CN108547614A - 一种保压密闭煤样采集装置与采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种保压密闭煤样采集装置与采集方法，与以往的矿井煤样采集装置相比，该发明的煤样采集是在封闭的环境下进行的，避免了煤样内瓦斯含量的逸散，这样将煤样现场瓦斯解吸量和实验室测定的煤样残余瓦斯解吸量之和计算出来就得出煤样瓦斯含量，且该煤样采集装置操作简单、适用性强、维护简便、安全高效，实现了在钻杆钻进的同时采集煤样，且能保证煤样在采集过程中处于密闭状态，避免了煤样中的气体损失，有效提高了煤矿井下瓦斯含量测定的准确性。

Description

一种保压密闭煤样采集装置与采集方法

技术领域

本发明属于煤矿井下瓦斯含量测试技术领域，特别是涉及一种保压密闭煤样采集装置与采集方法。

背景技术

瓦斯抽采治理开始前，需要采集煤样进行瓦斯含量测试，为瓦斯抽采工程设计提供指导；瓦斯抽采治理结束后，还需要进行瓦斯残余含量测试，以检验瓦斯抽采效果是否满足相关规范要求。

瓦斯含量测试方法包括直接法和间接法。间接法根据井下实测煤层原始瓦斯压力和煤样的孔隙率、吸附常数等参数，推算煤层瓦斯含量，该方法能比较真实地反映煤层的原始瓦斯含量，但该方法要求测定的瓦斯压力真实可靠，而煤层钻孔内瓦斯压力测定工艺要求严格，测定周期长，成功率低。直接法需要采集煤样，然后采用瓦斯解吸法测试煤样的含气量，其准确性取决于采集煤样过程中的瓦斯逸散量。现有煤矿井下瓦斯含量测试取样方法已形成了钻屑取样法、套管取样法、绳索取样法、压风取样法等技术，虽然上述方法取样深度较大，但取样过程中瓦斯快速释放，取样结果失真明显，致使损失气测算不准，影响瓦斯含量测定精度。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种保压密闭煤样采集装置，操作简单、适用性强、维护简便、安全高效，实现了在钻杆钻进的同时采集煤样，且能保证煤样在采集过程中处于密闭状态，避免了煤样中的气体损失，有效提高了煤矿井下瓦斯含量测定的准确性。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种保压密闭煤样采集方法，能够实现在钻杆钻进的同时采集煤样，且能保证煤样在采集过程中处于密闭状态，避免了煤样中的气体损失，有效提高了煤矿井下瓦斯含量测定的准确性。

为解决上述第一个技术问题，本发明的一种保压密闭煤样采集装置，由依次通过锥螺纹连接的双通道高压水辫、双通道密封钻杆、保压密闭取样器、钻孔钻头组成，所述保压密闭取样器包括壳体，沿壳体的轴向设有多个并排设置的进样窗口，壳体上固定连接有用于遮挡进样窗口的密封压条，壳体的一端设有内锥螺纹接头，壳体的另一端设有外锥螺纹接头，且外锥螺纹接头与壳体之间设有推力球轴承，壳体内沿其轴向方向设有转筒，所述转筒包括转筒体，沿转筒体的轴向设有多个与进样窗口相对应的取样窗口，转筒体的一端螺纹连接有转筒后座，转筒体的另一端呈阶梯连接段，转筒体的阶梯连接段外侧键连接有转梭，转筒体的阶梯连接段和转梭上套设有压簧，转筒体内沿其轴向方向设有转筒芯管，转筒芯管的一端穿过转筒后座，转筒芯管的另一端穿过转梭，所述壳体上设有取气阀，转筒体上对应位置处设有取气孔。

在双通道高压水辫、双通道密封钻杆、保压密闭取样器内部均设置有独立的内通道管路和外通道管路，内通道管路和外通道管路贯通了双通道高压水辫、双通道密封钻杆、保压密闭取样器，内通道管路的入口和外通道管路的入口都位于双通道高压水辫，外通道管路的末端位于转梭和内锥螺纹接头的连接处，内通道管路的末端位于钻孔钻头与外锥螺纹接头的连接处。

