CN107576773A - 煤样取样器和煤与瓦斯突出监测系统及预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于瓦斯解吸测试的煤样取样器，包括沿由前向后方向依次同轴连接设置的前筒体、活动套筒和后筒体。取样筒嵌套安装在所述活动套筒内，当完成取样后，将所述活动套筒向所述筒体外侧滑动移出，即可将所述取样筒取出；所述取样筒取出后，将所述气嘴与所述瓦斯解吸测试装置的进气针相连通，即可进行瓦斯解吸量的测试。而向所述活动套筒中放入新的取样筒，即可进行新的采样，实现煤样取样器的重复使用。

Description

煤样取样器和煤与瓦斯突出监测系统及预测方法

技术领域

本发明属于煤矿安全技术领域，具体涉及一种煤与瓦斯突出监测系统及基于所述检测系统的煤与瓦斯突出预测方法。

背景技术

煤与瓦斯突出是煤矿开采过程中一种极其复杂的动力现象，煤与瓦斯突出是地应力、煤层瓦斯、煤体物理力学性质等多种因素共同作用的结果。在压力作用下，破碎的煤与瓦斯由煤体内突然向采掘空间大量喷出，煤与瓦斯突出是煤矿井下生产的一种强大的自然灾害，严重威胁着煤矿的安全生产，具有极大的破坏性。

煤与瓦斯突出在每次发生前都有预兆出现，但出现预兆的种类和时间不同，熟悉和掌握预兆，对于及时撤出人员、减少伤亡具有重要的意义。现有技术通常会利用监测装置监测煤矿中的各项参数指标，利用预测模型对煤与瓦斯突出进行预警。但是现有技术缺少一种能够有效监测参数指标，精确预测突出风险的系统。

以瓦斯解吸指标采样与测试装置为例，现有技术通常是利用煤样取样装置采集煤样，将所述煤样容纳于密闭腔体内，再将所述密闭腔体与测试装置连接，测试煤样释放的瓦斯量。测试装置通常采用水压测试装置，如中国专利文献CN102706768A公开了一种瓦斯解吸仪，包括量管、排气胶管和穿刺针头，其排气胶管，穿刺针头可插入煤样罐的排气口，煤样释放的瓦斯通过穿刺针头和排气胶管进入量筒，量筒中充满液体，在瓦斯气体的挤压下由与底部连通的排水口排出，对排出水的量进行测量，即可得到瓦斯气体的体积。

上述瓦斯解吸仪在使用时，将煤样粉放入取样罐中，即可进行瓦斯解吸量的测试。但其中存在的问题在于，煤样粉体在取出放入取样罐的这一过程中实际已经开始发生瓦斯释放，因此采用煤样罐进行煤样瓦斯解吸测试会导致瓦斯解吸量产生误差。如要解决这一技术问题，则应在煤样取出的时刻即对样品进行密封，从而防止瓦斯发生损失。对此，现有技术CN103115797B公开了一种煤矿密封取样装置，该密封取样装置内设置有取样筒，利用气动原理可实现取样筒的开口与密封，从而实现了煤样的密闭取样，减少了瓦斯的损失。

但是上述现有技术中的煤样密封取样装置仍旧存在的缺陷在于，该取样装置并非独立设置，在取出所述取样筒时，需要将取样筒和密封装置的底部接口都取出，再进行瓦斯解吸量的测试。这就使得一个煤样密封取样装置只能取一个样，不能重复利用。

发明内容

本发明解决的是现有技术中的煤样密封取样装置每次只能取一个样，不能重复利用的技术问题，进而提供了一种操作简单、可快速重复取样的煤样取样装置。同时本发明还提供了一种能够有效监测参数指标，精确预测突出风险的监测系统和监测方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种用于瓦斯解吸测试的煤样取样器，包括筒体：所述筒体包括沿由前向后方向依次同轴连接设置的前筒体、活动套筒和后筒体，所述前筒体的前端设置有一个中心钻头和多个外围钻头；在所述后筒体的后端设置有连接口，适宜于连接钻孔驱动机构；活动套筒，所述活动套筒的前端敞口设置；所述活动套筒嵌套安装在所述前筒体和后筒体之间，适宜于从所述筒体向所述筒体外侧滑动移出；取样筒，嵌套安装在所述活动套筒内，在所述取样筒的前端盖上设置有取样口和夹层，取样口贯穿所述夹层设置；在所述夹层中设置有密封盖，所述密封盖的前表面设置有插槽，在所述前端盖的前表面上设置有滑槽，在所述取样筒上设置有临时闭合的气嘴；所述密封盖适宜于在所述夹层中滑动，从不与取样口重叠的第一位置滑动至覆盖所述取样口的第二位置以形成密封；在位于所述活动套筒前方的前筒体的内壁上环绕设置有导流块，所述导流块的中心设置有导流孔，所述导流孔沿由前到后的方向逐渐收缩设置，所述导流孔的后端与所述取样筒的取样口相对应；在所述导流块上设置有操作腔，在所述操作腔内设置有动作机构，所述动作机构适宜于沿所述筒体的轴向方向进行前后运动；当所述密封盖位于所述第一位置时，所述动作机构适宜穿过所述滑槽插入所述插槽中；当所述密封盖位于所述第二位置时，所述动作机构适宜于从所述滑槽和所述插槽脱离。

所述操作腔贯穿所述前筒体的壁面形成操作口，所述操作腔同时贯穿所述导流块的后表面形成滑动通道，在操作腔内设置有隔绝筒体内部和外部的密封隔离机构；所述动作机构为设置在所述滑动通道内的滑杆，与所述滑杆连接设置有操作件，所述操作件延伸至所述操作口处，适宜于在操作口处进行滑动操作进而带动所述滑杆在所述滑动通道内前后运动；当所述滑杆滑动至所述滑动通道的后部时，所述滑杆适宜插入所述插槽，此时将所述活动套筒向所述筒体外侧滑动移出，所述滑杆适宜沿所述滑槽滑动将所述密封盖从不与取样口重叠的第一位置滑动至覆盖所述取样口的第二位置以形成密封。

