CN105201418B - 取芯钻杆和取芯装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种取芯钻杆和取芯装置，该取芯钻杆包括：钻杆本体和位于钻杆本体内部的限位套、定位销和弹性装置；钻杆本体的第一端与煤芯取样装置中的取芯内钻头连接，钻杆本体的第二端连接地质钻杆；所述钻杆本体的第一侧壁上开设一定位孔，弹性装置位于限位套中，定位销固设在所述弹性装置的第一端，所述弹性装置的第二端固设在所述钻杆本体与所述第一侧壁正对的第二侧壁的内侧；所述限位套用于限位所述定位销及所述定位销从所述定位孔中伸出的高度。本发明提供的取芯钻杆，可以使得取芯外钻头所获取的煤芯落入取芯空间，而无需随风或者随水带出，其能够真实反映出所取煤样地点瓦斯含量的真实性，进而根据该原始煤芯测定的瓦斯含量比较准确。

Description

取芯钻杆和取芯装置

技术领域

本发明涉及采煤技术，尤其涉及一种取芯钻杆和取芯装置。

背景技术

在煤层采掘之前，需要对煤层实施大面积预先处理，以达到煤层卸压、排放瓦斯及改变煤层物理力学性质的目的，从而大面积消除煤层的突出危险性。而煤与瓦斯突出危险性预测分为区域突出危险性预测和工作面突出危险性预测。在选择防突措施时，按照区域防突措施先行、局部防突措施补充的原则进行设计和施工管理，而测定煤层瓦斯含量是检验区域防突措施效果是否有效的主要指标。

现有技术主要是通过钻孔取样获得煤芯，然后通过煤芯来测定煤层的瓦斯含量，具体的钻孔取样方式包括两种，分别是钻进取样和采用双层钻杆取样。

但是，采用现有技术中的钻孔取样方式进行煤芯取样，所取得的煤样原始性均比较差、瓦斯损失量大，导致所测得的煤层的瓦斯含量数据不准确。

发明内容

本发明提供一种取芯钻杆和取芯装置，用以解决现有技术中采用钻孔取样方式进行煤芯取样，所取得的煤样原始性均比较差、瓦斯损失量大，导致所测得的煤层的瓦斯含量数据不准确的技术问题。

第一方面，本发明提供一种取芯钻杆，包括：钻杆本体和位于所述钻杆本体内部的限位套、定位销和弹性装置；所述钻杆本体的第一端与煤芯取样装置中的取芯内钻头连接，所述钻杆本体的第二端连接地质钻杆；

所述钻杆本体的第一侧壁上开设一定位孔，所述弹性装置位于所述限位套中，所述定位销固设在所述弹性装置的第一端，所述弹性装置的第二端固设在所述钻杆本体与所述第一侧壁正对的第二侧壁的内侧；

所述限位套用于限位所述定位销及所述定位销从所述定位孔中伸出的高度。

进一步地，所述钻杆本体包括钻杆六方体和钻杆圆杆体，所述钻杆六方体和所述钻杆圆杆体一体成型，所述定位孔开设在所述钻杆六方体的第一侧壁上，所述第一侧壁与所述煤芯取样装置中的套管上开设用于卡扣所述定位销的卡槽的侧壁正对。

进一步地，所述弹性装置包括定位弹簧和弹簧座，所述定位弹簧固设在所述弹簧座的第一端，所述弹簧座的第二端固设在所述钻杆六方体的第二侧壁的内侧，所述定位销固设在所述定位弹簧上。

进一步地，所述钻杆本体的第一端与所述取芯内钻头的第一端螺纹连接。

进一步地，所述钻杆本体的第一端为外螺纹接头，所述取芯内钻头的第一端为内螺纹接头。

进一步地，所述钻杆本体的第二端与所述地质钻杆的第一端螺纹连接。

进一步地，所述钻杆本体的第二端为内螺纹接头，所述地质钻杆的第一端为外螺纹接头。

第二方面，本发明提供一种取芯装置，包括：煤芯取样装置，所述煤芯取样装置包括取芯外钻头和活动连接在所述取芯外钻头内部的取芯内钻头，还包括上述的取芯钻杆；所述取芯钻杆的第一端与煤芯取样装置中的取芯内钻头连接，所述取芯钻杆的第二端连接地质钻杆。

本发明提供的取芯钻杆和取芯装置，通过钻杆本体内部的限位套、定位销以及弹性装置的相互作用，在取芯内钻头和取芯外钻头之间形成取芯空间，从而使得取芯外钻头所获取的煤芯可以落入取芯空间，而无需随风或者随水带出，其能够真实反映出所取煤样地点瓦斯含量的真实性，进而根据该原始煤芯测定的瓦斯含量比较准确。

