CN107806341A - 一种煤矿深孔定点密闭取样装置及取样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿深孔定点密闭取样装置及取样方法，采用内、中、外三筒结构设计，取芯钻进过程，取芯外筒带动取芯钻头钻取煤样，煤芯通过取芯薄壁钻头、球阀，进入取芯内筒；达到取芯长度后停钻，通入高压水，高压水通过止回阀后作用在截断阀上，当水压产生推力切断销钉后，截断阀及取芯中筒前移，带动球阀开关及球阀旋转从而截断取芯煤柱，将煤样及瓦斯气体封存在取芯内筒中；取芯结束后，连接井下解吸仪，即可现场解吸。本发明解体性好、便于拆卸和维护，操作简单，适用性强，取芯过程具备岩芯管定点取样准确、完整、快速地提取高质量煤芯样品的特点，同时能够在孔底将煤芯及时完全封闭在取芯内筒中，最大限度避免瓦斯逸散损失。
Description
技术领域
本发明涉及没矿井取样技术领域，特别是涉及一种煤矿深孔定点密闭取样装置及取样方法。
背景技术
煤层瓦斯含量是矿井瓦斯灾害防治、煤层瓦斯预抽效果评估、煤层气资源评价和开发等相关领域的重要基础参数，尤其是突出煤层预抽煤层瓦斯后区域效果检验的主要参数之一。随着深入落实“两个四位一体”综合防突措施，以及千米钻机长钻孔区域瓦斯治理技术的发展，定向长钻孔大面积预抽煤层瓦斯成为有效的区域瓦斯治理技术途径，但是目前国内尚无与之相适应的600m以上深孔取样装备和技术。
目前，煤层井下瓦斯含量直接测定取样装置及取样方法主要为有三种：一是双层钻杆压风引射定点取样，只适用于100m以内的短孔快速定点取样，钻孔较深时由于压风引射产生的负压较低，不足以取出煤样；二是单筒或双筒取芯钻具，该设备能够实现60m以内短孔煤样的定点采集，但对于长钻孔则提钻时间过长，煤样解吸瓦斯损失较大，造成瓦斯含量测定结果不准确；三是现有的密闭取芯装置，但该装置操作工艺复杂、受适用条件影响较大，无法适用千米钻机超深钻孔的煤样采集。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种煤矿深孔定点密闭取样装置及取样方法，实现600m以上超深钻孔定点密闭取样的目的，准确测定煤层深部瓦斯含量。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种煤矿深孔定点密闭取样装置，包括与钻杆连接的连接部（1）、与连接部（1）螺纹连接的取样部和设置在取样部末端通过螺纹连接的钻头（5），所述取样部包括取芯外筒（2），依次套设在取芯外筒（2）内的止回阀（7）、截断阀（8）和取芯中筒（3），依次套设在取芯中筒（3）内的内筒底座（10）、取芯内筒（4）和下密封（16），设置在钻头（5）内的薄壁取芯钻头（6）和设置在薄壁取芯钻头（6）内的封堵球（17）；
所述取芯外筒（2）和内筒底座（10）通过固定螺栓（11）固定连接，所述内筒底座（10）中心设置有通孔，所述通孔外端设置有解吸接口（9），所述内筒底座（10）一端通过上密封（12）套设在取芯内筒（4）内，所述取芯内筒（4）末端通过螺栓设置有球阀（15）和球阀开关（14），所述球阀（15）和取芯内筒（4）之间设置有球阀密封垫（13），所述下密封（16）套设在取芯内筒（4）内，所述球阀开关（14）边缘设置有齿盘；
所述取芯中筒（3）对应固定螺栓（11）位置设置有长圆孔，所述固定螺栓（11）穿过长圆孔滑动设置，对应球阀开关（14）部位设置有长圆形齿槽，所述长圆形齿槽与球阀开关（14）的齿盘啮合，所述取芯中筒（3）的外侧筒壁上沿轴向设置有若干导流槽；
所述薄壁取芯钻头（6）与所述钻头（5）螺纹连接。
为了更好的实现本发明，所述封堵球（17）为弹性材质。
进一步的，所述钻头（5）内设置有过水眼。
一种煤矿深孔定点密闭取样装置的取样方法，按照如下步骤进行：
Step1.安装取样装置，将权利要求1所述的取样装置通过连接部（1）与钻杆连接，然后送入钻孔；