在所述活动套筒靠近所述前筒体和/或所述后筒体的端部外设置有限位筒，所述限位筒通过螺纹安装在所述端部，适宜于沿所述螺纹旋转移动至所述活动套筒与所述前筒体和/或所述后筒体的衔接处。

所述操作件为与所述滑杆连接设置的传动杆，所述传动杆沿所述筒体的径向方向设置，所述传动杆适宜于在所述操作腔内沿前后方向滑动，所述滑杆垂直于所述传动杆；在所述操作口处设置有换挡片，所述换挡片与所述传动杆固定连接设置；所述换挡片设置在所述操作口处的壁面夹层内，适宜于沿所述壁面夹层滑动。

在所述壁面夹层与所述换挡片之间设置有档位装置，所述档位装置包括设置在所述壁面夹层和所述换挡片中任意一个上的弹簧槽，在所述弹簧槽内设置有压缩弹簧和弹珠，所述弹珠在所述压缩弹簧的偏压力作用下卡设在槽口处且一部分位于槽口外；在所述壁面夹层和所述换挡片中的另外一个上设置有球面凹槽，所述弹珠适宜于弹入所述球面凹槽；所述球面凹槽与所述弹珠相配合，形成前后两档换位。

所述操作腔贯穿所述导流块的后表面形成滑动通道，所述动作机构为设置在所述滑动通道内的锁定杆；与所述锁定杆连接设置有电动驱动装置，所述电动驱动装置适宜驱动所述锁定杆在所述滑动通道内前后运动；当所述密封盖位于第一位置时，所述锁定杆沿所述滑动通道向后滑动并适宜插入所述插槽；在所述夹层内设置有牵拉弹簧，所述牵拉弹簧与所述密封盖连接设置，适宜于将所述密封盖由第一位置牵拉至第二位置，与所述密封盖连接设置有牵引绳，所述牵引绳穿过所述活动套筒和取样筒上的穿绳孔延伸至所述活动套筒的外侧，牵拉所述牵引绳适宜于将所述密封盖由第二位置牵拉至第一位置；

所述取样筒上的穿绳孔设置在所述夹层的侧壁上。

与所述电动驱动装置连接设置有远程控制装置。

一种瓦斯解吸测试装置，包括所述的煤样取样器和瓦斯解吸测试仪，所述瓦斯解吸测试仪的进气管适宜于通过所述取样筒的气嘴与所述取样筒相连通。

一种用于煤与瓦斯突出预测的监测系统，包括所述的瓦斯解吸测试装置，还包括：钻屑量检测装置，用于测试钻孔的单位深度钻屑量；瓦斯浓度传感装置，用于监测瓦斯浓度。

一种基于所述监测系统的煤与瓦斯突出预测方法，包括：监测煤矿工作面的瓦斯浓度、瓦斯解吸指标值和单位深度钻屑量；利用Logistic回归分析进行煤与瓦斯突出预测。

本发明所述的用于瓦斯解吸测试的煤样取样器，优点在于：本发明所述的煤样取样器设置有活动套筒，取样筒，嵌套安装在所述活动套筒内，当完成取样后，将所述活动套筒向所述筒体外侧滑动移出，即可将所述取样筒取出；所述取样筒取出后，将所述气嘴与所述瓦斯解吸测试装置的进气针相连通，即可进行瓦斯解吸量的测试。而向所述活动套筒中放入新的取样筒，即可进行新的采样，实现煤样取样器的重复使用。

本发明所述的用于瓦斯解吸测试的煤样取样器，作为一种实施方式，限定所述操作腔贯穿所述前筒体的壁面形成操作口，所述操作腔同时贯穿所述导流块的后表面形成滑动通道，在操作腔内设置有隔绝筒体内部和外部的密封隔离机构；所述动作机构为设置在所述滑动通道内的滑杆，与所述滑杆连接设置有操作件，所述操作件延伸至所述操作口处，适宜于在操作口处进行滑动操作进而带动所述滑杆在所述滑动通道内前后滑动；当所述滑杆滑动至所述滑动通道的后部时，所述滑杆适宜插入所述插槽，此时将所述活动套筒向所述筒体外侧滑动移出，所述滑杆适宜沿所述滑槽滑动将所述密封盖从不与取样口重叠的第一位置滑动至覆盖所述取样口的第二位置以形成密封。这种设置方式中，在钻孔过程中，所述密封盖处于第二位置，所述取样口处于开口状态，钻头钻取的煤样通过所述取样口进入取样筒。当完成钻孔取样后，快速将煤样取样器取出，然后向侧方移动所述活动套筒，在移出所述活动套筒的过程中，所述滑杆拖动所述密封盖沿所述滑槽滑动，将所述密封盖从第一位置拖动至第二位置，从而实现取样口由开启到密封状态的转换。

