槽壩式導砂沉砂裝置、採砂系統及採砂方法與流程
2023-12-02 09:31:01 8
本發明涉及採砂技術領域，具體而言，涉及一種槽壩式導砂沉砂裝置、採砂系統及採砂方法。
背景技術：
隨著城市化進程的提高，建築工程施工對砂石的需求逐漸增大，因此需要在河床、河灘處進行採砂作業以滿足需求。目前現有的採砂方法主要有：一、人力手工採砂：由人力用鐵鏟、鋤頭直接在河道、河灘上採砂；二、使用抽砂泵抽吸河底堆積的砂石；三、使用採砂船挖取河床、河灘上的砂石；四、使用挖機挖取河床、河灘上的砂。上述採砂方法均具有較大的缺陷，其中人力手工採砂費時費力，工作效率低下，已經被淘汰；其他三種採砂方法有六個無法克服的缺陷：一是對河灘、河道、河床的傷害程度大，破壞河流自然環境；二是產品質量較差。由於上述幾種採砂方式所採的是在河灘、河道上自然沉積的砂，其中泥漿、粉砂、有機雜質較多，影響建築質量；三是產量低。由於在河灘、河道上自然沉積的砂數量不多，產量受自然沉積量的限制；四是成本高。在河灘、河床、上挖砂，塊石、卵石多，並且要移動作業，費時費力，效率低，成本高；五是採砂過程中挖出來的塊石、卵石等廢棄物堆積多，影響行洪安全；六是嚴重汙染水質。由於上述採砂方式只能在枯水期採砂，採砂過程中不可避免地要把河水攪渾，影響魚類生長，影響生產生活用水。
本申請人於2014年9月22日遞交了申請號為201410486584.8的發明專利並獲得授權，該發明公開了一種槽壩式沉沙槽、採沙系統及採沙方法，該槽壩式沉沙槽包括沉沙槽主體，沉沙槽主體的底部位於河床內；沉沙槽主體的長度方向與水流方向垂直，沉沙槽主體的底部由一側向另一側傾斜，槽底設有衝砂管，衝砂管與槽外的水泵相連接；沉沙槽主體深度大的一側設置有抽沙池，抽沙池與沉沙槽主體內部連通；沉沙槽主體的側壁由第一梯形側壁、第一長方形側壁、第二梯形側壁及第二長方形側壁依次連接形成。該發明提供的槽壩式沉沙槽和採沙方法，能夠使採沙作業位置固定，在汛期、洪峰期間仍可進行採沙作業，使採沙作業不受時間的限制，提高了採砂效率，且採砂作業不損壞河灘、河床、河道原貌，不汙染河道水體，不影響河流自然環境。
但是該發明提供的沉砂槽仍然具有三個明顯的缺陷，一是河床內的沉砂槽與水流方向基本垂直，不能形成指向河邊抽砂池的分流，無法利用河水的動能作為輸砂動力，要使用水泵作為輸砂動力，運行動力成本較高；二是結構較複雜，投資較大；三是衝砂管道容易被泥砂堵塞，清理管道困難。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種槽壩式導砂沉砂裝置，其具有結構簡單可靠、能利用河水動能作為導砂輸砂動力、採砂效率高、產品質量好、運行成本低的優點。
本發明的另一目的在於提供一種採砂系統，其具有只採河底流砂，不採河床、河灘上自然沉積的砂，對河床、河灘等河流自然環境無影響的優點。
本發明的另一目的在於提供一種採砂系統，其具有隻在汛期進行採砂作業，枯水期不進行採砂作業，不會汙染水質的優點。
本發明的實施例是這樣實現的：
一種槽壩式導砂沉砂裝置，其包括設於河床內的導砂槽和設於河邊的沉砂槽，導砂槽的長度方向與河水的水流方向的夾角大於0度且小於90度，導砂槽的底部形成深度逐漸增大的斜坡，導砂槽深度大的一端與沉砂槽底部連通。
在本發明較佳的實施例中，導砂槽的長度方向與水流方向的夾角為30度-60度。
在本發明較佳的實施例中，沉砂槽的長度方向平行於水流方向。
在本發明較佳的實施例中，導砂槽深度大的一端與沉砂槽靠近河水上遊的一端連通。
在本發明較佳的實施例中，沉砂槽靠近河水下遊的一端端壁開設有排水口，排水口底部的高度大於沉砂槽的底壁的高度。
在本發明較佳的實施例中，沉砂槽的橫截面積為導砂槽的橫截面積的3倍以上。
在本發明較佳的實施例中，導砂槽與沉砂槽的連通處設有用於截斷或連通導砂槽與沉砂槽的閘門。
