CN109916663B - 一种错位闭合式密封取样装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钻具领域，涉及一种错位闭合式密封取样装置，包括取芯外筒、取芯内筒及用于驱动所述取芯内筒的驱动装置，取芯内筒与取芯外筒端面贴合，取芯内筒在取芯外筒内转动，切样开口与取样开口错位，对样品进行切断的同时，对样品进行密封；还涉及该装置的使用方法，包括如下步骤：通过所述注水开口向所述取芯外筒内注入高压水，驱动所述取芯内筒在所述取芯外筒内转动，所述取芯内筒转动若干角度后，所述切样开口与所述取样开口错位，对样品进行切断的同时，对样品进行密封。筒状结构强度远高于传统的开闭执行结构，可有效防止样品卡在切样开口与取样开口之间，保证对样品的密封效果。
Description
技术领域
本发明属于钻具领域，涉及一种错位闭合式密封取样装置及其使用方法。
背景技术
瓦斯参数测定是煤矿井下瓦斯治理抽采的重要依据，其测试准确性直接关系到后期瓦斯治理效果评价。目前常用的瓦斯参数测定装置主要有快速测定装备、基于负压引射原理的取样装置及密封取样装置，但受装置密封性和保压结构限制，其中只有密封取样装置适用于长钻孔的取样。
目前，煤矿采用的密封取样装置主要为球阀或近似球阀结构闭合取芯装置，但是在钻孔过程中，切削的煤渣或岩屑可能进入球阀的开闭执行机构或堵塞关闭通道，进而影响执行机构工作灵敏性，造成阀门无法完全关闭，装置密封性得不到保障。由此一来，容易造成取芯筒内煤样瓦斯的逸散，使得测定的瓦斯参数出现误差，影响抽采设计。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种错位闭合式密封取样装置及其使用方法，防止切削的煤渣或岩屑进入开闭执行机构或堵塞关闭通道，保证取样装置的密封性。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种错位闭合式密封取样装置，包括取芯外筒、取芯内筒及用于驱动所述取芯内筒的驱动装置；所述取芯内筒的一端密封，所述取芯内筒另一端的端面上设有切样开口，所述取芯内筒的内部中空为存样中空；所述取芯外筒的一端上设有注水开口，所述取芯外筒的另一端上设有用于样品通过的取样开口；所述取芯内筒在所述取芯外筒内转动，所述取芯内筒设有所述切样开口的一端的端面与所述取芯外筒内设有所述取样开口一端的端面贴合，所述驱动装置与所述取芯内筒密封的一端连接，所述取芯内筒转动若干角度后，所述切样开口与所述取样开口在所述取芯外筒轴线垂面上投影的交集为零。
可选地，所述驱动装置为驱动套筒，所述驱动套筒上沿轴线方向设有直槽，所述驱动套筒上绕轴线方向设有螺旋槽，所述取芯外筒内固定设有在所述螺旋槽内滑动的固定销，所述驱动套筒在所述取芯外筒内螺旋转动，所述取芯内筒上设有在所述直槽内滑动的直槽销，所述取芯内筒密封的一端在所述驱动套筒内滑动。
可选地，所述取芯内筒密封一端上密封连接有用于锁紧所述驱动套筒的锁紧装置，所述锁紧装置包括锁紧座、芯轴及用于防止所述驱动套筒转动的卡销，所述锁紧座通过固定销固定连接于所述取芯外筒，所述取芯内筒与所述锁紧座转动连接，所述锁紧座上沿所述取芯内筒轴线方向设有导向孔，所述导向孔与所述存样中空连通，所述芯轴在所述导向孔内滑动，所述芯轴与所述锁紧座密封连接，所述芯轴与所述锁紧座之间设有弹簧，所述卡销设置于所述锁紧座与所述驱动套筒之间，所述卡销与所述取芯内筒垂直，所述卡销与所述驱动套筒配合的一端为球面，所述卡销的另一端端面与所述芯轴贴合，所述芯轴上远离所述取芯内筒及所述卡销的一端上设有用于使所述卡销与所述驱动套筒分离的凹槽。
可选地，所述取芯内筒与所述锁紧座通过悬挂机构连接。
可选地，所述芯轴与所述取芯内筒之间设有用于密封的密封垫圈。
可选地，所述取芯外筒远离所述注水开口的一端为矫正过渡机构，所述矫正过渡机构包括矫正罩及连接座，所述取样开口设置于所述矫正罩上，所述矫正罩上设有导向凹槽，所述矫正罩设有导向凹槽的一侧与所述取芯内筒的端面贴合。
可选地，所述取芯内筒设置有切样开口的一端上设有与所述导向凹槽配合使用的倒角。
可选地，所述连接座与所述矫正罩远离所述取芯内筒的一侧贴合，所述连接座通过螺纹可拆卸连接于所述取芯外筒上，所述矫正过渡机构上设有与所述取样开口连通的连接通道。
可选地，所述取芯外筒设有取样开口的一端上可拆卸连接有钻头，所述钻头上设有与所述连接通道连通的取样通道，所述取芯外筒的另一端上设有止回阀。
可选地，所述取样通道内设有封堵球。