作为另一种实施方式，本发明限定所述动作机构为设置在所述滑动通道内的锁定杆；与所述锁定杆连接设置有电动驱动装置，所述电动驱动装置适宜驱动所述锁定杆在所述滑动通道内前后滑动；当所述密封盖位于第一位置时，所述锁定杆滑动至所述滑动通道的后部适宜插入所述插槽；在所述夹层内设置有牵拉弹簧，所述牵拉弹簧与所述密封盖连接设置，适宜于将所述密封盖由第一位置牵拉至第二位置，与所述密封盖连接设置有牵引绳，所述牵引绳穿过所述活动套筒和取样筒上的穿绳孔延伸至所述活动套筒的外侧，牵拉所述牵引绳适宜于将所述密封盖由第二位置牵拉至第一位置；在所述牵引绳上设置有密封块，当所述牵引绳牵拉所述密封盖至第一位置时，所述密封块适宜于对所述穿绳孔形成密封。通过这种设置方式，在钻孔时，利用所述牵引绳牵拉所述密封盖至第二位置，控制所述电动驱动装置驱动所述锁定杆后移，所述锁定杆插在所述密封盖的插槽中对密封盖起到锁定作用。完成钻孔取样后，远程控制所述电动驱动装置驱动所述锁定杆上移脱离所述插槽，此时所述密封盖在所述牵拉弹簧的作用下回复至第一位置形成密封。这种方式的优点在于，在取样结束后可及时关闭取样口，从而减少瓦斯的损失量。

为了使本发明所述的用于瓦斯解吸测试的煤样取样器及监测系统和瓦斯突出预测方法的技术方案更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。

附图说明

如图1所示是本发明所述的用于瓦斯解吸测试的煤样取样器的结构示意图；

如图2所示是本发明所述的密封盖处于第一位置时的取样筒的前端盖的结构示意图；

如图3所示是本发明所述的密封盖处于第二位置时的取样筒的前端盖的结构示意图；

如图4所示是本发明所述的取样筒的前端盖的侧面剖视图；

如图5所示是本发明所述的设置有换挡片和壁面夹层的部分前筒体的结构示意图；

如图6所示是本发明所述的设置有密封圈的滑动通道的结构示意图；

如图7所示是本发明所述的设置有定位凹槽的取样筒的结构示意图；

如图8所示是本发明所述的设置有定位凸条的活动套筒的结构示意图；

如图9所示是本发明所述的设置有电动驱动装置的煤样取样器的结构示意图；

如图10所示是本发明所述的设置有牵拉弹簧和牵拉绳的密封盖在夹层中处于第一位置时的结构示意图；

如图11所示是本发明所述的设置有牵拉弹簧和牵拉绳的密封盖在夹层中处于第二位置时的结构示意图。

其中，附图标记为：

1-前筒体；

2-活动套筒；21-取样筒；22-前端盖；23-密封盖；24-取样口；25-气嘴；26-前端盖的夹层；27-插槽；28-滑槽；29-弹性抵靠件；261-止挡块；262-牵拉弹簧；263-牵引绳；264-密封块；

3-后筒体；

4-中心钻头；5-外围钻头；6-导流块；61-操作腔；62-传动杆；63-滑杆；64-换挡片；65-推片；66-壁面夹层；67-密封圈；68-锁定杆；69-联动杆；7-导流孔；

8-微型电机；81-旋转驱动杆；82-传动机构；83-丝杆；

9-旋转轴；

10-限位筒；

11-定位凹槽；12-定位凸条。

具体实施方式

在以下实施例中，涉及到的方向“前”和“后”是相对于钻孔方向而言的，所述煤样取样器用于钻孔取样时，位于钻入方向前方的为“前”，反之为“后”。

实施方式1

本实施例提供了一种用于瓦斯解吸测试的煤样取样器，如图1所示，包括：沿由前向后方向依次同轴连接设置的前筒体1、活动套筒2和后筒体3，所述前筒体1的前端设置有一个中心钻头4和多个外围钻头5，所述多个外围钻头5相对于所述中心钻头4对称设置；在所述后筒体3的后端设置有连接口，适宜于连接钻孔驱动机构，具体可采用螺纹连接等方式；活动套筒2设置在所述筒体的中部，所述活动套筒2的前端敞口设置；所述活动套筒2嵌套安装在所述筒体上，适宜于从所述筒体向所述筒体外侧滑动移出；本实施例中，在所述前筒体1和后筒体3之间设置有旋转轴9，所述旋转轴9与所述前筒体1和后筒体3的筒壁连接，所述活动套筒2的侧壁上设置有旋转通孔，所述旋转通孔套在所述旋转轴9上，适宜于环绕所述旋转轴9进行旋转运动，从而向所述取样器的外侧移出。作为优选的实施方式，为了提升密封性能，可在所述活动套筒与所述前筒体和后筒体的衔接处设置环形密封垫。

在所述活动套筒2内嵌套安装有取样筒21，取样筒21可由所述活动套筒2的前端敞口放入。如图2和图3所示，在所述取样筒21的前端盖22上设置有取样口24和夹层26，取样口24贯穿所述夹层26的前后面设置，夹层26为垂直于所述取样口24的腔体；在所述夹层26中设置有密封盖23，所述密封盖23的前表面设置有插槽27，在所述前端盖22的前表面上设置有滑槽28，在所述取样筒21上设置有临时闭合的气嘴25，气嘴25用于在测量解吸量时与瓦斯解吸测试仪的进气管连通，作为可选择的实施方式，气嘴为一个直径2-4mm的细管，可在所述气嘴25上设置一层聚乙烯膜或者塞入橡胶堵头，形成临时密封，然后与进气管连通时，使用进气管的进气端戳破所述聚乙烯膜，或者利用进气管的进气端的气针插入所述橡胶堵头即可形成连通，在这种情况下可以在所述橡胶堵头的中心位置设置一个较薄的区域，便于气针插入。在所述活动套筒2前端的前筒体1的内壁上环绕设置有导流块6，所述导流块6的中心设置有导流孔7，所述导流孔7沿由前到后的方向逐渐收缩设置，所述导流孔7的后端开口与所述取样口24对应设置；在所述导流块6上设置有操作腔61，所述操作腔61贯穿所述前筒体1的壁面形成操作口，所述操作腔61同时贯穿所述导流块6的后表面形成滑动通道，在操作腔61内设置有隔绝筒体内部和外部的密封隔离机构；在所述滑动通道内设置有滑杆63，与所述滑杆63连接设置有操作件，所述操作件延伸至所述操作口处，适宜于在操作口处进行滑动操作进而带动所述滑杆63在所述滑动通道内前后滑动；作为可选择的实施方式，本实施方式中所述密封隔离机构为设置在所述滑动通道内壁与所述滑杆63之间的密封圈67，如图6所示。