所述转筒后座与转筒芯管之间设有O型密封圈。

一种保压密闭煤样采集方法，包括以下步骤：

第一步：检测保压密闭取样器的保压密闭性能，并将双通道高压水辫、双通道密封钻杆、保压密闭取样器、钻孔钻头依次螺纹连接组成完整的煤样采集装置；

第二步：将双通道高压水辫的外通道管路入口接入高压水，并通过阀门控制接入的高压水量，双通道高压水辫的内通道管路入口接入钻进介质（水或风），并通过阀门控制接入的钻进介质量；

第三步：根据钻场的钻孔布置设计要求实施打钻施工，打钻施工前需关闭外通道管路接入高压水的阀门，打钻施工时开启内通道管路接入钻进介质（水或风）的阀门，钻进介质（水或风）通过内通道管路流向钻孔钻头，在钻进的过程中对钻孔钻头起到冷却和保证顺利排渣的作用，保证钻进工作的正常进行，待钻孔钻进至预定煤样采集深度时即可开始采集煤样；

第四步：采集煤样时，开启外通道管路接入高压水的阀门，高压水冲击带动转梭转动，转筒在转梭的带动下逆时针旋转一定的角度，待进样窗口和取样窗口相对应时，煤样煤屑由进样窗口和取样窗口刮入转筒内；

第五步：煤样收集完毕以后，关闭外通道管路接入高压水的阀门，压簧带动转梭转动，转筒在转梭的带动下顺时针旋转一定的角度，待进样窗口和取样窗口相错位时，采集的煤样被密闭保存于由转筒芯管、转筒筒体、转筒后座、转梭组成的密闭空间内；

第六步：将双通道密封钻杆从钻孔内抽出并一节节的拆卸分离，并将保压密闭取样器分别与双通道密封钻杆和钻孔钻头相分离，并检测保压密闭取样器的气密性，若检测合格则取样成功，若检测不合格则取样不合格，需根据第一步～第五步的操作重新进行取样；

第七步：保压密闭取样器的气密性检测合格后，可进行井下现场解吸，解吸时需将瓦斯解吸仪的针头插入壳体上预留的取气阀内，然后按照瓦斯含量解吸的要求进行解吸操作；

第八步：将保压密闭取样器带回实验室，分别拧下内锥螺纹接头，取出转梭、压簧和转筒，并拧下转筒后座，取出煤样，按照操作规范进行煤样残余瓦斯解吸量测定，煤样的瓦斯含量即为煤样现场瓦斯解吸量和实验室测定的煤样残余瓦斯解吸量之和。

本发明相对于现有技术，其创新点及有益效果在于：与以往的矿井煤样采集装置相比，该发明的煤样采集是在封闭的环境下进行的，避免了煤样内瓦斯含量的逸散，这样将煤样现场瓦斯解吸量和实验室测定的煤样残余瓦斯解吸量之和计算出来就得出煤样瓦斯含量，且该煤样采集装置操作简单、适用性强、维护简便、安全高效，实现了在钻杆钻进的同时采集煤样，且能保证煤样在采集过程中处于密闭状态，避免了煤样中的气体损失，有效提高了煤矿井下瓦斯含量测定的准确性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明保压密闭取样器的结构示意图；

图3为本发明转筒的结构示意图；

图4为图3的A-A剖面结构示意图；

图5为本发明取气阀的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图对本发明实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，本发明所述的一种保压密闭煤样采集装置，由依次通过锥螺纹连接的双通道高压水辫1、双通道密封钻杆2、保压密闭取样器3、钻孔钻头4组成，如图2所示，所述保压密闭取样器3包括壳体301，沿壳体301的轴向设有多个并排设置的进样窗口302，壳体301上固定连接有用于遮挡进样窗口302的密封压条303，壳体301的一端设有内锥螺纹接头4，壳体301的另一端设有外锥螺纹接头5，且外锥螺纹接头5与壳体301之间设有推力球轴承6，壳体301内沿其轴向方向设有转筒7，如图3～图5所示，所述转筒7包括转筒体701，沿转筒体701的轴向设有多个与进样窗口302相对应的取样窗口702，转筒体701的一端螺纹连接有转筒后座702，转筒体701的另一端呈阶梯连接段703，转筒体701的阶梯连接段703外侧键连接有转梭8，转筒体701的阶梯连接段703和转梭8上套设有压簧9，转筒体701内沿其轴向方向设有转筒芯管10，转筒芯管10的一端穿过转筒后座702，转筒后座702与转筒芯管10之间设有O型密封圈13，转筒芯管10的另一端穿过转梭8，所述壳体301上设有取气阀11，转筒体701上对应位置处设有取气孔12。

