礦區地質環境治理中提高植被存活率的取樣分析技術與應用

劉建章

（山東省地質礦產勘查開發局第四地質大隊（山東省第四地質礦產勘查院），山東 濰坊 261021）

1 現有提高植被存活率的取樣分析技術的不足

礦山開采區實現植被覆蓋后須確保植被健康生長，提高植被的存活率需要取樣分析裝置，現有的取樣分析多為抽取植被莖葉的汁液進行調查，時間較慢，觀察周期較長，直接對莖葉觀察，無法了解根部的生長情況[1]。

2 提高礦山開采區植被存活率的取樣分析裝置的結構設計

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垂直于其長度方向的橫截面均為圓形，取樣管19的內腔存放取樣土壤，桿體2的下端開設有圓形凹槽，圓形凹槽內壁開設有內螺紋13，取樣管19上端開設有環形槽，環形槽內開設有與內螺紋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下端設有環形刀7，環形刀7的刀刃部分朝下，環形刀7方便本實用新型插入土壤內部進行取樣；取樣管19的外周側套設有滑動套筒4，滑動套筒4方便操作人員對取樣管19下降時進行扶持或施力，滑動套筒4下端固定安裝有環形的滑動板12，滑動板12套設在取樣管19上，滑動板12的下側固定安裝有若干個彈簧6，彈簧6的下側安裝有環形的連接板11，連接板11套設在環形限位板18上，連接板11的下側旋轉安裝有旋轉件15，旋轉件15的下側旋轉安裝有若干個弧形板10，弧形板10下端接觸地面對滑動套筒4支撐，弧形板10在本實用新型未使用狀態下對環形刀7進行保護作用。

圖1 裝置結構示意圖

3 定位組件的結構設計

所桿體2外周側沿其豎直方向開設有若干個定位孔3，其中一個定位孔3內安裝有適配的定位件5，定位件5位于滑動套筒4的上側，定位件5可拆卸且在安裝至定位孔3內時對滑動套筒4起到限位的作用，操作人員可根據需要取樣土壤的深淺對定位件5進行選擇安裝在哪個定位孔3內。

圖2 裝置拆開后示意圖

圖3 裝置使用狀態示意圖

圖中數字標記如下：1握把、2桿體、3定位孔、4滑動套筒、5定位件、6彈簧、7環形刀、8輔助件、9彈性繩、10弧形板、11連接板、12滑動板、13內螺紋、14外螺紋、15旋轉件、16彈性件、17約束桿、18環形限位板、19取樣管。

4 防掉落裝置的結構設計

取樣管19內安裝有防掉落裝置，防掉落裝置包括若干個等角度旋轉安裝在取樣管19內壁的彈性件16，彈性件16為可發生形變且能恢復形變的彈性橡膠圈或者彈性硅膠圈，彈性件16外周側沿水平方向安裝有約束桿17，約束桿17防止進入到取樣管19內的土壤掉落，彈性件16的下側安裝有環形限位板18，環形限位板18沿豎直方向向上逐漸外擴，保證既能對土壤進行取樣，又能對約束桿17進行限位，環形限位板18的上側與約束桿17的下側接觸，取樣時土壤推動約束桿17，因彈性件16自身可發生形變且能恢復形變從而使約束桿17有轉動的條件，使土壤能夠進入取樣管19的內部，環形限位板18防止約束桿17因向下轉動而喪失對土壤的約束能力。

圖4 為圖3中A處放大結構示意圖。

5 進一步的結構優化設計

桿體2上端設有握把1，握把1方便操作人員把本實用新型插入土壤內部進行取樣。滑動套筒4的外周側設有防滑齒紋，防止操作人員對取樣管19進行扶持或施力時滑動套筒4滑動。弧形板10外周側安裝有環狀的彈性繩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貼在環形刀7的外側，對環形刀7起到保護作用，同時防止環形刀7碰傷操作人員。弧形板10的下端安裝有輔助件8，在環形刀7下降過程中帶動弧形板10在旋轉件15上轉動，弧形板10轉動帶動輔助件8轉動，輔助件8扒開土壤表面的葉子或防水土流失的布狀物體等，使環形刀7能順利插入土壤內部進行取樣[2,3]。