本实施方式中所述操作件包括与所述滑杆63连接设置的传动杆62，所述传动杆62沿所述筒体的径向方向设置，所述传动杆62适宜于在所述操作腔61内沿前后方向滑动，所述滑杆63垂直于所述传动杆62。作为优选的实施方式，在所述操作口处设置有换挡片64，如图1所示，所述换挡片64与所述传动杆62固定连接设置；作为优选的实施方式，所述换挡片64还可以设置在所述操作口处的壁面夹层66内，如图5所示，换挡片64适宜于沿所述壁面夹层66滑动进而带动所述传动杆62在所述操作腔61内滑动。在所述壁面夹层66与所述换挡片64之间设置有档位装置，所述档位装置包括设置在所述壁面夹层66和所述换挡片64中任意一个上的弹簧槽，在所述弹簧槽内设置有压缩弹和弹珠，所述弹珠在所述压缩弹簧的偏压力作用下卡设在槽口处且一部分位于槽口外；在所述壁面夹层66和所述换挡片中的另外一个上设置有球面凹槽，所述弹珠适宜于弹入所述球面凹槽；所述球面凹槽与所述弹珠相配合，形成前后两档换位。为了便于换挡，可在所述换挡片的外侧设置一个推片65，推片65的外侧轮廓不高于筒体外壁，壁面旋转钻孔过程中的磨损。

当所述滑杆63滑动至所述滑动通道的后部时，所述滑杆63适宜插入所述插槽27，此时将所述活动套筒2向所述筒体外侧滑动移出，所述滑杆63适宜沿所述滑槽28滑动将所述密封盖23从不与取样口24重叠的第一位置滑动至覆盖所述取样口24的第二位置以形成密封。为了对密封盖23进行限位，可在位于夹层26内的夹层前端面或后端面上设置弹性抵靠件29，如图4所示，所述弹性抵靠件29包括弹簧槽，在所述弹簧槽内设置有压缩弹和弹珠，所述弹珠在所述压缩弹簧的偏压力作用下卡设在槽口处且一部分位于槽口外；相应地在所述密封盖23朝向所述取样口24的一侧上设置有球面凹槽，当所述密封盖23到达第二位置时，所述夹层26前端面上的弹簧槽内的弹珠适宜于进入所述密封盖23上的球面凹槽内，优选所述密封盖23上的球面凹槽的高度小于所述夹层26前端面上的弹珠伸出槽口的高度，使得弹珠对密封盖23上的球面凹槽形成弹性抵触，可提高密封盖23的密封性能。同时为了进一步防止漏气，本实施例优选在所述密封盖23的后表面上覆一层聚四氟乙烯膜或者橡胶膜，配合所述弹珠形成对取样口24的紧密密封。作为优选的实施方式，为了保证取样筒21放入活动套筒2且旋转进入筒体后，滑槽、插槽的位置与所述滑杆所在的位置能够对应，可在所述取样筒和所述活动套筒之间设置一个定位结构，本实施例中所述定位结构包括设置在所述取样筒外壁上的定位凹槽11和设置在所述活动套筒内壁上的定位凸条12，如图7和图8所示，所述定位凹槽11和所述定位凸条12均沿竖直方向设置，在所述取样筒插入所述活动套筒时，所述定位凹槽11适宜于沿所述定位凸条12滑动，从而使得取样筒以唯一的位置放入活动套筒2内，这一位置使得当所述活动套筒2旋转进入前筒体和后筒体之间形成一个同轴筒体时，所述滑杆适宜于插入位于第一位置的密封盖的插槽。可以理解的是，定位凹槽11和所述定位凸条12的位置也可以互换，即将定位凹槽11设置在活动套筒内壁上，将定位凸条12设置在取样筒外壁上。

作为优选的实施方式，所述密封盖23设置为圆形，所述夹层26位于所述密封盖23两侧的侧壁之间的宽度比所述密封盖23的直径略大，具体为大2-3mm，从而对所述密封盖23起到一定的限位作用，使所述密封盖23的路径不发生偏移。

在所述活动套筒2靠近所述前筒体1和所述后筒体3的端部外设置有限位筒10，所述限位筒10通过螺纹安装在所述端部，适宜于沿所述螺纹旋转移动至所述活动套筒2与所述前筒体1和所述后筒体3的衔接处。

利用本实施例中所述的用于瓦斯解吸测试的煤样取样器的使用方法为：将所述活动套筒2旋转至筒体的外侧，将一个取样筒21放入所述活动套筒2中，旋转所述限位筒10至所述活动套筒2与所述前筒体1和所述后筒体3的衔接处，防止钻孔过程中活动套筒2在离心力的作用下被甩出，此时所述密封盖23位于第一位置处，所述滑杆63位于所述插槽27前方，未进入所述插槽27。完成上述操作后将所述煤样取样器安装在钻孔驱动装置上，驱动所述取样器进行钻孔，钻孔过程中产生的煤粉由所述导流孔7进入所述取样口24，进而进入所述取样筒21。完成取样后，将所述煤样取样器从钻孔中取出，滑动所述换挡片64带动所述传动杆62将所述滑杆63后移至所述插槽27内，此时旋转所述限位筒10，将所述限位套筒移至所述活动套筒2远离所述衔接处的位置，然后将活动套筒2相对于所述旋转轴9旋转外移。在活动套筒2旋转外移的过程中，由于滑杆63保持不动，因此会拖动密封盖23在夹层26内移动，由第一位置移动到第二位置，对取样口24形成密封。可以理解的是，所述滑槽28的区域应适宜于使得滑杆63在其中滑动将密封盖23由第一位置移动到第二位置，即滑槽28的区域应大于或者等于在所述取样筒21跟随所述活动套筒2旋转外移过程中所述滑杆63在所述取样口24前端盖22上的投影。完成取样后将取样筒21取出与瓦斯解吸测试仪的进气管连通即可进行煤样瓦斯解析量的测试。取出取样筒21后的煤样取样器，经简单清扫前筒体上的煤样后，装入另一个新的取样筒，即可进行下一次采样。

