn)有的取樣分析多為抽取植被莖葉的汁液進(jìn)行調(diào)查，時(shí)間較慢，觀察周期較長(zhǎng)，直接對(duì)莖葉觀察，無(wú)法了解根部的生長(zhǎng)情況[1]。

2 提高礦山開(kāi)采區(qū)植被存活率的取樣分析裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

參考圖1~3，取樣分析裝置包括桿體2和取樣管19，桿體2和取樣管19垂直于其長(zhǎng)度方向的橫截面均為圓形，取樣管19的內(nèi)腔存放取樣土壤，桿體2的下端開(kāi)設(shè)有圓形凹槽，圓形凹槽內(nèi)壁開(kāi)設(shè)有內(nèi)螺紋13，取樣管19上端開(kāi)設(shè)有環(huán)形槽，環(huán)形槽內(nèi)開(kāi)設(shè)有與內(nèi)螺紋13適配的外螺紋14，桿體2和取樣管19螺紋連接，桿體2和取樣管19分離后、方便取樣管19倒出取樣土壤，取樣管19下端設(shè)有環(huán)形刀7，環(huán)形刀7的刀刃部分朝下，環(huán)形刀7方便本實(shí)用新型插入土壤內(nèi)部進(jìn)行取樣；取樣管19的外周側(cè)套設(shè)有滑動(dòng)套筒4，滑動(dòng)套筒4方便操作人員對(duì)取樣管19下降時(shí)進(jìn)行扶持或施力，滑動(dòng)套筒4下端固定安裝有環(huán)形的滑動(dòng)板12，滑動(dòng)板12套設(shè)在取樣管19上，滑動(dòng)板12的下側(cè)固定安裝有若干個(gè)彈簧6，彈簧6的下側(cè)安裝有環(huán)形的連接板11，連接板11套設(shè)在環(huán)形限位板18上，連接板11的下側(cè)旋轉(zhuǎn)安裝有旋轉(zhuǎn)件15，旋轉(zhuǎn)件15的下側(cè)旋轉(zhuǎn)安裝有若干個(gè)弧形板10，弧形板10下端接觸地面對(duì)滑動(dòng)套筒4支撐，弧形板10在本實(shí)用新型未使用狀態(tài)下對(duì)環(huán)形刀7進(jìn)行保護(hù)作用。

圖1 裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3 定位組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

所桿體2外周側(cè)沿其豎直方向開(kāi)設(shè)有若干個(gè)定位孔3，其中一個(gè)定位孔3內(nèi)安裝有適配的定位件5，定位件5位于滑動(dòng)套筒4的上側(cè)，定位件5可拆卸且在安裝至定位孔3內(nèi)時(shí)對(duì)滑動(dòng)套筒4起到限位的作用，操作人員可根據(jù)需要取樣土壤的深淺對(duì)定位件5進(jìn)行選擇安裝在哪個(gè)定位孔3內(nèi)。

圖2 裝置拆開(kāi)后示意圖

圖3 裝置使用狀態(tài)示意圖

圖中數(shù)字標(biāo)記如下：1握把、2桿體、3定位孔、4滑動(dòng)套筒、5定位件、6彈簧、7環(huán)形刀、8輔助件、9彈性繩、10弧形板、11連接板、12滑動(dòng)板、13內(nèi)螺紋、14外螺紋、15旋轉(zhuǎn)件、16彈性件、17約束桿、18環(huán)形限位板、19取樣管。

4 防掉落裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

取樣管19內(nèi)安裝有防掉落裝置，防掉落裝置包括若干個(gè)等角度旋轉(zhuǎn)安裝在取樣管19內(nèi)壁的彈性件16，彈性件16為可發(fā)生形變且能恢復(fù)形變的彈性橡膠圈或者彈性硅膠圈，彈性件16外周側(cè)沿水平方向安裝有約束桿17，約束桿17防止進(jìn)入到取樣管19內(nèi)的土壤掉落，彈性件16的下側(cè)安裝有環(huán)形限位板18，環(huán)形限位板18沿豎直方向向上逐漸外擴(kuò)，保證既能對(duì)土壤進(jìn)行取樣，又能對(duì)約束桿17進(jìn)行限位，環(huán)形限位板18的上側(cè)與約束桿17的下側(cè)接觸，取樣時(shí)土壤推動(dòng)約束桿17，因彈性件16自身可發(fā)生形變且能恢復(fù)形變從而使約束桿17有轉(zhuǎn)動(dòng)的條件，使土壤能夠進(jìn)入取樣管19的內(nèi)部，環(huán)形限位板18防止約束桿17因向下轉(zhuǎn)動(dòng)而喪失對(duì)土壤的約束能力。