在本發明較佳的實施例中，導砂槽的槽口處設有攔汙柵，攔汙柵的柵條的長度方向平行於水流方向。
本發明還提供了一種採砂系統，其包括上述的槽壩式導砂沉砂裝置，及用於將砂粒從沉砂槽中移出的抽砂裝置。
本發明還提供了一種採砂方法，其包括如下步驟：使用上述的槽壩式導砂沉砂裝置收集砂粒；將沉砂槽收集的砂粒移出。
本發明實施例的有益效果是：本發明提供了一種槽壩式導砂沉砂裝置，其包括設於河床內的導砂槽及沉砂槽，導砂槽的長度方向與河水的水流方向的夾角大於0度且小於90度，導砂槽的底部形成深度逐漸增大的斜坡，導砂槽深度大的一端連通河邊的沉砂槽。該槽壩式導砂沉砂裝置具有結構簡單、利用河水動能作為導砂、輸砂動力、使用方便及運行成本低的優點，其可在汛期進行連續採砂作業，且生產效率高，出砂質量好，不破壞環境和水體。本發明還提供了包括上述槽壩式導砂沉砂裝置的採砂系統，該採砂系統能夠長時間持續作業不受汛期影響。本發明還提供了一種採砂方法，利用導砂槽與河水流向夾角形成的且指向沉砂槽的螺旋分流作為輸砂動力，將進入導砂槽的流砂輸送到沉砂槽沉積，再由取砂設備將系統收集到的砂粒取出地面篩分堆放。該採砂方法操作簡單，採砂效率高，出砂質量好，且不會損害河流自然環境，不會汙染水質。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹。應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。
圖1為本發明實施例1提供的槽壩式導砂沉砂裝置的第一視角的結構示意圖；
圖2為本發明實施例1提供的槽壩式導砂沉砂裝置的第二視角的結構示意圖；
圖3為本發明實施例中砂粒進入導砂槽的運動示意圖；
圖4為本發明實施例1中導砂槽的結構示意圖；
圖5為本發明實施例2提供的採砂系統的結構示意圖；
圖6為本發明實施例2中導砂槽的結構示意圖。
圖中：001-槽壩式導砂沉砂裝置；002-槽壩式導砂沉砂裝置；003-採砂系統；100-導砂槽；101-水流方向；200-沉砂槽；210-排水口；300-閘門；400-攔汙柵；410-固定梁；500-抽砂裝置。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。
因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的一個實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。
在本發明的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，或者是該發明產品使用時慣常擺放的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」等僅用於區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
此外，術語「水平」、「豎直」、「懸垂」等術語並不表示要求部件絕對水平或懸垂，而是可以稍微傾斜。如「水平」僅僅是指其方向相對「豎直」而言更加水平，並不是表示該結構一定要完全水平，而是可以稍微傾斜。
在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「設置」、「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
實施例1
