CN106441981A - 煤样钻取密封检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种煤样钻取密封检测装置，包括外筒和内筒，所述内筒同轴设置于外筒内且内筒可沿外筒的轴向往复运动，所述内筒和外筒之间具有间隙；所述外筒的钻取端端部设置有钻头，所述内筒的钻取端内测设置有密封机构使内筒具有密闭的取样空间，所述内筒的底部设置有检测机构；还包括用于驱动内筒钻取煤样的驱动机构，所述驱动机构设置于外筒内且驱动机构与内筒的底部外侧连接，能够在煤样采集过程中有效防止钻杆对煤样的破坏，而且能够有效防止煤样暴露于空气中以及钻孔中的杂质混入到煤样中，保证采集到的煤样的品质，利于煤样瓦斯解吸量的分析，进而利于对煤层性质的精确分析。

Description

煤样钻取密封检测装置

技术领域

本发明涉及一种煤样采集设备，尤其涉及一种煤样钻取密封检测装置。

背景技术

在煤矿采集作业中，对于煤样的采集及对煤样的分析是其中的关键，现有技术中，对于煤样的采集均采用如下方式：首先通过钻杆对进行钻孔，在钻孔过程中会将煤粉排出到钻孔的出口处，然后再采集煤粉；这种方式存在如下缺陷：将排出到钻孔的出口的煤粉作为煤样，煤粉在钻杆的作用下被碾压，进而破碎，在这个过程中会混入到钻孔孔壁的煤样，而与钻孔深处的目标采集点煤的性质存在极大的不同，而且，煤粉在排出过程中，会暴露在空气中，而煤样的暴露时间却无法准确测定，也会严重影响到煤样的性质，从而在后续的煤样性质、瓦斯解吸量分析时存在极大误差，不能准确反映煤层的性质。

因此，需要提出一种新的采集设备，能够在煤样采集过程中有效防止钻杆对煤样的破坏，而且能够有效防止煤样暴露于空气中以及钻孔中的杂质混入到煤样中，保证采集到的煤样的品质，利于煤样瓦斯解吸量的分析，进而利于对煤层性质的精确分析。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种煤样钻取密封检测装置，能够在煤样采集过程中有效防止钻杆对煤样的破坏，而且能够有效防止煤样暴露于空气中以及钻孔中的杂质混入到煤样中，保证采集到的煤样的品质，利于煤样瓦斯解吸量的分析，进而利于对煤层性质的精确分析。

本发明提供的一种煤样钻取密封检测装置，包括外筒和内筒，所述内筒同轴设置于外筒内且内筒可沿外筒的轴向往复运动，所述内筒和外筒之间具有间隙；所述外筒的钻取端端部设置有钻头，所述内筒的钻取端内测设置有密封机构使内筒具有密闭的取样空间，所述内筒的底部设置有检测机构；

还包括用于驱动内筒钻取煤样的驱动机构，所述驱动机构设置于外筒内且驱动机构与内筒的底部外侧连接。

进一步，所述驱动机构包括活塞、第一传动杆、第二传动杆以及第三传动杆，所述第一传动杆、第二传动杆和第三传动杆均为管状结构，所述第一传动杆动力输入端与活塞同轴固定连接，第一传动杆的动力输出端与第二传动杆的动力输入端可离合式传动连接，所述第二传动杆的动力输出端与第三传动杆的动力输入端传动连接，所述第三传动杆的动力输出端与内筒同轴固定连接；

所述第三传动杆外侧壁外套有第一弹簧，所述第三传动杆的外侧壁设置有环状结构的定位台，所述外筒的内侧壁同轴设置有环状凸起，所述第一弹簧位于定位台与环状凸起之间；

所述外筒的内侧壁设置有环状结构的锁止套，所述锁止套位于环状凸起的后端，所述锁止套的前端端面为齿状结构，所述锁止套的内侧壁轴向设置有导向槽；

所述第一传动杆的动力输出端端面和第二传动杆的动力输入端端面均设置有啮合齿，所述第一传动杆的动力输出端端部外侧壁以及第二传动杆的动力输入端的外侧壁均轴向设置有导向条，所述导向条可嵌入于导向槽中。

进一步，所述第一传动杆的动力输入端内测设置有投球机构，所述投球机构包括第二弹簧、密封件以及密封座，所述第二弹簧同轴设置于第一传动杆内且第二弹簧的一端固定设置于第一传动杆的动力输入端端部内测的固定台，第二弹簧的另一端与密封件的前端固定连接，所述密封件为锥台结构，所述密封座为第一传动杆的内测壁向内凸起形成，且密封座具有与密封件的锥台结构进行密封配合的锥形密封面。