圖4 為圖3中A處放大結(jié)構(gòu)示意圖。

5 進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

桿體2上端設(shè)有握把1，握把1方便操作人員把本實(shí)用新型插入土壤內(nèi)部進(jìn)行取樣。滑動(dòng)套筒4的外周側(cè)設(shè)有防滑齒紋，防止操作人員對(duì)取樣管19進(jìn)行扶持或施力時(shí)滑動(dòng)套筒4滑動(dòng)?；⌒伟?0外周側(cè)安裝有環(huán)狀的彈性繩9，在取樣管19取樣后，彈性繩9受自身彈性作用收縮，使弧形板10貼在環(huán)形刀7的外側(cè)，對(duì)環(huán)形刀7起到保護(hù)作用，同時(shí)防止環(huán)形刀7碰傷操作人員?；⌒伟?0的下端安裝有輔助件8，在環(huán)形刀7下降過(guò)程中帶動(dòng)弧形板10在旋轉(zhuǎn)件15上轉(zhuǎn)動(dòng)，弧形板10轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)輔助件8轉(zhuǎn)動(dòng)，輔助件8扒開(kāi)土壤表面的葉子或防水土流失的布狀物體等，使環(huán)形刀7能順利插入土壤內(nèi)部進(jìn)行取樣[2,3]。

6 取樣分析裝置使用方法

在使用時(shí)：確定需要取樣分析的位置后，操作人員一手拿握把1施力、一手握住滑動(dòng)套筒4進(jìn)行扶持，桿體2通過(guò)取樣管19帶動(dòng)環(huán)形刀7插入土壤內(nèi)部，在環(huán)形刀7插入土壤內(nèi)部時(shí)，土壤進(jìn)入取樣管19內(nèi)部，完成取樣，取樣完成后拉取握把1從土壤中拔出環(huán)形刀7，通過(guò)旋轉(zhuǎn)桿體2或取樣管19，使轉(zhuǎn)桿體2和取樣管19分離，倒出取樣管19內(nèi)的樣體，對(duì)樣體觀察植草的根部生長(zhǎng)情況、植草根部土壤的干濕程度以及土壤內(nèi)的蟲(chóng)害情況，若植被或土壤存在問(wèn)題及時(shí)對(duì)周圍植被進(jìn)行治理，取樣完成后對(duì)周圍環(huán)境恢復(fù)原貌，另外可對(duì)取樣的植被噴灑生根劑，生根劑減少取樣對(duì)根部帶來(lái)的影響。

在取樣時(shí)，桿體2通過(guò)取樣管19帶動(dòng)環(huán)形刀7下降，在環(huán)形刀7下降過(guò)程中帶動(dòng)弧形板10繞旋轉(zhuǎn)件15轉(zhuǎn)動(dòng)，弧形板10轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)輔助件8轉(zhuǎn)動(dòng)，輔助件8扒開(kāi)土壤表面的葉子或防水土流失的布狀物體等，使環(huán)形刀7能順利插入土壤內(nèi)部進(jìn)行取樣，若不能扒開(kāi)防水土流失的布狀物體等物體，使環(huán)形刀7直接下壓進(jìn)行取樣，取樣后對(duì)防水土流失的布狀物體等物體進(jìn)行鋪整填充；取樣前先使弧形板10張開(kāi)一部分，防止下壓桿體2的過(guò)程中輔助件8插入土壤中無(wú)法張開(kāi)。

取樣時(shí)土壤推動(dòng)約束桿17，因彈性件16自身可發(fā)生形變且能恢復(fù)形變從而使約束桿17有轉(zhuǎn)動(dòng)的條件，使土壤能夠進(jìn)入取樣管19的內(nèi)部，環(huán)形限位板18防止約束桿17因向下轉(zhuǎn)動(dòng)而喪失對(duì)土壤的約束能力；在取樣管19完成取樣后，彈性繩9受自身彈性作用收縮，使弧形板10貼在環(huán)形刀7的外側(cè)，弧形板10對(duì)環(huán)形刀7起到保護(hù)作用且防止環(huán)形刀7碰傷操作人員。