請參照圖1、圖2和圖4所示，本實施例提供了一種槽壩式導砂沉砂裝置001，其包括設於河床內的導砂槽100及設於河邊的沉砂槽200，導砂槽100的長度方向與水流方向101的夾角大於0度且小於90度，導砂槽100的底部形成深度逐漸增大的斜坡，導砂槽100深度大的一端連通有沉砂槽200，沉砂槽200的長度方向平行於河水的水流方向101，導砂槽100深度大的一端與沉砂槽200靠近河水上遊的一端連通，沉砂槽200靠近河水下遊的一端端壁開設有排水口210，排水口210底部的高度大於沉砂槽200的底壁的高度，導砂槽100與沉砂槽200的連通處設有用於截斷或連通導砂槽100與沉砂槽200的閘門300。具體的，本實施例中，導砂槽100的長度方向與水流方向101的夾角為45度，沉砂槽200設於河岸邊以便於收集砂粒。
本發明實施例提供的槽壩式導砂沉砂裝置001是針對河水攜砂量最大的汛期和洪峰期設計，能夠在汛期期間持續工作，高效的引導砂粒和收集以便於抽取。該槽壩式導砂沉砂裝置001是在河道順直、河床穩固、坡度在2-5％，流速在2-5米/秒的河床上建立導砂槽100，用以攔截河水攜帶的流砂；導砂槽100的長度方向與河水流向之間的夾角α大於0度並小於90度，本實施例中的槽壩式導砂沉砂裝置001在河床寬度為50米，河床坡度3％，水流流速3.5米/秒的河床處設置，其中導砂槽100長度為71米；導砂槽100的槽口淨寬度為1.2米，導砂槽100的槽底橫截面為半徑為0.6米的半圓形，導砂槽100的上下遊槽壁及槽底厚度為0.4米，導砂槽100的淺端深度為0.8米，深端深度為4.3米，槽底坡度為5％；導砂槽100的口面與河床基本相平，槽底在河床以下，導砂槽100的長度方向與河水流向之間的夾角α優選為45度。
當河底流砂經過該導砂槽100時，河底的流水和砂粒由於重力作用落入導砂槽100內，形成方向與導砂槽100的長度方向一致並指向沉砂槽200的分流(螺旋環流)，以該螺旋環流的動能作為輸砂動力將進入導砂槽100內的砂粒輸送到沉砂槽200內。具體的說，水流夾帶的砂粒從上遊流動到達導砂槽100時，由於失去河床的支撐，水流與砂粒一起落入導砂槽100內並受到導砂槽100靠近下遊一側槽壁的阻擋而向槽底流動，並在圓形槽底的引導下轉向導砂槽100靠近上遊一側的槽壁流動，隨後水流受到導砂槽100靠近上遊一側槽壁的阻力後向上流動後又從上方返回嚮導砂槽100靠近下遊一側槽壁流動，形成環流(見圖3)。由於導砂槽100與水流方向101成銳角布置，進入導砂槽100中的水流會形成沿導砂槽100延伸方向(沿靠近河水下遊一端)移動的分流，環流在水流形成的沿導砂槽100延伸方向移動的分流推動下又形成指嚮導砂槽100槽底較深一端的螺旋環流，將進入導砂槽100的砂粒輸送到與導砂槽100連接的沉砂槽200內；該槽壩式導砂沉砂裝置001主要用於收集汛期時河底的流砂，不僅能夠長時間不間斷收集砂粒，且生產能力強，產量大，收集的砂粒經過河水充分洗刷，泥漿雜質少，砂粒粒徑均勻，質量上佳。
同時槽壩式導砂沉砂裝置001收集的對象是汛期河底的流砂，對自然沉積在河床、河灘上的砂粒不挖不取，不會傷害河灘、河床和河道的自然環境。另外，槽壩式導砂沉砂裝置001在枯水期不進行採砂作業，不會汙染水質。
沉砂槽200設於臨近導砂槽100較深的一端的河岸邊，其中沉砂槽200為長方形且其長度方向平行於水流方向101，沉砂槽200的槽長為20米，槽寬為5米，深度為8米，沉砂槽200靠上遊一端底部與導砂槽100深度較大的一端底部通過連通孔連通，該連通孔的高度為1米，連通孔的底部形狀、大小與導砂槽100底部一致，沉砂槽200的槽口平面比導砂槽100的槽口平面高出3米，沉砂槽200的底部呈梯形，下底寬2米，上底寬5米，導砂槽100與沉砂槽200的連通孔處設置有可升降的閘門300，沉砂槽200的橫截面積為導砂槽100的橫截面積的7倍，沉砂槽200靠下遊一端端壁開設有排水口210，排水口210寬2米，深3米，排水口210底部的高度大於沉砂槽200的底壁。