进一步，所述密封机构包括密封球、齿轮以及齿条，所述密封球具有通孔，且该通孔的轴线在外筒钻进时与内筒的轴线垂直，且该通孔的轴线在在煤样采集时与内筒的轴线共线，所述齿轮具有连接部以及齿轮部，所述齿轮部与连接部同轴设置，所述连接部嵌入于密封球内，所述密封球设置于内筒内，所述齿条固定设置于外筒的钻取端内侧壁，所述齿轮的齿轮部伸出内筒并可与齿条啮合以及分离。

进一步，所述钻头的内测固定设置有挡板，所述挡板为两个且铰接于钻头的内测，所述挡板在钻进时闭合且在采集煤样时有内筒顶开。

进一步，所述内筒设置有岩芯爪，所述岩芯爪固定设置于密封机构的后端。

进一步，所述用于检测煤样瓦斯解吸变化的检测器件、与所述检测器件电气连接的通信部件以及用于向检测器件和通信部件供电的防爆电池。

本发明的有益效果：本发明的煤样钻取密封检测装置，能够在煤样采集过程中有效防止钻杆对煤样的破坏，而且能够有效防止煤样暴露于空气中以及钻孔中的杂质混入到煤样中，保证采集到的煤样的品质，利于煤样瓦斯解吸量的分析，进而利于对煤层性质的精确分析。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明在取样顶进时结构示意图。

图3为本发明在取样过程中的结构示意图。

图4为图1中A处放大结构示意图。

图5为本发明的锁止套结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，图2为本发明在取样顶进时结构示意图，图3为本发明在取样过程中的结构示意图，图4为图1中A处放大结构示意图，图5为本发明的锁止套结构示意图，如图所示，本发明提供的一种煤样钻取密封检测装置，包括外筒1和内筒16，所述内筒16同轴设置于外筒1内且内筒16可沿外筒1的轴向往复运动，所述内筒16和外筒1之间具有间隙；所述外筒1的钻取端端部设置有钻头26，所述内筒16的钻取端内测设置有密封机构使内筒具有密闭的取样空间，所述内筒的底部设置有检测机构；

还包括用于驱动内筒钻取煤样的驱动机构，所述驱动机构设置于外筒1内且驱动机构与内筒16的底部外侧连接，通过上述结构，能够在煤样采集过程中有效防止钻杆对煤样的破坏，而且能够有效防止煤样暴露于空气中以及钻孔中的杂质混入到煤样中，保证采集到的煤样的品质，利于煤样瓦斯解吸量的分析，进而利于对煤层性质的精确分析。

本实施例中，所述驱动机构包括活塞2、第一传动杆6、第二传动杆7以及第三传动杆14，所述第一传动杆6、第二传动杆7和第三传动杆14均为管状结构，所述第一传动杆6动力输入端与活塞2同轴固定连接，第一传动杆6的动力输出端与第二传动杆7的动力输入端可离合式传动连接，所述第二传动杆7的动力输出端与第三传动杆14的动力输入端传动连接，所述第三传动杆14的动力输出端与内筒1同轴固定连接；

所述第三传动杆14外侧壁外套有第一弹簧12，所述第三传动杆14的外侧壁设置有环状结构的定位台11，所述外筒1的内侧壁同轴设置有环状凸起13，所述第一弹簧12位于定位台11与环状凸起13之间；

所述外筒1的内侧壁设置有环状结构的锁止套9，所述锁止套9位于环状凸起13的后端，所述锁止套9的前端端面为齿状结构，所述锁止套9的内侧壁轴向设置有导向槽28；

所述第一传动杆6的动力输出端端面和第二传动杆7的动力输入端端面均设置有啮合齿，所述第一传动杆6的动力输出端端部外侧壁以及第二传动杆7的动力输入端的外侧壁均轴向设置有导向条8，所述导向条8可嵌入于导向槽28中；如图3所示，第一传动杆和第二传动杆在第一弹簧的作用下，为啮合状态，当对第一传动杆的动力输入端施加外力的情况下，第一传动杆和第二传动杆转为不完全啮合状态，即第一传动杆和第二传动杆的啮合齿虽然啮合，但是，两个传动杆的啮合齿的齿尖与对方的齿谷并不接触，此时，第一传动杆和第二传动杆的导向条均嵌入到导向槽中，第一传动杆和第二传动杆在锁止套中继续向着锁止套的前端运动，当第二传动杆的动力输入端从锁止套的前端伸出，由于在第一弹簧的作用力下，第一传动杆与第二传动杆转为完全啮合，第二传动杆发生转动，导向条嵌入到锁止套前端的齿状结构中，从而对第二传动杆进行固定，即图3所示，当需要将第一传动杆和第二传动杆缩回，继续施加外力，使第一传动杆和第二传动重新啮合，第二传动杆发生转动，第二传动杆的导向条重新嵌入到导向槽中，在第一弹簧的作用下，第一传动杆和第二传动杆实现缩回，通过上述的结构及原理，能够利于对内筒的顶进和缩回，从而利于对煤样的采集，所述第二传动杆7的输出端端面下沉形成沉槽10，所述第三传动杆14的动力输入端嵌入于沉槽10内。