在双通道高压水辫1、双通道密封钻杆2、保压密闭取样器3内部均设置有独立的内通道管路和外通道管路，内通道管路和外通道管路贯通了双通道高压水辫1、双通道密封钻杆2、保压密闭取样器3，内通道管路的入口和外通道管路的入口都位于双通道高压水辫1，外通道管路的末端位于转梭8和内锥螺纹接头4的连接处，内通道管路的末端位于钻孔钻头4与外锥螺纹接头5的连接处。

一种保压密闭煤样采集方法，包括以下步骤：

第一步：检测保压密闭取样器3的保压密闭性能，并将双通道高压水辫1、双通道密封钻杆2、保压密闭取样器3、钻孔钻头4依次螺纹连接组成完整的煤样采集装置；

第二步：将双通道高压水辫1的外通道管路入口接入高压水，并通过阀门控制接入的高压水量，双通道高压水辫1的内通道管路入口接入钻进介质（水或风），并通过阀门控制接入的钻进介质量；

第三步：根据钻场的钻孔布置设计要求实施打钻施工，打钻施工前需关闭外通道管路接入高压水的阀门，打钻施工时开启内通道管路接入钻进介质（水或风）的阀门，钻进介质（水或风）通过内通道管路流向钻孔钻头4，在钻进的过程中对钻孔钻头4起到冷却和保证顺利排渣的作用，保证钻进工作的正常进行，待钻孔钻进至预定煤样采集深度时即可开始采集煤样；

第四步：采集煤样时，开启外通道管路接入高压水的阀门，高压水冲击带动转梭8转动，转筒7在转梭8的带动下逆时针旋转一定的角度，待进样窗口302和取样窗口702相对应时，煤样煤屑由进样窗口302和取样窗口702刮入转筒7内；

第五步：煤样收集完毕以后，关闭外通道管路接入高压水的阀门，压簧9带动转梭8转动，转筒7在转梭8的带动下顺时针旋转一定的角度，待进样窗口302和取样窗口702相错位时，采集的煤样被密闭保存于由转筒芯管10、转筒7筒体、转筒后座702、转梭8组成的密闭空间内；

第六步：将双通道密封钻杆2从钻孔内抽出并一节节的拆卸分离，并将保压密闭取样器3分别与双通道密封钻杆2和钻孔钻头4相分离，并检测保压密闭取样器3的气密性，若检测合格则取样成功，若检测不合格则取样不合格，需根据第一步～第五步的操作重新进行取样；

第七步：保压密闭取样器3的气密性检测合格后，可进行井下现场解吸，解吸时需将瓦斯解吸仪的针头插入壳体301上预留的取气阀11内，然后按照瓦斯含量解吸的要求进行解吸操作；

第八步：将保压密闭取样器3带回实验室，分别拧下内锥螺纹接头4，取出转梭8、压簧9和转筒7，并拧下转筒后座702，取出煤样，按照操作规范进行煤样残余瓦斯解吸量测定，煤样的瓦斯含量即为煤样现场瓦斯解吸量和实验室测定的煤样残余瓦斯解吸量之和。

本发明相对于现有技术，其创新点及有益效果在于：与以往的矿井煤样采集装置相比，该发明的煤样采集是在封闭的环境下进行的，避免了煤样内瓦斯含量的逸散，这样将煤样现场瓦斯解吸量和实验室测定的煤样残余瓦斯解吸量之和计算出来就得出煤样瓦斯含量，且该煤样采集装置操作简单、适用性强、维护简便、安全高效，实现了在钻杆钻进的同时采集煤样，且能保证煤样在采集过程中处于密闭状态，避免了煤样中的气体损失，有效提高了煤矿井下瓦斯含量测定的准确性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的发明范围内。

Claims (3)