实施例2

本实施例提供了一种用于瓦斯解吸测试的煤样取样器，如图7所示，包括：沿由前向后方向依次同轴连接设置的前筒体1、活动套筒2和后筒体3，所述前筒体1的前端设置有一个中心钻头4和多个外围钻头5，所述多个外围钻头5相对于所述中心钻头4对称设置；在所述后筒体3的后端设置有连接口，适宜于连接钻孔驱动机构，具体可采用螺纹连接等方式；活动套筒2设置在所述筒体的中部，所述活动套筒2的前端敞口设置；所述活动套筒2嵌套安装在所述筒体上，适宜于从所述筒体向所述筒体外侧滑动移出；本实施例同实施例1，在所述前筒体1和后筒体3之间设置有旋转轴9，所述旋转轴9与所述前筒体1和后筒体3的筒壁连接，所述活动套筒2的侧壁上设置有旋转通孔，所述旋转通孔套在所述旋转轴9上，适宜于环绕所述旋转轴9进行旋转运动，从而向所述取样器的外侧移出。

在所述活动套筒2内嵌套安装有取样筒21，在所述取样筒21的前端盖22上设置有取样口24和夹层26，取样口24贯穿所述夹层26设置，取样口24垂直于所述前端面，所述夹层26垂直于所述取样口24；在所述夹层26中设置有密封盖23，所述密封盖23的前表面设置有插槽27，在所述前端盖22的前表面上设置有滑槽28，在所述取样筒21上设置有临时闭合的气嘴25，本实施例中气嘴为一个直径2-4mm的细管，可在所述气嘴25上设置一层聚乙烯膜或者塞入橡胶堵头，形成临时密封；在所述活动套筒2前端的前筒体1的内壁上环绕设置有导流块6，所述导流块6的中心设置有导流孔7，所述导流孔7沿由前到后的方向逐渐收缩设置，所述导流孔7的后端开口与所述取样口24对应设置；所述操作腔61包括贯穿所述导流块6的后表面的滑动通道，所述滑动通道的后端开口与所述筒体内部连通，前端采用密闭设置，当前筒体、活动套筒、后通体同轴安装时，所述操作腔61不与所述取样器的外部连通。所述动作机构为设置在所述滑动通道内的锁定杆68；与所述锁定杆68连接设置有电动驱动装置，所述电动驱动装置适宜驱动所述锁定杆68在所述滑动通道内前后滑动。本实施例中所述电动驱动装置包括微型电机8，与所述微型电机8的旋转驱动杆81连接设置有丝杆83，当受空间限制，所述微型电机8的旋转驱动杆81与所述丝杆83无法同轴设置时，可在所述旋转驱动杆81与丝杆83之间设置传动机构82，所述传动机构82可由多个传动齿轮制成。为实现所述丝杆83的安装，本实施例设置所述微型电机8设置在所述活动套筒2后部的后筒体3，所述旋转轴9采用中空设置，所述丝杆83设置在所述旋转轴9中。本实施例中所述锁定杆68设置在所述滑动通道内，所述滑动通道对所述锁定杆68形成限位作用，使得所述锁定杆68在所述滑动通道内仅能进行沿所述筒体的轴向方向上的前后运动，作为优选的实施方式，也可以在所述锁定杆和所述滑动通道之间设置密封圈67，此时密封圈67使得操作腔与所述筒体内部隔离，起到保持操作腔清洁的作用，所述密封圈67可以采用聚四氟乙烯材质制成，可起到防止滑动杆与滑动通道间硬性接触发生磨损的问题。

与所述锁定杆68固定连接设置有联动杆69，所述联动杆69垂直于所述锁定杆68设置，所述联动杆69的一端与所述锁定杆68连接，另一端设置有螺纹套筒，所述螺纹套筒套设在所述丝杆83上。所述微型电机8适宜于驱动所述丝杆83正向旋转和反向旋转。通过所述丝杆83的旋转适宜于带动所述联动杆69前后移动，进而带动所述锁定杆68前后移动。所述微型电机8设置有远程控制装置，适宜于控制所述微型电机8的动作。为保证信号的穿透性，所述远程控制装置可采用无线电遥控装置或者射频信号遥控装置。