本实施例中，所述第一传动杆6的动力输入端内测设置有投球机构，所述投球机构包括第二弹簧4、密封件3以及密封座5，所述第二弹簧4同轴设置于第一传动杆6内且第二弹簧4的一端固定设置于第一传动杆6的动力输入端端部内测的固定台30，第二弹簧4的另一端与密封件4的前端固定连接，所述密封件4为锥台结构，所述密封座5为第一传动杆6的内测壁向内凸起形成，且密封座5具有与密封件4的锥台结构进行密封配合的锥形密封面，通过这种结构，利于推动内筒顶进。

本实施例中，所述密封机构包括密封球22、齿轮以及齿条25，所述密封球22具有通孔29，且该通孔29的轴线在外筒1钻进时与内筒16的轴线垂直，且该通孔29的轴线在在煤样采集时与内筒16的轴线共线，所述齿轮具有连接部23以及齿轮部24，所述齿轮部24与连接部23同轴设置并一体成型，所述连接部23嵌入于密封球22内且连接部轴线通过密封球22的球心，所述密封球22设置于内筒16内，所述齿条25固定设置于外筒1的钻取端内侧壁，所述齿轮的齿轮部24伸出内筒并可与齿条25啮合以及分离，通过这种结构，方便对内筒在煤样采集完成后对内筒进行密封，另一方面，方便在采集煤样时打开内筒的钻取端进行煤样采集。

本实施例中，所述钻头26的内测固定设置有挡板27，所述挡板27为两个且铰接于钻头26的内测，所述挡板26在钻进时闭合且在采集煤样时有内筒16顶开，通过这种结构，利于在还没有到达煤样采集点时的钻进过程中防止杂质或者其他煤粉进入到内筒。

本实施例中，所述内筒16设置有岩芯爪21，所述岩芯爪21固定设置于密封机构的后端，岩芯爪对进入到内筒的煤样进行破碎，方便煤样的采集。

本实施例中，所述用于检测煤样瓦斯解吸变化的检测器件20、与所述检测器件20电气连接的通信部件19以及用于向检测器件20和通信部件19供电的防爆电池，其中，检测器件可以采用压力传感器或者气体流量计对煤样的瓦斯解吸量进行检测，通信部件为现有的通信电路，用于将检测器件采集的瓦斯解吸量传输出去，按照煤矿要求，通信电路一般不采用无线通信电路。

上述中的前后为图1中所示，从左到右的方向，左侧为后端，右侧为前端，即钻取端。

以下对本发明的工作原理作进一步的阐述：

在本发明中，内筒和外筒均相当于钻杆，在正常的钻进过程中，即还没有到达煤样采集点，由外部的动力机构驱动外筒钻进，而且在钻进的同时输入冲孔介质，冲孔介质通过第一传动杆、第二传动杆以及第三传动杆，且第三传动杆的动力输出端设置有出液孔15，冲孔介质从出液孔流出后，再流经内筒和外筒之间的间隙流到钻头，对钻头起到冷却作用，此时，两个挡板闭合，并且密封球的通孔的轴线垂直于内筒的轴线，即内筒处于密闭状态，即如图1所示。