附图说明

图1为本发明提供的取芯钻杆实施例一的结构示意图；

图2为本发明提供的取芯钻杆处于钻进状态时的结构示意图；

图3为本发明提供的取芯钻杆实施例二结构示意图；

图4为本发明提供的取芯钻杆的弹性装置的正视结构示意图；

图5为本发明提供的取芯装置实施例一的结构示意图。

附图说明：

10：钻杆本体； 11：限位套； 12：定位销；

13：弹性装置； 14：煤芯取样装置； 141：取芯内钻头；

142：取芯外钻头； 15：定位孔； 101：钻杆本体的第一端；

102：钻杆本体的第二端； 103：第一侧壁； 104：第二侧壁；

131：弹性装置的第一端； 132：弹性装置的第二端；

16：第一卡槽； 17：第二卡槽； 18：滑动槽；

19：套管； 20：岩心套管； 133：定位弹簧；

134：弹簧座； 1341：弹簧座的第一端； 1342：弹簧座的第二端；

105：钻杆六方体； 106：钻杆圆杆体；

21：取芯钻杆。

具体实施方式

本发明涉及的取芯钻杆，可以适用于煤矿领域对煤芯进行定点取样，以测定煤层瓦斯含量的场景中。

传统的对煤芯进行取样的方式包括钻进取样和双层钻杆取样；其中，钻进取样是将煤层打钻到一定深度，用风或水的作用下带出煤样；采用双层钻杆取样，是由外置的送风或送水装置向钻杆中心孔内送风或送水，风(或水)在压力的作用下通过取芯内钻头内的通孔喷出，取得的煤样在风(或水)在压力的作用下带出。上述这两种所取的煤样均是由浅孔向深孔过渡，由于钻孔长度过长，排粉方式为风力排粉或者水力排粉，取出的煤样煤体松散、瓦斯损失量大，不能真实反映出所取煤样地点瓦斯含量的真实性，而且收集的煤样也有可能不是所需位置的煤样，与原始煤样相差很大，故导致最后确定的煤层的瓦斯含量的数据不准确。

本发明提供的取芯钻杆和取芯装置，旨在解决现有技术中所取得的煤样原始性差、瓦斯损失量大，导致所测得的煤层的瓦斯含量数据不准确的技术问题。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。

图1为本发明提供的取芯钻杆实施例一的结构示意图。如图1所示，该取芯钻杆21包括：钻杆本体10和位于所述钻杆本体10内部的限位套11、定位销12和弹性装置13；所述钻杆本体10的第一端101与煤芯取样装置14中的取芯内钻头141连接，所述钻杆本体10的第二端102连接地质钻杆；所述钻杆本体10的第一侧壁103上开设一定位孔15，所述弹性装置13位于所述限位套11中，所述定位销12固设在所述弹性装置13的第一端131，所述弹性装置13的第二端132固设在所述钻杆本体10与所述第一侧壁103正对的第二侧壁104的内侧；所述限位套11用于限位所述定位销12(即限位套可以避免定位销左右晃动)，并用于限位所述定位销12从所述定位孔15中伸出的高度。

具体的，上述钻杆本体10可以为一中空结构(即钻杆本体10沿径向开设有一中心通孔)，其可以为四方体形状或者六方体形状，还可以为四方体形状或者六方体形状与圆柱体形状的结合(即一部分是四方体形状或六方体形状，一部分是圆柱体形状)，本发明实施例对钻杆本体10的形状并不做限制。该钻杆本体10的第一侧壁103上开设的定位孔15，与钻杆本体10的中心通孔的开设方向垂直。在钻杆本体10的内部(即中心通孔中)设置有限位套11，限位套11中设置有弹性装置13，该弹性装置13的第二端132固设在钻杆本体10与上述第一侧壁103正对的第二侧壁104的内侧，定位销12设置在弹性装置13的第一端131，确保定位销12可以在弹性装置13的作用下从定位孔15中伸出。可选的，该弹性装置13可以为弹簧，还可以为弹性块，还可以为其他的弹性元件，图1中所示的弹性装置13只是以弹簧进行举例。

上述钻杆本体10的第一端101可以与取芯内钻头141螺纹连接，还可以为卡扣连接；钻杆本体10的第二端102可以与地质钻杆螺纹连接，还可以为卡扣连接，钻杆本体10通过地质钻杆与外部的送风或送水等动力装置连接。需要说明的是，取芯钻杆21是通过穿设在套管19和岩心套管20中与取芯内钻头141连接的。