Step2.钻进取样，用泥浆泵将低压水通过钻杆、止回阀（7）、截断阀（8）、取芯外筒（2）和取芯中筒（3）之间的导流槽和环状间隙到达钻头（5）并通过钻头（5）过水眼涌出，将钻头（5）钻出的碎煤冲出钻孔，同时，取样装置在钻杆带动下在煤层内推进旋转，薄壁取芯钻头（6）钻取煤芯试样，煤芯试样将封堵球（17）挤进取芯内筒（4）后，穿过球阀（15）进入取芯内筒（4），直至煤芯试样填满取芯内筒（4）；
Step3.取样密封，达到取芯进尺后，泥浆泵更换高压水，通过钻杆、止回阀（7）作用于截止阀（8），截止阀（8）将压力传递到取芯中筒（3）使取芯中筒（3）随截止阀（8）一起在取芯外筒（2）内滑动，取芯中筒（3）上的长圆形齿槽带动啮合的球阀开关（14）旋转，以此带动球阀（13）旋转切断煤芯试样并将煤芯试样密封在取芯内筒（4）内，完成取样密封；
Step4.井下解吸，退钻到钻孔口，卸下固定螺栓（11），取出内筒底座（10）、取芯内筒（4）和下密封（16），将井下解吸仪与内筒底座（10）上的解吸接口（9）连接，进行煤样井下解吸。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明解体性好、便于拆卸和维护，与各种钻机、钻具、泥浆泵、瓦斯解吸仪等设备的配套和衔接十分方便，取芯过程操作简单，具备岩芯管定点取样准确、完整、快速地提取高质量煤芯样品的特点，同时能够在孔底通过取芯内筒前端球阀旋转割断煤芯，保证取芯后煤芯及其解吸的瓦斯完全封闭在取芯内筒中，并实现解吸仪与取样装置直接相连实现井下解吸，最大限度避免瓦斯逸散损失，提高了深孔瓦斯含量直接测定的准确性。
附图说明
图1为本发明的剖面结构示意图。
图2为本发明使用状态示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种煤矿深孔定点密闭取样装置，包括与钻杆连接的连接部（1）、与连接部（1）螺纹连接的取样部和设置在取样部末端通过螺纹连接的钻头（5），所述取样部包括取芯外筒（2），依次套设在取芯外筒（2）内的止回阀（7）、截断阀（8）和取芯中筒（3），依次套设在取芯中筒（3）内的内筒底座（10）、取芯内筒（4）和下密封（16），设置在钻头（5）内的薄壁取芯钻头（6）和设置在薄壁取芯钻头（6）内的封堵球（17）；
所述取芯外筒（2）和内筒底座（10）通过固定螺栓（11）固定连接，所述内筒底座（10）中心设置有通孔，所述通孔外端设置有解吸接口（9），所述内筒底座（10）一端通过上密封（12）套设在取芯内筒（4）内，所述取芯内筒（4）末端通过螺栓设置有球阀（15）和球阀开关（14），所述球阀（15）和取芯内筒（4）之间设置有球阀密封垫（13），所述下密封（16）套设在取芯内筒（4）内，所述球阀开关（14）边缘设置有齿盘；
所述取芯中筒（3）对应固定螺栓（11）位置设置有长圆孔，所述固定螺栓（11）穿过长圆孔滑动设置，对应球阀开关（14）部位设置有长圆形齿槽，所述长圆形齿槽与球阀开关（14）的齿盘啮合，所述取芯中筒（3）的外侧筒壁上沿轴向设置有若干导流槽；
所述薄壁取芯钻头（6）与所述钻头（5）螺纹连接。
为了更好的实现本发明，所述封堵球（17）为弹性材质。
进一步的，所述钻头（5）内设置有过水眼。
如图2所示，使用本发明装置取样的方法，具体步骤如下：
一种煤矿深孔定点密闭取样装置的取样方法，按照如下步骤进行：
Step1.安装取样装置，将权利要求1所述的取样装置通过连接部（1）与钻杆连接，然后送入钻孔，此时装置状态如图2中A所示；
Step2.钻进取样，用泥浆泵将低压水通过钻杆、止回阀（7）、截断阀（8）、取芯外筒（2）和取芯中筒（3）之间的导流槽和环状间隙到达钻头（5）并通过钻头（5）过水眼涌出，将钻头（5）钻出的碎煤冲出钻孔，同时，取样装置在钻杆带动下在煤层内推进旋转，薄壁取芯钻头（6）钻取煤芯试样，煤芯试样将封堵球（17）挤进取芯内筒（4）后，穿过球阀（15）进入取芯内筒（4），直至煤芯试样填满取芯内筒（4），此时装置状态如图2中B所示；