当到达煤样采集点后，向第一传动杆内冲入高压水，此时，在高压水的动力作用下，投球机构中密封件克服第二弹簧的弹性力向第一传动杆的密封座运动，冲孔介质通道被阻断，在高压水的动力作用下，第一传动杆将高压水提供的动力通过第二传动杆、第三传动杆传递到内筒，内筒向前顶进，内筒顶进过程中驱动密封球向前运动，由于齿轮和齿条的作用，密封球发生钻洞，只要保证的齿条的长度，当密封球的通孔的轴线与内筒轴线共线时，则密封机构打开，并且挡板在内筒的作用下，也随之打开，且内筒的钻取端伸出外筒且超过钻头，如图2所示；并且驱动机构中的第二传动杆被锁止(在前述中驱动机构的工作原理已经对驱动机构的原理做出阐述，不再赘述第二传动杆的锁止原理)，不再冲入高压水，即本发明处于取样就位状态，如图3所示；为了便于获取煤样，内筒的钻取端的端部侧壁为锥形结构，此时钻机正常钻进，外筒带动内筒钻进，煤样穿过通孔进入到内筒，并且岩芯爪对煤样进行破坏，从而保证煤样的顺利进入；当取样完成后，再次冲入高压水，驱动机构带动内筒重新回到外筒内，并且密封球也随之发转动(原理如上述)，并且直至通孔的轴线与内筒的轴线垂直，完成对内筒的密封；在内筒的底部设置气流孔17，便于对瓦斯的解吸量检测。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种煤样钻取密封检测装置，其特征在于：包括外筒和内筒，所述内筒同轴设置于外筒内且内筒可沿外筒的轴向往复运动，所述内筒和外筒之间具有间隙；所述外筒的钻取端端部设置有钻头，所述内筒的钻取端内测设置有密封机构使内筒具有密闭的取样空间，所述内筒的底部设置有检测机构；

还包括用于驱动内筒钻取煤样的驱动机构，所述驱动机构设置于外筒内且驱动机构与内筒的底部外侧连接。

2.根据权利要求1所述煤样钻取密封检测装置，其特征在于：所述驱动机构包括活塞、第一传动杆、第二传动杆以及第三传动杆，所述第一传动杆、第二传动杆和第三传动杆均为管状结构，所述第一传动杆动力输入端与活塞同轴固定连接，第一传动杆的动力输出端与第二传动杆的动力输入端可离合式传动连接，所述第二传动杆的动力输出端与第三传动杆的动力输入端传动连接，所述第三传动杆的动力输出端与内筒同轴固定连接；

所述第三传动杆外侧壁外套有第一弹簧，所述第三传动杆的外侧壁设置有环状结构的定位台，所述外筒的内侧壁同轴设置有环状凸起，所述第一弹簧位于定位台与环状凸起之间；

所述外筒的内侧壁设置有环状结构的锁止套，所述锁止套位于环状凸起的后端，所述锁止套的前端端面为齿状结构，所述锁止套的内侧壁轴向设置有导向槽；

所述第一传动杆的动力输出端端面和第二传动杆的动力输入端端面均设置有啮合齿，所述第一传动杆的动力输出端端部外侧壁以及第二传动杆的动力输入端的外侧壁均轴向设置有导向条，所述导向条可嵌入于导向槽中。

3.根据权利要求2所述煤样钻取密封检测装置，其特征在于：所述第一传动杆的动力输入端内测设置有投球机构，所述投球机构包括第二弹簧、密封件以及密封座，所述第二弹簧同轴设置于第一传动杆内且第二弹簧的一端固定设置于第一传动杆的动力输入端端部内测的固定台，第二弹簧的另一端与密封件的前端固定连接，所述密封件为锥台结构，所述密封座为第一传动杆的内测壁向内凸起形成，且密封座具有与密封件的锥台结构进行密封配合的锥形密封面。

4.根据权利要求1所述煤样钻取密封检测装置，其特征在于：所述密封机构包括密封球、齿轮以及齿条，所述密封球具有通孔，且该通孔的轴线在外筒钻进时与内筒的轴线垂直，且该通孔的轴线在在煤样采集时与内筒的轴线共线，所述齿轮具有连接部以及齿轮部，所述齿轮部与连接部同轴设置，所述连接部嵌入于密封球内，所述密封球设置于内筒内，所述齿条固定设置于外筒的钻取端内侧壁，所述齿轮的齿轮部伸出内筒并可与齿条啮合以及分离。

5.根据权利要求1所述煤样钻取密封检测装置，其特征在于：所述钻头的内测固定设置有挡板，所述挡板为两个且铰接于钻头的内测，所述挡板在钻进时闭合且在采集煤样时有内筒顶开。

6.根据权利要求1所述煤样钻取密封检测装置，其特征在于：所述内筒设置有岩芯爪，所述岩芯爪固定设置于密封机构的后端。

7.根据权利要求1所述煤样钻取密封检测装置，其特征在于：所述用于检测煤样瓦斯解吸变化的检测器件、与所述检测器件电气连接的通信部件以及用于向检测器件和通信部件供电的防爆电池。