在所述夹层26内设置有牵拉弹簧262，如图8和图9所示，所述牵拉弹簧262与所述密封盖23连接设置，作为优选的实施方式，所述牵拉弹簧262设置有两条，分别位于所述密封盖23横向方向的两侧，所述夹层26位于所述密封盖23两侧的侧面适宜于对所述密封盖23形成限位，从而保证密封盖23的滑动方向不发生偏移，在本实施例中，所述密封盖23为圆形。当所述密封盖23位于第一位置时，所述牵拉弹簧262处于伸长状态，所述牵拉弹簧262的偏压力适宜于将所述密封盖23由第一位置牵拉至第二位置。与所述密封盖23还连接设置有牵引绳264，所述牵引绳264穿过所述活动套筒2和取样筒21上的穿绳孔延伸至所述活动套筒2的外侧，在煤样取样器的外部牵拉所述牵引绳264适宜于将所述密封盖23由第二位置牵拉至第一位置。所述穿绳孔包括设置在取样筒21侧壁上的第一穿绳孔和设置在所述活动套筒2侧壁上的第二穿绳孔，在所述取样筒21的外壁上设置有一个穿绳槽，所述穿绳槽覆盖所述第一穿绳孔设置，所述第一穿绳孔设置在所述穿绳槽的底面设置，所述穿绳槽的作用在于给所述牵引线留出空间，避免取样筒21在装入活动套筒2时将牵引绳264卡住。所述第一穿绳孔设置在所述取样筒前端盖的夹层的侧壁上，在所述牵引绳264上设置有密封块264，当所述牵引绳264牵拉所述密封盖至第一位置时，所述密封块264适宜于对所述第一穿绳孔形成密封。

作为优选的实施方式，在所述夹层26中设置有止挡装置，所述止挡装置为设置在所述夹层26中的止挡块261，所述止挡块261位于所述密封盖23由所述第一位置移动至第二位置的路径尽头，所述止挡块261位于所述第一位置移动至第二位置方向上的前方，当所述密封盖23到达第二位置时适宜于与所述止挡块261抵触从而停留在第二位置处。

同样作为优选的实施方式，在所述夹层26内还设置有弹性抵靠件，所述弹性抵靠件包括弹簧槽，在所述弹簧槽内设置有压缩弹和弹珠，所述弹珠在所述压缩弹簧的偏压力作用下卡设在槽口处且一部分位于槽口外；相应地在所述密封盖23朝向所述取样口24的一侧上设置有球面凹槽，当所述密封盖23到达第一位置时，所述夹层26前端面上的弹簧槽内的弹珠适宜于进入所述密封盖23上的球面凹槽内，从而提示操作人员到达既定位置。

本实施例筒在所述活动套筒2靠近所述前筒体1和所述后筒体3的端部外设置有限位筒10，所述限位筒10通过螺纹安装在所述端部，适宜于沿所述螺纹旋转移动至所述活动套筒2与所述前筒体1和所述后筒体3的衔接处。

利用本实施例中所述的用于瓦斯解吸测试的煤样取样器的使用方法为：将所述活动套筒2旋转至筒体的外侧，将一个取样筒21放入所述活动套筒2中，在将所述取样筒21放入所述活动套筒2之前，现将所述牵引绳264由所述活动套筒2的穿绳孔内向外穿出，使得牵引绳264可以到达取样筒21外部。取样筒21放置完成后将活动套筒2旋转进入所述前筒体1与后筒体3之间，与所述前筒体1和后筒体3形成一体。初始状态下所述密封盖23在牵拉弹簧262的偏压作用下处于第二位置，利用牵引绳264牵拉所述密封盖23使所述密封盖23移动至第一位置，控制所述电动驱动装置驱动所述锁定杆68后移进入所述取样筒21前端面的滑槽28进而进入所述插槽27内，所述锁定进入所述插槽27后对所述密封盖23起到锁定作用，使得所述密封盖23停留在所述第一位置。此时驱动所述取样器进行钻孔，钻孔过程中产生的煤粉由所述导流孔7进入所述取样口24，进而进入所述取样筒21。完成取样后，利用远程控制装置驱动所述锁定杆68前移脱离所述插槽27，所述密封盖23在牵拉弹簧262的作用下回复至第二位置，对取样口24形成密封。本实施方式中所述滑槽28的区域应至少覆盖所述插槽27在所述取样盖前端面上的投影区域，使得锁定杆68可以穿过所述滑槽28进入所述插槽27。完成取样后将取样筒21取出与瓦斯解吸测试仪的进气管连通即可进行煤样瓦斯解析量的测试。取出取样筒21后的煤样取样器，经简单清扫前筒体上的煤样后，装入另一个新的取样筒，即可进行下一次采样。

在上述实施例1和实施例2中所述取样器的前筒体1、后筒体3、活动套筒2均采用金属材质制成，所述取样筒21的主体则可采用聚乙烯材质等成本较低的材质制成。作为优选的实施方式，实施例1和2中取样筒上的气嘴优选采用橡胶堵头密封，这样设置的优点在于，当完成测试后，对取样筒内进行清扫并更换新的橡胶堵头后，可重复利用。

在进行煤样取样前可对所述取样筒21进行称重，在完成取样后再次称重，可计算出煤样的重量。本发明中所述微型电机的直径优选10-25mm，从而可有效减少取样器的尺寸和重量。

实施例3

本实施方式提供了一种瓦斯解吸测试装置，包括实施例1或实施例2所述的煤样取样器和瓦斯解吸测试仪，所述瓦斯解吸测试仪的进气管适宜于通过所述取样筒21的气嘴25与所取样筒21相连通。

本实施方式还提供了一种用于瓦斯突出预测的监测系统，包括所述的瓦斯解吸测试装置；还包括：钻屑量检测装置，用于测试钻孔的单位钻孔深度钻屑量；瓦斯浓度传感装置，用于监测瓦斯浓度。所述钻屑量检测装置包括一端敞口的筒体，在所述筒体的的中心设置有通孔，用于钻头穿过，在使用时将筒体抵靠在需要钻孔的位置，将钻头穿过通孔进行打孔，即可利用筒体承接钻下的煤屑。利用称重装置进行称重，可计算出收集的煤屑重量。