Step3.取样密封，达到取芯进尺后，泥浆泵更换高压水，通过钻杆、止回阀（7）作用于截止阀（8），截止阀（8）将压力传递到取芯中筒（3）使取芯中筒（3）随截止阀（8）一起在取芯外筒（2）内滑动，取芯中筒（3）上的长圆形齿槽带动啮合的球阀开关（14）旋转，以此带动球阀（13）旋转切断煤芯试样并将煤芯试样密封在取芯内筒（4）内，完成取样密封，此时装置状态如图2中C所示；
Step4.井下解吸，退钻到钻孔口，卸下固定螺栓（11），取出内筒底座（10）、取芯内筒（4）和下密封（16），将井下解吸仪与内筒底座（10）上的解吸接口（9）连接，进行煤样井下解吸，此时装置状态如图2中D所示。
综上所述，通过本实施例的描述，可以使本技术领域人员更好的实施本方案。
Claims (4)
1.一种煤矿深孔定点密闭取样装置，包括与钻杆连接的连接部（1）、与连接部（1）螺纹连接的取样部和设置在取样部末端通过螺纹连接的钻头（5），其特征在于：所述取样部包括取芯外筒（2），依次套设在取芯外筒（2）内的止回阀（7）、截断阀（8）和取芯中筒（3），依次套设在取芯中筒（3）内的内筒底座（10）、取芯内筒（4）和下密封（16），设置在钻头（5）内的薄壁取芯钻头（6）和设置在薄壁取芯钻头（6）内的封堵球（17）；
所述取芯外筒（2）和内筒底座（10）通过固定螺栓（11）固定连接，所述内筒底座（10）中心设置有通孔，所述通孔外端设置有解吸接口（9），所述内筒底座（10）一端通过上密封（12）套设在取芯内筒（4）内，所述取芯内筒（4）末端通过螺栓设置有球阀（15）和球阀开关（14），所述球阀（15）和取芯内筒（4）之间设置有球阀密封垫（13），所述下密封（16）套设在取芯内筒（4）内，所述球阀开关（14）边缘设置有齿盘；
所述取芯中筒（3）对应固定螺栓（11）位置设置有长圆孔，所述固定螺栓（11）穿过长圆孔滑动设置，对应球阀开关（14）部位设置有长圆形齿槽，所述长圆形齿槽与球阀开关（14）的齿盘啮合，所述取芯中筒（3）的外侧筒壁上沿轴向设置有若干导流槽；
所述薄壁取芯钻头（6）与所述钻头（5）螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿深孔定点密闭取样装置，其特征在于：所述封堵球（17）为弹性材质。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿深孔定点密闭取样装置，其特征在于：所述钻头（5）内设置有过水眼。
4.一种煤矿深孔定点密闭取样装置的取样方法，其特征在于按照如下步骤进行：
Step1.安装取样装置，将权利要求1所述的取样装置通过连接部（1）与钻杆连接，然后送入钻孔；
Step2.钻进取样，用泥浆泵将低压水通过钻杆、止回阀（7）、截断阀（8）、取芯外筒（2）和取芯中筒（3）之间的导流槽和环状间隙到达钻头（5）并通过钻头（5）过水眼涌出，将钻头（5）钻出的碎煤冲出钻孔，同时，取样装置在钻杆带动下在煤层内推进旋转，薄壁取芯钻头（6）钻取煤芯试样，煤芯试样将封堵球（17）挤进取芯内筒（4）后，穿过球阀（15）进入取芯内筒（4），直至煤芯试样填满取芯内筒（4）；
Step3.取样密封，达到取芯进尺后，泥浆泵更换高压水，通过钻杆、止回阀（7）作用于截止阀（8），截止阀（8）将压力传递到取芯中筒（3）使取芯中筒（3）随截止阀（8）一起在取芯外筒（2）内滑动，取芯中筒（3）上的长圆形齿槽带动啮合的球阀开关（14）旋转，以此带动球阀（13）旋转切断煤芯试样并将煤芯试样密封在取芯内筒（4）内，完成取样密封；
Step4.井下解吸，退钻到钻孔口，卸下固定螺栓（11），取出内筒底座（10）、取芯内筒（4）和下密封（16），将井下解吸仪与内筒底座（10）上的解吸接口（9）连接，进行煤样井下解吸。
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