6 取樣分析裝置使用方法

在使用時：確定需要取樣分析的位置后，操作人員一手拿握把1施力、一手握住滑動套筒4進行扶持，桿體2通過取樣管19帶動環形刀7插入土壤內部，在環形刀7插入土壤內部時，土壤進入取樣管19內部，完成取樣，取樣完成后拉取握把1從土壤中拔出環形刀7，通過旋轉桿體2或取樣管19，使轉桿體2和取樣管19分離，倒出取樣管19內的樣體，對樣體觀察植草的根部生長情況、植草根部土壤的干濕程度以及土壤內的蟲害情況，若植被或土壤存在問題及時對周圍植被進行治理，取樣完成后對周圍環境恢復原貌，另外可對取樣的植被噴灑生根劑，生根劑減少取樣對根部帶來的影響。

在取樣時，桿體2通過取樣管19帶動環形刀7下降，在環形刀7下降過程中帶動弧形板10繞旋轉件15轉動，弧形板10轉動帶動輔助件8轉動，輔助件8扒開土壤表面的葉子或防水土流失的布狀物體等，使環形刀7能順利插入土壤內部進行取樣，若不能扒開防水土流失的布狀物體等物體，使環形刀7直接下壓進行取樣，取樣后對防水土流失的布狀物體等物體進行鋪整填充；取樣前先使弧形板10張開一部分，防止下壓桿體2的過程中輔助件8插入土壤中無法張開。

取樣時土壤推動約束桿17，因彈性件16自身可發生形變且能恢復形變從而使約束桿17有轉動的條件，使土壤能夠進入取樣管19的內部，環形限位板18防止約束桿17因向下轉動而喪失對土壤的約束能力；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貼在環形刀7的外側，弧形板10對環形刀7起到保護作用且防止環形刀7碰傷操作人員。

操作人員可根據需要取樣土壤的深淺對定位件5進行選擇安裝在哪個定位孔3內，定位件5在安裝至定位孔3內時對滑動套筒4起到限位的作用，彈性繩9約束弧形板10，弧形板10保護環形刀7防止環形刀7碰傷操作人員。

彈簧6在取樣過程中避免了定位件5對滑動套筒4限位過早，定位件5對滑動套筒4接觸后，取樣管19和環形刀7仍有一定的下移距離，適應不同位置的不同土壤厚度。

7 具體實施應用

某崩塌點地質災害治理項目，其破損山體長100m，坡高10m～29m，治理前坡度70°～80°，坡體以強、中風化微晶灰巖及泥質灰巖為主，省道S329路兩側景觀視覺效果極差。設計削坡至坡度45°～58°后進行覆土綠化：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日開始在坡面上按水平、豎向間距2m，用手持式風動沖擊鉆垂直坡面巖體鉆出孔徑20mm、孔深500mm鉆孔，在鉆孔內注入純水泥漿后植入直徑18mm、長度700mm的螺紋鋼筋。

5月22日豎向每隔2m順水平向巖釘上下密排兩根直徑5cm成本低廉但強度較高的竹竿骨架 。

5月26日開始逐排在順水平向布設的兩根竹竿骨架上側鋪掛一層厚約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5cm×5cm的土工格柵，并使格柵、草簾、巖釘、竹竿間均牢固扎結。

5月31日開始分區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面層；

6月1日開始分區分層錘面，完畢后用土工布覆蓋后預淋灑水。

6月4日開始分區分層預淋灑水，完畢后揭除土工布，停待3天左右，對預淋侵蝕形成的沖溝二次補覆種植土后重新進行錘面、預淋。

6月27日全部完成植被覆蓋后，于7月6日、 7月11日經歷兩場暴雨考驗，其中7月11日的暴雨持續2天，暴雨強度達到150mm。 7月17日自檢野外驗收統計結果，坡植一次性存活率＝（2750－82.5）÷2750＝97%。

8 結語

本取樣分析裝置通過環形刀插入土壤使取樣管完成取樣，通過對取樣結果進行觀察，判斷植被的根部生長情況、植被根部土壤的干濕程度以及土壤內的蟲害情況，從而做出解決的辦法，快速完成取樣和分析過程，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，使弧形板貼在環形刀的外側，弧形板對環形刀起到保護作用，同時弧形板防止環形刀碰傷操作人員。

本裝置在環形刀下降過程中帶動弧形板在旋轉件上轉動，弧形板轉動帶動輔助件轉動，輔助件扒開表面的葉子或防水土流失的布狀物體等，使環形刀能順利插入土壤內部進行取樣。