利用本实施例中所述的监测系统进行煤与瓦斯突出预测的方法为：

一、预警指标的监测

(1)瓦斯浓度。利用瓦斯浓度传感装置监测瓦斯浓度，在煤与瓦斯突出的孕育和发生过程中，瓦斯起着至关重要的作用。

(2)钻屑瓦斯解吸指标K1值。钻屑瓦斯解吸指标值能正确反映煤层的破坏程度和瓦斯含量的综合作用。煤层中瓦斯含量和瓦斯压力的大小、煤体的力学性质以及煤层破坏的严重程度将直接影响到该煤层的钻屑瓦斯解吸特征。

(3)钻屑量S值。打钻时排出的钻屑量在某种程度上综合反映了煤层应力状态、煤的力学性质和瓦斯三个方面的因素，这三个因素在打钻时以煤体位移、挤出、摩擦、破碎等方式所释放的潜能通过钻屑量的形式表现出来。在相同的打钻工艺条件下，煤层应力越大，瓦斯压力越大，煤的强度越小，所产生的钻屑量就越多，从而间接地反映出突出危险性也越大。钻屑量的大小通常用单位孔长排出的钻屑量或钻屑倍率来表示，并以此作为衡量突出危险性的指标。

二、预警模型

采用Logistic回归模型。Logistic回归分析适用来分析与解释一个称名尺度的因变量与一个一上的等距自变量间的关系，并进行预测的多变量分析方法[7]。它与多元回归分析的最大差异，首先就在于因变量性质的不同，也因为因变量性质的不同，使得二者在参数估计与假设上有所不同。在回归分析时，通常回归模型必须符合正态性的假设；但Logistic回归分析的假设是样本在因变量上的概率分布呈S型分布，特别称为Logistic分布。其次，在参数估计方面，回归分析通常透过最小二乘法，基于使残差值极小化的原则，得到自变量参数的最佳估计值；但Logistic回归分析则是透过最大似然法，基于使因变量观察次数的概率极大化的原则，得到自变量参数的最佳估计值。

在传统多元回归时，由于因变量Y是连续变量，因此要计算Y等于某一个值的条件平均数为：

公式(1)中E(Y|x)即为Y等于某一值之条件平均数的期望值，它是p个X变量的线性方程式。但当因变量是二分称名变量时，E(Y|x)变量的线性方程式。但当因变量是二分称名变量时，E(Y|x)的期望值必须落在0到1之间，0≤E(Y|x)≤1。此时，若我们根据样本在自变量X的测量值，分别计算出E(Y|x)，并将E(Y|x)的值绘制在平面坐标上，则将会发现有所构成的概率分布将不再是一条直线，而是类型S型的曲线。而这条曲线所构成的方程式为：

由公式(2)可是，当z值趋近﹣∞时，则f(z)趋近于0；当z趋近于∞时，f(z)趋近于1.而z恰等于：

上述这种二分称名变量的条件平均数的期望值所构成的函数f(z)，称之为Logistic函数，且因变量不再是等距以上的变量，因此E(Y|x)称为条件概率，为了方便，有时可写成P(y)。即：

根据公式(4)成功的概率P(y)，则一个二分称名变量失败的条件概率为：

由于Logistic函数不是线性函数，为了进行Logistic回归分析，我们必须把Logistic函数转换为具备线性的特性。要进行转换时，我们首先必须计算胜算(odd)，胜算值的计算为：

由公式(6)的胜算值可知，胜算代表某一事件出现(成功)的概率与不出现(失败)概率的比值；也就是说，某一事件出现的概率是不出现的几倍。由公式(6)可知，胜算仍然不是线性，因此必须进一步将胜算进行自然对数转换，即：

由公式(7)可知，当把胜算取自然对数后，就成为一条线性方程式，此一过程为Logit转换。当完成Logit转换后，研究者就可以利用最大似然进行参数估计，进一步解释变量间的关系并进行预测。

(2)Logistic回归分析的步骤：

对一个二分的称名变量，我们通常可以用p来代表成功的概率，而1-p代表失败的概率。因此对二分的因变量Y而言，第i个观测值的测量值y_i(y_i等于1或0)的条件概率为：

则利用最大似然法估计Logistic回归分析的参数，首先在计算N个独立的观测值的似然比函数L。L的计算为：

将公式似然比函数取自然对数，分别对待估计参数β进行微分，并令所得到的微分方程等于零。如此就可以得到Logistic回归分析的参数估计值。似然比函数取自然对数的结果为：

三、数据处理工程：

打开SPSS软件，在数据文件管理窗口中点击“Analyze”按钮，展开下拉菜单，点击“Regression”按钮，选择各种回归命令。两个与Logistic有关的命令，一为BinaryLogistic，即二项Logistic分析，另一为Multinomial，即多项Logistic分析。它们的使用方法相似.多项的含义是指有时事物的状态不止两种，用二项分类变量不足以描述，需要三种及其以上的分类变量描述。煤矿瓦斯突出与否，只有两种状态，符合二分变量特点。因此，选择Binary Logistic分析过程。

首先，定义瓦斯浓度值、钻屑瓦斯解析指标K1和钻屑量S为数值型变量，数据精度取小数点后两位。定义是否有突出危险因变量Out Burst为字符型变量，将以下预测表中的数据一次录入数据库。其中钻屑瓦斯解吸指标K1值MAX是指利用瓦斯解吸测试仪测量到的瓦斯解吸量达到的最大值计算出的瓦斯解吸指标K1。此时瓦斯解吸测试仪的测量值达到最大。

如下表所示是SPSS所输出的Logistic回归模型的自变量参数估计值与显著性检验结果。表中第二列是自变量的系数值，第三列是系数估计标准误差，第四列是系数的Wald显著性检验值，第五列是自由度，第六列是显著水平，第七列是自变量的发生比率。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于瓦斯解吸测试的煤样取样器，其特征在于，包括筒体：