1.一种保压密闭煤样采集装置，其特征在于：由依次通过锥螺纹连接的双通道高压水辫、双通道密封钻杆、保压密闭取样器、钻孔钻头组成，所述保压密闭取样器包括壳体，沿壳体的轴向设有多个并排设置的进样窗口，壳体上固定连接有用于遮挡进样窗口的密封压条，壳体的一端设有内锥螺纹接头，壳体的另一端设有外锥螺纹接头，且外锥螺纹接头与壳体之间设有推力球轴承，壳体内沿其轴向方向设有转筒，所述转筒包括转筒体，沿转筒体的轴向设有多个与进样窗口相对应的取样窗口，转筒体的一端螺纹连接有转筒后座，转筒体的另一端呈阶梯连接段，转筒体的阶梯连接段外侧键连接有转梭，转筒体的阶梯连接段和转梭上套设有压簧，转筒体内沿其轴向方向设有转筒芯管，转筒芯管的一端穿过转筒后座，转筒芯管的另一端穿过转梭，所述壳体上设有取气阀，转筒体上对应位置处设有取气孔；

在双通道高压水辫、双通道密封钻杆、保压密闭取样器内部均设置有独立的内通道管路和外通道管路，内通道管路和外通道管路贯通了双通道高压水辫、双通道密封钻杆、保压密闭取样器，内通道管路的入口和外通道管路的入口都位于双通道高压水辫，外通道管路的末端位于转梭和内锥螺纹接头的连接处，内通道管路的末端位于钻孔钻头与外锥螺纹接头的连接处。

2.根据权利要求1所述一种保压密闭煤样采集装置，其特征在于：所述转筒后座与转筒芯管之间设有O型密封圈。

3.一种利用权利要求1所述一种保压密闭煤样采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：检测保压密闭取样器的保压密闭性能，并将双通道高压水辫、双通道密封钻杆、保压密闭取样器、钻孔钻头依次螺纹连接组成完整的煤样采集装置；

第二步：将双通道高压水辫的外通道管路入口接入高压水，并通过阀门控制接入的高压水量，双通道高压水辫的内通道管路入口接入钻进介质（水或风），并通过阀门控制接入的钻进介质量；

第三步：根据钻场的钻孔布置设计要求实施打钻施工，打钻施工前需关闭外通道管路接入高压水的阀门，打钻施工时开启内通道管路接入钻进介质（水或风）的阀门，钻进介质（水或风）通过内通道管路流向钻孔钻头，在钻进的过程中对钻孔钻头起到冷却和保证顺利排渣的作用，保证钻进工作的正常进行，待钻孔钻进至预定煤样采集深度时即可开始采集煤样；

第四步：采集煤样时，开启外通道管路接入高压水的阀门，高压水冲击带动转梭转动，转筒在转梭的带动下逆时针旋转一定的角度，待进样窗口和取样窗口相对应时，煤样煤屑由进样窗口和取样窗口刮入转筒内；

第五步：煤样收集完毕以后，关闭外通道管路接入高压水的阀门，压簧带动转梭转动，转筒在转梭的带动下顺时针旋转一定的角度，待进样窗口和取样窗口相错位时，采集的煤样被密闭保存于由转筒芯管、转筒筒体、转筒后座、转梭组成的密闭空间内；

第六步：将双通道密封钻杆从钻孔内抽出并一节节的拆卸分离，并将保压密闭取样器分别与双通道密封钻杆和钻孔钻头相分离，并检测保压密闭取样器的气密性，若检测合格则取样成功，若检测不合格则取样不合格，需根据第一步～第五步的操作重新进行取样；

第七步：保压密闭取样器的气密性检测合格后，可进行井下现场解吸，解吸时需将瓦斯解吸仪的针头插入壳体上预留的取气阀内，然后按照瓦斯含量解吸的要求进行解吸操作；

第八步：将保压密闭取样器带回实验室，分别拧下内锥螺纹接头，取出转梭、压簧和转筒，并拧下转筒后座，取出煤样，按照操作规范进行煤样残余瓦斯解吸量测定，煤样的瓦斯含量即为煤样现场瓦斯解吸量和实验室测定的煤样残余瓦斯解吸量之和。