具体的工作原理如下：参见图2所示的钻进状态示意图，使用时，将取芯钻杆21逐一穿设煤芯取样装置14中的套管19和岩心套管20(套管19为一中空六方体结构，岩心套管20为一中空圆柱体结构)，该套管19中设置有第一卡槽16和第二卡槽17，且第一卡槽16和第二卡槽17之间有滑动槽18，当穿设好之后，定位销12在弹性装置13的弹性作用下从定位孔15伸出卡在第一卡遭16中(第一卡遭16的深度与第二卡槽17的深度相比较浅)，参见图2所示(图2为取芯钻杆21处于钻进状态)，同时，将钻杆本体10的第一端101与煤芯取样装置14的取芯内钻头141连接，以及将钻杆本体10的第二端102与地质钻杆连接。启动外部的动力装置，取芯钻杆21在动力装置的驱动下，带动煤芯取样装置14的取芯内钻头141旋转，并且通过套管19、岩心套管20的传动带动煤芯取样装置14的取芯外钻头142旋转，从而使取芯内钻头141、取芯外钻头142一起配合完成对煤层的钻进和切削。钻进、切削时，由外置的送风或送水装置向取芯钻杆21的中心通孔内送风或送水，风(或水)在压力的作用下通过取芯内钻头141内的通孔喷出，将钻进、切削时产生的粉尘冲走。当钻进到一定的煤岩深度，需要进行取样时，则停止供风供水，并将取芯钻杆21向外拉出，取芯内钻头141和取芯钻杆21沿着滑动槽18一起向外滑动，当取芯钻杆21滑动到套管19的第二卡槽17处时，弹性装置13再度伸长，将定位销12卡扣在第二卡槽17中(参见图1所示，图1为取芯钻杆处于取芯状态)，此时取芯外钻头142可以向煤岩再度掘进预设深度，获取煤芯，由于此时取芯内钻头141因为定位销12的作用位置已经固定，因此，取芯外钻头142和取芯内钻头141之间形成了取芯空间，所钻取的原始煤芯就会落入该取芯空间内，而无需随风或者随水带出。因此，通过本发明所提供的取芯钻杆21，可以获取到原始煤芯，即能够真实反映出所取煤样地点瓦斯含量的真实性，因此根据该原始煤芯测定的瓦斯含量比较准确。需要说明的是，由于限位套11的限位作用，定位销12在弹性装置13的弹性作用下从定位孔15中伸出的高度是受限位套11限制的，避免了定位销12从定位孔15中伸出的高度过高，即避免了定位销12以不可控因素顶住套管19，保证了上述套管19的耐用性。

本发明提供的取芯钻杆，通过钻杆本体内部的限位套、定位销以及弹性装置的相互作用，在取芯内钻头和取芯外钻头之间形成取芯空间，从而使得取芯外钻头所获取的煤芯可以落入取芯空间，而无需随风或者随水带出，其能够真实反映出所取煤样地点瓦斯含量的真实性，进而根据该原始煤芯测定的瓦斯含量比较准确。

图3为本发明提供的取芯钻杆实施例二的结构示意图，在上述实施例的基础上，上述钻杆本体10可以包括钻杆六方体105和钻杆圆杆体106，该钻杆六方体105和钻杆圆杆体106可以一体成型(例如可以利用摩擦焊工艺焊接成一体)，上述定位孔15可以开设在钻杆六方体105的第一侧壁103上，该第一侧壁103与套管19上开设用于卡扣上述定位销12的卡槽的侧壁正对，该卡槽包括上述第一卡槽16、第二卡槽17以及滑动槽18，参见图1或图2所示。上述钻杆六方体105为一中空的六棱柱结构，上述钻杆圆杆体106为一中空的圆柱体结构。在将取芯钻杆21穿设在套管19和岩心套管20中时(套管19与岩心套管20连接)，钻杆六方体105套设在套管19中(定位销12在取芯钻杆21处于钻进状态时，定位销12从定位孔15伸出卡扣在上述第一卡槽16中)，钻杆圆杆体106套设在岩心套管20中，这样在动力装置驱动取芯钻杆21旋转时，取芯钻杆21可以更好的带动套管19和取芯内钻头141一起旋转，而由于套管19和岩心套管20连接，因此也可以更好的带动岩心套管20旋转，进而可以带动取芯外钻头142旋转，提高钻进效率。

图4为本发明提供的取芯钻杆的弹性装置的正视结构示意图，在上述实施例的基础上，如图4所示，上述弹性装置13可以包括定位弹簧133和弹簧座134，该定位弹簧133固设在弹簧座134的第一端1341，弹簧座134的第二端1342固设在钻杆六方体105的第二侧壁104的内侧，上述定位销12固设在定位弹簧133上，参见图1所示。该定位弹簧133和弹簧座134均位于上述限位套11的内部，由于限位套11的限位作用，定位销12在定位弹簧133的弹性作用下从定位孔15中伸出的高度是受限位套11限制的，避免了定位销12从定位孔15中伸出的高度过高，即避免了定位销12以不可控因素顶住套管19，保证了上述套管19的耐用性。