操作人員可根據(jù)需要取樣土壤的深淺對(duì)定位件5進(jìn)行選擇安裝在哪個(gè)定位孔3內(nèi)，定位件5在安裝至定位孔3內(nèi)時(shí)對(duì)滑動(dòng)套筒4起到限位的作用，彈性繩9約束弧形板10，弧形板10保護(hù)環(huán)形刀7防止環(huán)形刀7碰傷操作人員。

彈簧6在取樣過(guò)程中避免了定位件5對(duì)滑動(dòng)套筒4限位過(guò)早，定位件5對(duì)滑動(dòng)套筒4接觸后，取樣管19和環(huán)形刀7仍有一定的下移距離，適應(yīng)不同位置的不同土壤厚度。

7 具體實(shí)施應(yīng)用

某崩塌點(diǎn)地質(zhì)災(zāi)害治理項(xiàng)目，其破損山體長(zhǎng)100m，坡高10m～29m，治理前坡度70°～80°，坡體以強(qiáng)、中風(fēng)化微晶灰?guī)r及泥質(zhì)灰?guī)r為主，省道S329路兩側(cè)景觀視覺(jué)效果極差。設(shè)計(jì)削坡至坡度45°～58°后進(jìn)行覆土綠化：坡面植被面積約3000m2、單位播草種量約30g/m2、覆土量約300m3。

5月14日開(kāi)始在坡面上按水平、豎向間距2m，用手持式風(fēng)動(dòng)沖擊鉆垂直坡面巖體鉆出孔徑20mm、孔深500mm鉆孔，在鉆孔內(nèi)注入純水泥漿后植入直徑18mm、長(zhǎng)度700mm的螺紋鋼筋。

5月22日豎向每隔2m順?biāo)较驇r釘上下密排兩根直徑5cm成本低廉但強(qiáng)度較高的竹竿骨架 。

5月26日開(kāi)始逐排在順?biāo)较虿荚O(shè)的兩根竹竿骨架上側(cè)鋪掛一層厚約5cm的草簾，草簾與巖釘用22#鐵絲扎緊；5月27日開(kāi)始于坡面柵格間覆第一層種植土，厚約5cm。 6月5日于已覆第一層土上鋪設(shè)5cm×5cm的土工格柵，并使格柵、草簾、巖釘、竹竿間均牢固扎結(jié)。

5月31日開(kāi)始分區(qū)分層松填第一層覆土，完畢后由人工采用鐵锨搭接拍擊錘實(shí)面層；

6月1日開(kāi)始分區(qū)分層錘面，完畢后用土工布覆蓋后預(yù)淋灑水。

6月4日開(kāi)始分區(qū)分層預(yù)淋灑水，完畢后揭除土工布，停待3天左右，對(duì)預(yù)淋侵蝕形成的沖溝二次補(bǔ)覆種植土后重新進(jìn)行錘面、預(yù)淋。

6月27日全部完成植被覆蓋后，于7月6日、 7月11日經(jīng)歷兩場(chǎng)暴雨考驗(yàn)，其中7月11日的暴雨持續(xù)2天，暴雨強(qiáng)度達(dá)到150mm。 7月17日自檢野外驗(yàn)收統(tǒng)計(jì)結(jié)果，坡植一次性存活率＝（2750－82.5）÷2750＝97%。

8 結(jié)語(yǔ)

本取樣分析裝置通過(guò)環(huán)形刀插入土壤使取樣管完成取樣，通過(guò)對(duì)取樣結(jié)果進(jìn)行觀察，判斷植被的根部生長(zhǎng)情況、植被根部土壤的干濕程度以及土壤內(nèi)的蟲(chóng)害情況，從而做出解決的辦法，快速完成取樣和分析過(guò)程，提高了取樣效率。

本裝置在取樣管完成取樣后，彈性繩受自身彈性作用收縮，使弧形板貼在環(huán)形刀的外側(cè)，弧形板對(duì)環(huán)形刀起到保護(hù)作用，同時(shí)弧形板防止環(huán)形刀碰傷操作人員。

本裝置在環(huán)形刀下降過(guò)程中帶動(dòng)弧形板在旋轉(zhuǎn)件上轉(zhuǎn)動(dòng)，弧形板轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)輔助件轉(zhuǎn)動(dòng)，輔助件扒開(kāi)表面的葉子或防水土流失的布狀物體等，使環(huán)形刀能順利插入土壤內(nèi)部進(jìn)行取樣。