所述筒体包括沿由前向后方向依次同轴连接设置的前筒体、活动套筒和后筒体，所述前筒体的前端设置有一个中心钻头和多个外围钻头；在所述后筒体的后端设置有连接口，适宜于连接钻孔驱动机构；

活动套筒，所述活动套筒的前端敞口设置；所述活动套筒嵌套安装在所述前筒体和后筒体之间，适宜于从所述筒体向所述筒体外侧滑动移出；

取样筒，嵌套安装在所述活动套筒内，在所述取样筒的前端盖上设置有取样口和夹层，取样口贯穿所述夹层设置；在所述夹层中设置有密封盖，所述密封盖的前表面设置有插槽，在所述前端盖的前表面上设置有滑槽，在所述取样筒上设置有临时闭合的气嘴；所述密封盖适宜于在所述夹层中滑动，从不与取样口重叠的第一位置滑动至覆盖所述取样口的第二位置以形成密封；

在位于所述活动套筒前方的前筒体的内壁上环绕设置有导流块，所述导流块的中心设置有导流孔，所述导流孔沿由前到后的方向逐渐收缩设置，所述导流孔的后端与所述取样筒的取样口相对应；在所述导流块上设置有操作腔，在所述操作腔内设置有动作机构，所述动作机构适宜于沿所述筒体的轴向方向进行前后运动；

当所述密封盖位于所述第一位置时，所述动作机构适宜穿过所述滑槽插入所述插槽中；当所述密封盖位于所述第二位置时，所述动作机构适宜于从所述滑槽和所述插槽脱离。

2.根据权利要求1所述的用于瓦斯解吸测试的煤样取样器，其特征在于，所述操作腔贯穿所述前筒体的壁面形成操作口，所述操作腔同时贯穿所述导流块的后表面形成滑动通道，在操作腔内设置有隔绝筒体内部和外部的密封隔离机构；

所述动作机构为设置在所述滑动通道内的滑杆，与所述滑杆连接设置有操作件，所述操作件延伸至所述操作口处，适宜于在操作口处进行滑动操作进而带动所述滑杆在所述滑动通道内前后运动；

当所述滑杆滑动至所述滑动通道的后部时，所述滑杆适宜插入所述插槽，此时将所述活动套筒向所述筒体外侧滑动移出，所述滑杆适宜沿所述滑槽滑动将所述密封盖从不与取样口重叠的第一位置滑动至覆盖所述取样口的第二位置以形成密封。

3.根据权利要求2所述的煤样取样器，其特征在于，在所述活动套筒靠近所述前筒体和/或所述后筒体的端部外设置有限位筒，所述限位筒通过螺纹安装在所述端部，适宜于沿所述螺纹旋转移动至所述活动套筒与所述前筒体和/或所述后筒体的衔接处。

4.根据权利要求2所述的煤样取样器，其特征在于，所述操作件为与所述滑杆连接设置的传动杆，所述传动杆沿所述筒体的径向方向设置，所述传动杆适宜于在所述操作腔内沿前后方向滑动，所述滑杆垂直于所述传动杆；

在所述操作口处设置有换挡片，所述换挡片与所述传动杆固定连接设置；所述换挡片设置在所述操作口处的壁面夹层内，适宜于沿所述壁面夹层滑动。

5.根据权利要求4所述的煤样取样器，其特征在于，在所述壁面夹层与所述换挡片之间设置有档位装置，所述档位装置包括设置在所述壁面夹层和所述换挡片中任意一个上的弹簧槽，在所述弹簧槽内设置有压缩弹簧和弹珠，所述弹珠在所述压缩弹簧的偏压力作用下卡设在槽口处且一部分位于槽口外；在所述壁面夹层和所述换挡片中的另外一个上设置有球面凹槽，所述弹珠适宜于弹入所述球面凹槽；所述球面凹槽与所述弹珠相配合，形成前后两档换位。

6.根据权利要求1所述的用于瓦斯解吸测试的煤样取样器，其特征在于，所述操作腔贯穿所述导流块的后表面形成滑动通道，所述动作机构为设置在所述滑动通道内的锁定杆；与所述锁定杆连接设置有电动驱动装置，所述电动驱动装置适宜驱动所述锁定杆在所述滑动通道内前后运动；

当所述密封盖位于第一位置时，所述锁定杆沿所述滑动通道向后滑动并适宜插入所述插槽；

在所述夹层内设置有牵拉弹簧，所述牵拉弹簧与所述密封盖连接设置，适宜于将所述密封盖由第一位置牵拉至第二位置，与所述密封盖连接设置有牵引绳，所述牵引绳穿过所述活动套筒和取样筒上的穿绳孔延伸至所述活动套筒的外侧，牵拉所述牵引绳适宜于将所述密封盖由第二位置牵拉至第一位置；

所述取样筒上的穿绳孔设置在所述夹层的侧壁上。

7.根据权利要求6所述的用于瓦斯解吸测试的煤样取样器，其特征在于，与所述电动驱动装置连接设置有远程控制装置。

8.一种瓦斯解吸测试装置，包括权利要求1-7所述的煤样取样器和瓦斯解吸测试仪，所述瓦斯解吸测试仪的进气管适宜于通过所述取样筒的气嘴与所述取样筒相连通。

9.一种用于煤与瓦斯突出预测的监测系统，其特征在于，包括权利要求8所述的瓦斯解吸测试装置，还包括：

钻屑量检测装置，用于测试钻孔的单位深度钻屑量；

瓦斯浓度传感装置，用于监测瓦斯浓度。

10.一种基于权利要求9所述监测系统的煤与瓦斯突出预测方法，其特征在于，包括：监测煤矿工作面的瓦斯浓度、瓦斯解吸指标值和单位深度钻屑量；利用Logistic回归分析进行煤与瓦斯突出预测。