在河岸邊設置沿水流方向101布置的沉砂槽200，沉砂槽200的橫截面和空間是導砂槽100的橫截面和空間的7倍，從導砂槽100進入的水流的流速會變得緩慢，隨水進入的流砂會沉降和收集在沉砂槽200的底部，方便抽砂設備抽取收集的砂粒。沉砂槽200靠下遊的一端端壁開設有排水口210，可以將進入沉砂槽200內的完成輸砂功能並與河砂分離的水流從排水口210洩出，同時排水口210的底部高於沉砂槽底部，避免收集到的砂粒流出沉砂槽200。在導砂槽100與沉砂槽200的連接處設有可升降的閘門300，作業人員可以控制該閘門300升降以連通或隔離導砂槽100與沉砂槽200，從而控制導砂槽100內進入沉砂槽200的流量大小。
此外，為了降低成本，可以在河床上直接建設攔砂導砂的導砂坎或導砂潛壩以作為導砂槽攔截河水夾帶的砂粒，並通過進入導砂坎或導砂潛壩內河水形成的指向沉砂槽200的分流(螺旋環流)，以該螺旋環流的動能作為輸砂動力將進入導砂坎或導砂潛壩內的砂粒輸送到沉砂槽200內；同樣的，在河岸岸邊也可以選取低洼地勢作為沉砂槽200接收導砂槽100輸送的砂粒以備後續抽取。
本發明實施例還提供了一種採砂方法，其是首先使用上述的槽壩式導砂沉砂裝置001中的導砂槽100收集河底的流砂，隨後利用導砂槽100內形成的指向沉砂槽200的螺旋環流的動能作為輸砂動力，將導砂槽100收集到的流砂引導輸送到沉砂槽200內沉積儲存，再用取砂設備將儲存於沉砂槽200內的砂粒轉移至岸上即可。該採砂方法與常規的採砂方法相比具有以下優點：可以在流砂量最大的汛期內長時間高效的運作，生產能力強；所採的是河底經過充分洗刷的砂粒，雜質少，質量好；所採的對象是河底流動的砂，對自然沉積在河床、河灘和河道上的砂不採不挖，不會傷害河床、河道和河灘等河流自然環境，枯水期不採砂，不會汙染水質；利用河水動能為輸砂動力，運行成本低廉；採砂時利用的設備簡單可靠，機械設備少，操作方便。
實施例2
請參照圖5和圖6所示，本實施例提供一種採砂系統003，其包括槽壩式導砂沉砂裝置002，及抽砂裝置500，其中槽壩式導砂沉砂裝置002包括底部設於河床內的導砂槽100及設於河邊的沉砂槽200，導砂槽100的長度方向與水流方向101的夾角為60度，導砂槽100的底部形成深度逐漸增大的斜坡，導砂槽100深度大的一端連通有沉砂槽200，沉砂槽200的長度方向平行於水流方向101，沉砂槽200靠近河水上遊的一端與導砂槽100深度大的一端連通，沉砂槽200靠近河水下遊的一端端壁開設有排水口210，排水口210的高度大於沉砂槽200的底壁的高度，導砂槽100與沉砂槽200的連通處設有用於截斷或連通導砂槽100與沉砂槽200的閘門300，抽砂裝置500用於將砂從沉砂槽200中移出，本實施例中，抽砂裝置500為鏈鬥機，導砂槽100的橫截面為上大下小的梯形。
該採砂系統003使用導砂槽100將河水夾帶的砂粒截留，並通過水流進入導砂槽100時產生的螺旋環流將砂粒輸送至沉砂槽200中沉降儲存，隨後作業人員使用鏈鬥機將儲存於沉砂槽200中的砂粒運輸到岸邊進行篩分和轉移等後續作業。
在導砂槽100的槽口處設有間隔布置的攔汙柵400，攔汙柵400的柵條的長度方向平行於水流方向101。攔汙柵400不僅可以阻擋水流中夾帶的垃圾進入導砂槽100中，同時作業人員可以通過設置攔汙柵400相鄰的柵條的間距來調節進入導砂槽100的砂粒的粒度大小，篩選得到合適粒徑的砂粒，同時平行於水流方向101布置的攔汙柵400也不會阻礙水流進入導砂槽100中驅動砂粒移動。
在導砂槽100的槽口處相隔設有固定梁410，固定梁410的長度方向平行於水流方向101。具體的，每間隔4米設置有一根固定梁410，固定梁410的斷面尺寸為寬0.15米，高0.2米，固定梁410的長度為1.2米；該固定梁410能夠提高導砂槽100的結構強度，避免導砂槽100槽口變形影響正常作業。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。