进一步地，上述钻杆本体10的第一端101与取芯内钻头141的第一端1411可以螺纹连接，可选的，钻杆本体10的第一端101可以为外螺纹接头，取芯内钻头141的第一端可以为内螺纹接头，二者相互配合进行螺纹连接。

进一步地，上述钻杆本体10的第二端102与地质钻杆的第一端可以螺纹连接，可选的，钻杆本体10的第二端102可以为内螺纹接头，所述地质钻杆的第一端可以为外螺纹接头，二者相互配合进行螺纹连接。

本发明提供的取芯钻杆，通过钻杆本体内部的限位套、定位销以及弹性装置的相互作用，在取芯内钻头和取芯外钻头之间形成取芯空间，从而使得取芯外钻头所获取的煤芯可以落入取芯空间，而无需随风或者随水带出，其能够真实反映出所取煤样地点瓦斯含量的真实性，进而根据该原始煤芯测定的瓦斯含量比较准确；另外通过限位套的限位作用，保证了套管的可靠性，同时通过将钻杆本体设置为钻杆六方体和钻杆圆杆体相互结合的形状，可以使得取芯钻杆更好的带动取芯内钻头和取芯外钻头一起旋转，进而可以提高煤岩的钻进效率。

图5为本发明提供的取芯装置实施例一的结构示意图。如图5所示，该取芯装置可以包括煤芯取样装置14，所述煤芯取样装置14包括取芯外钻头142和活动连接在所述取芯外钻头142内部的取芯内钻头141，还包括上述图1至图4任一实施例所描述的取芯钻杆21，该取芯钻杆21的第一端与煤芯取样装置14中的取芯内钻头141连接，该取芯钻杆21的第二端连接地质钻杆。该取芯装置的具体工作原理和过程可以参见上述实施例所描述，在此不再赘述。

本发明提供的取芯装置，通过将取芯钻杆与煤芯取样装置的取芯内钻头连接，并通过取芯钻杆的钻杆本体内部的限位套、定位销以及弹性装置的相互作用，在取芯内钻头和取芯外钻头之间形成取芯空间，从而使得取芯外钻头所获取的煤芯可以落入取芯空间，而无需随风或者随水带出，其能够真实反映出所取煤样地点瓦斯含量的真实性，进而根据该原始煤芯测定的瓦斯含量比较准确。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种取芯钻杆，其特征在于，包括：钻杆本体和位于所述钻杆本体内部的限位套、定位销和弹性装置；所述钻杆本体的第一端与煤芯取样装置中的取芯内钻头连接，所述钻杆本体的第二端连接地质钻杆；

所述钻杆本体的第一侧壁上开设一定位孔，所述弹性装置位于所述限位套中，所述定位销固设在所述弹性装置的第一端，所述弹性装置的第二端固设在所述钻杆本体与所述第一侧壁正对的第二侧壁的内侧；

所述限位套用于限位所述定位销及所述定位销从所述定位孔中伸出的高度；

所述取芯内钻头活动连接有取芯外钻头，所述取芯内钻头与所述取芯外钻头可形成取芯空间。

2.根据权利要求1所述的取芯钻杆，其特征在于，所述钻杆本体包括钻杆六方体和钻杆圆杆体，所述钻杆六方体和所述钻杆圆杆体一体成型，所述定位孔开设在所述钻杆六方体的第一侧壁上，所述第一侧壁与所述煤芯取样装置中的套管上开设用于卡扣所述定位销的卡槽的侧壁正对。

3.根据权利要求2所述的取芯钻杆，其特征在于，所述弹性装置包括定位弹簧和弹簧座，所述定位弹簧固设在所述弹簧座的第一端，所述弹簧座的第二端固设在所述钻杆六方体的第二侧壁的内侧，所述定位销固设在所述定位弹簧上。

4.根据权利要求3所述的取芯钻杆，其特征在于，所述钻杆本体的第一端与所述取芯内钻头的第一端螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的取芯钻杆，其特征在于，所述钻杆本体的第一端为外螺纹接头，所述取芯内钻头的第一端为内螺纹接头。

6.根据权利要求3所述的取芯钻杆，其特征在于，所述钻杆本体的第二端与所述地质钻杆的第一端螺纹连接。

7.根据权利要求6所述的取芯钻杆，其特征在于，所述钻杆本体的第二端为内螺纹接头，所述地质钻杆的第一端为外螺纹接头。

8.一种取芯装置，包括：煤芯取样装置，所述煤芯取样装置包括取芯外钻头和活动连接在所述取芯外钻头内部的取芯内钻头，其特征在于，还包括如权利要求1-7任一项所述的取芯钻杆；

所述取芯钻杆的第一端与煤芯取样装置中的取芯内钻头连接，所述取芯钻杆的第二端连接地质钻杆。