CN104458318A - 一种气动压入式松软煤层微扰动取样装置 - Google Patents

Abstract

一种气动压入式松软煤层微扰动取样装置，包括取样器、动力系统和支撑系统；取样器包括取芯管和取芯管底座；所述取芯管后端固定在芯管底座上；动力系统包括气泵、耐压管、手动气路换向阀、减压阀和管径转换接头；支撑系统包括支撑台、支撑杆、前端支撑底座和后端支撑底座；气泵缸体放置在支撑台上；支撑杆位于前端支撑底座和后端支撑底座之间。本发明的取样装置取样过程中对松软煤体的扰动较小，可保持煤样原始结构状态；动力系统采用气动式，直接利用井下压风管路提供气流并且通过减压阀进行稳压，安全有效，适用性强；支撑架采用一系列长短不一的支撑杆连接而成可以根据取样地点作业环境不同合理调整支撑长度，操作方便。

Description

一种气动压入式松软煤层微扰动取样装置

技术领域

本发明涉及采矿领域，尤其是一种气动压入式松软煤层微扰动取样装置。

背景技术

煤炭是我国的主要能源，2013年我国煤炭产量达37亿t。经过十多年的快速开发，中东部地区许多矿井开采深度已达800～1200m，煤层垂向应力可达22～33MPa，瓦斯压力达6MPa以上，瓦斯含量达20m3/t以上；煤层松软且渗透性低，f值为0.1～0.5，单轴抗压强度为0.5～2MPa，渗透率仅为10-4～10-3mD，瓦斯抽采困难，煤与瓦斯突出灾害严重，全国煤矿每年瓦斯事故死亡350人以上。

煤与瓦斯突出是煤层中储存的瓦斯内能和煤岩体弹性变形能的失稳释放过程，表现为在极短的时间内向采掘空间抛出大量煤岩和瓦斯的动力现象。突出发生时，巨大的能量以动能的形式释放，抛出的煤体能够沿着巷道堆积上百米，喷出的瓦斯能够逆流前进充满上千米的巷道，摧毁井下设施，造成严重的人员财产损失。突出喷出的大量瓦斯能够引发瓦斯(煤尘)爆炸、瓦斯窒息等次生灾害。

瓦斯抽采是降低煤层瓦斯含量、消除突出危险性的最主要技术手段。而控制瓦斯抽采的关键因素是煤层渗透性。低渗透突出煤体强度低、煤质松软，现有采样制样方法不能制备煤体结构相对完整的原始构造煤样。低渗透突出煤体的结构特征既不同于原生硬煤体制成的原煤样，与构造煤体筛分粒煤压制的型煤样也存在差异较大，对低渗透突出煤体渗透性的研究尚未形成系统实验方法和理论成果。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种气动压入式松软煤层微扰动取样装置，通过用气泵将取样装置打入松软煤层取样，解决了现有技术的不足。

技术方案：一种气动压入式松软煤层微扰动取样装置，其特征在于，包括取样器、动力系统和支撑系统；取样器通过气泵缸体前端的气泵活塞杆连接动力系统；

所述取样器包括取芯管和取芯管底座；所述取芯管后端固定在芯管底座上；

所述动力系统包括气泵、耐压管、手动气路换向阀、减压阀和管径转换接头；所述耐压管包括第一气泵耐压管、第二气泵耐压管、换向阀耐压管、减压阀耐压管和井下压风管路；

所述支撑系统包括支撑台、支撑杆、前端支撑底座和后端支撑底座；气泵缸体放置在支撑台上；支撑杆位于前端支撑底座和后端支撑底座之间；工作时，后端支撑底座抵在煤壁上，前端支撑底座抵在气泵缸体后端；

井下压风管路通过管径转换接头接入减压阀耐压管，该耐压管接入减压阀，减压阀通过换向阀耐压管接入手动气路换向阀，该手动气路换向阀输出分为两路，分别通过第一气泵耐压管和第二气泵耐压管接入气泵缸体；其中，第二气泵耐压管接入气泵缸体的前端气口，第一气泵耐压管接入气泵缸体的后端气口；气泵缸体前端的气泵活塞杆连接取芯管底座；

进一步的，取芯管为两片完全相同的半片管拼合而成；所述取芯管前端有倒角，外壁中部设置有凹槽。使用两片半片管合成取芯管，方便将采样的标本取出，而凹槽结构则方便了两篇半片管的固定，只需采用钢箍等嵌入凹槽中，就可以方便的将两个半片管合成为取芯管。

进一步的，取芯管通过螺纹与取芯管底座连接；取芯管底座通过螺纹与气泵活塞杆连接。螺纹连接方便拆卸和更换，使用更加方便。

进一步的，支撑杆包括多条可拼接的杆，可以根据取样地点作业环境不同合理调整支撑长度。

有益效果： 

(1)本发明的取样装置取样过程中对松软煤体的扰动较小，可保持煤样原始结构状态；

(2)动力系统采用气动式，直接利用井下压风管路提供气流并且通过减压阀进行稳压，安全有效，适用性强；

(3)支撑架采用一系列长短不一的支撑杆连接而成可以根据取样地点作业环境不同合理调整支撑长度，操作方便。

附图说明

图1为本发明实施例示意图

图2为取样器立体图

图3为取样器主视图

图4为取样器剖视图

图中标号：取芯管1；半片管1-1、1-2；取芯管底座2；气泵缸体3；耐压管4；耐 压管5；手动气路换向阀6；耐压管7；减压阀8；耐压管9；管径转换接头10；井下压风管路11；支撑台12；前端支撑底座13；支撑杆14；后端支撑底座15；气泵活塞杆16。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，一种气动压入式松软煤层微扰动取样装置，其特征在于，包括取样器、动力系统和支撑系统；取样器通过气泵缸体前端的气泵活塞杆16连接动力系统；

取样器包括取芯管1和取芯管底座2；具体如图2、图3、图4所示，所述取芯管1后端固定在芯管底座2上；取芯管1为两片完全相同的半片管1-1和1-2拼合而成；所述取芯管1前端有倒角，外壁中部设置有凹槽。凹槽处用于用钢箍等将两片半片管固定成取芯管。取芯管1通过螺纹与取芯管底座2连接；取芯管底座2通过螺纹与气泵活塞杆16连接。

所述动力系统包括气泵缸体3、耐压管、手动气路换向阀6、减压阀8和管径转换接头10；所述耐压管包括第一气泵耐压管4、第二气泵耐压管5、换向阀耐压管7、减压阀耐压管9和井下压风管路11；

所述支撑系统包括支撑台12、支撑杆14、前端支撑底座13和后端支撑底座15；气泵缸体3放置在支撑台12上；支撑杆14位于前端支撑底座13和后端支撑底座15之间；工作时，后端支撑底座15抵在煤壁上，前端支撑底座13抵在气泵缸体后端；支撑杆14包括若干条可拼接的杆，这些可拼接的杆，长短不一，在不同的采样环境中，根据环境大小，更换用于拼接的杆，达到适应不同环境大小的目的。

井下压风管路11通过管径转换接头10接入减压阀耐压管9，该耐压管接入减压阀8，减压阀8通过换向阀耐压管7接入手动气路换向阀6，该手动气路换向阀6输出分为两路，分别通过第一气泵耐压管4和第二气泵耐压管5接入气泵缸体3；其中，第二气泵耐压管5接入气泵缸体3的前端气口，第一气泵耐压管4接入气泵缸体3的后端气口；气泵缸体前端的气泵活塞杆16连接取芯管底座2；

工作时，气流通过井下压风管路11引入，通过减压阀耐压管9进入减压阀8进行稳压，稳压后的气流通过换向阀耐压管7进入手动气路换向阀6。

加载时，调节手动气路换向阀6使气流经过第一气泵耐压管4连接气泵缸体3后端进/出气口压入，气泵活塞杆16伸长推动取样器1压入煤体； 

卸载时，调节手动气路转向阀6使气流经过第二气泵耐压管5连接气泵缸体3前端进/出气口压入，气泵活塞杆13回缩带动取样器1退出煤体，完成取样。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种气动压入式松软煤层微扰动取样装置，其特征在于，包括取样器、动力系统和支撑系统；取样器通过气泵缸体前端的气泵活塞杆(16)连接动力系统；

所述取样器包括取芯管(1)和取芯管底座(2)；所述取芯管(1)后端固定在芯管底座(2)上；

所述动力系统包括气泵缸体(3)、耐压管、手动气路换向阀(6)、减压阀(8)和管径转换接头(10)；所述耐压管包括第一气泵耐压管(4)、第二气泵耐压管(5)、换向阀耐压管(7)、减压阀耐压管(9)和井下压风管路(11)；

所述支撑系统包括支撑台(12)、支撑杆(14)、前端支撑底座(13)和后端支撑底座(15)；气泵缸体(3)放置在支撑台(12)上；支撑杆(14)位于前端支撑底座(13)和后端支撑底座(15)之间；工作时，后端支撑底座(15)抵在煤壁上，前端支撑底座(13)抵在气泵缸体后端；

井下压风管路(11)通过管径转换接头(10)接入减压阀耐压管(9)，该耐压管接入减压阀(8)，减压阀(8)通过换向阀耐压管(7)接入手动气路换向阀(6)，该手动气路换向阀(6)输出分为两路，分别通过第一气泵耐压管(4)和第二气泵耐压管(5)接入气泵缸体(3)；其中，第二气泵耐压管(5)接入气泵缸体(3)的前端气口，第一气泵耐压管(4)接入气泵缸体(3)的后端气口；气泵缸体前端的气泵活塞杆(16)连接取芯管底座(2)。

2.如权利要求1所述一种气动压入式松软煤层微扰动取样装置，其特征在于，所述取芯管(1)为两片完全相同的半片管拼合而成；所述取芯管(1)前端有倒角，外壁中部设置有凹槽。

3.如权利要求1所述一种气动压入式松软煤层微扰动取样装置，其特征在于，所述取芯管(1)通过螺纹与取芯管底座(2)连接；取芯管底座(2)通过螺纹与气泵活塞杆(16)连接。

4.如权利要求1-3所述一种气动压入式松软煤层微扰动取样装置，其特征在于，所述支撑杆(14)包括若干条可拼接的杆。