一种错位闭合式密封取样装置的使用方法，使用如上所述的一种错位闭合式密封取样装置，包括如下步骤：通过所述注水开口向所述取芯外筒内注入高压水，所述驱动套筒在高压水的作用下驱动所述取芯内筒在所述取芯外筒内转动，所述取芯内筒转动若干角度后，所述切样开口与所述取样开口错位，所述切样开口与所述取样开口在所述取芯外筒轴线垂面上投影的交集为零，对样品进行切断的同时，对样品进行密封。
可选地，所述高压水水压大于3MPa。
可选地，所述取芯内筒转动角度为180度。
本发明的有益效果在于：取芯内筒与取芯外筒端面贴合，样品进入取芯内筒后，取芯内筒在取芯外筒内转动，切样开口与取样开口错位，取芯内筒与取芯内筒端面贴合对样品进行切断的同时，对样品进行密封，取芯内筒及取芯外筒结构强度远高于传统开闭执行结构，可以传递强大的剪切力矩，有效防止样品卡在切样开口与取样开口之间，保证取样装置的密封性，进而防止取芯筒内煤样瓦斯的逸散，提升瓦斯参数的测定精度。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为一种错位闭合式密封取样装置的结构示意图；
图2为一种错位闭合式密封取样装置的俯视结构示意图；
图3为一种错位闭合式密封取样装置的矫正过渡机构局部放大示意图；
图4为一种错位闭合式密封取样装置的芯轴局部放大示意图。
附图标记：取芯外筒-1、取芯内筒2、驱动套筒3、切样开口4、固定销5、直槽销6、芯轴7、卡销8、凹槽9、矫正罩10、连接座11、封堵球12、钻头13、止回阀14、锁紧座15、阻挡圆环16、挂挡螺母17。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1～图4，为一种错位闭合式密封取样装置，包括取芯外筒1、取芯内筒2及驱动装置，取芯内筒2的一端密封，取芯内筒2的另一端的端面上设置设有切样开口4，取芯内筒2内部中空为存样中空；取芯外筒1的一端上设有注水开口，取芯外筒2的另一端上设有用于样品通过的取样开口；取芯内筒2在取芯外筒1内转动，本实施例中，取芯内筒2与取芯外筒1共轴，取芯内筒2设置有切样开口4的一端的端面与取芯外筒1内设有所述取样开口一端的端面贴合，所述驱动装置与取芯内筒2密封的一端连接，本实施例中，切样开口4呈圆台形，圆台靠近取样开口一侧圆的直径较另一侧圆的直径小，取芯内筒2转动180°后，切样开口4与所述取样开口在取芯外筒1轴线的垂面上投影的交集为零。
本实施例中，所述驱动装置为驱动套筒3，驱动套筒3上沿轴线方向设有直槽，驱动套筒3上绕轴线方向设有螺旋槽，所述取芯外筒内设有在所述螺旋槽内滑动的固定销5，驱动套筒3在取芯外筒1内螺旋转动，驱动套筒3的转动角度由所述螺旋槽的旋转角度决定，取芯内筒2外设有在所述直槽内滑动的直槽销6，取芯内筒2密封的一端在驱动套筒3内滑动，本实施例中，驱动套筒3与取芯内筒2共轴。取芯内筒2内筒密封的一端上密封连接有锁紧装置，锁紧装置包括锁紧座15、芯轴7及卡销8，锁紧座15通过固定销5固定连接于所述取芯外筒1，取芯内筒2与锁紧座15通过悬挂机构转动连接，悬挂机构包括阻挡圆环16及共轴设置于阻挡圆环16内的挂挡螺母17，阻挡圆环16及挂挡螺母17之间还设有O形密封圈，阻挡圆环16通过螺纹与取芯内筒2密封连接，挂挡螺母17在阻挡圆环16中转动，挂挡螺母17通过螺纹与锁紧座15密封连接，锁紧座15沿取芯内筒2轴线方向设有导向孔，芯轴7在导向孔内滑动，挂挡螺母17沿轴线方向设有用于芯轴通过的通道，导向孔与取芯内筒2的存样中空通过挂挡螺母17的通道连通，芯轴7与锁紧座15密封连接，芯轴7与锁紧座15之间设有弹簧，卡销8设置于锁紧座15与驱动套筒3之间，卡销8与锁紧座15垂直，卡销8与驱动套筒3配合的一端为球面，卡销8的另一端端面与所述芯轴贴合，芯轴7上远离取芯内筒2及卡销8的一端上设有用于使卡销8与驱动套筒3分离的凹槽，本实施例中，螺旋槽、所述直槽、固定销5、直槽销6、卡销8、凹槽9数量均各为两个。
本实施例中，取芯外筒1远离所述注水开口的一端为矫正过渡机构，所述矫正过渡机构包括矫正罩10及连接座11，所述取样开口设置于矫正罩10上，矫正罩10上设有导向凹槽，取芯内筒2设置有切样开口4的一端设有与所述导向凹槽配合使用的倒角，矫正罩10设有所述导向凹槽一侧与取芯内筒2的端面贴合，连接座11与矫正罩10的另一侧贴合，连接座11通过螺纹可拆卸连接于取芯外筒1上，所述矫正过渡机构上设有与所述取样开口连通的连接通道。取芯外筒设1有取样开口一端上通过螺纹连接有钻头13，钻头13上设有与所述连接通道连通的取样通道，所述取样通道内设有封堵球12，取芯外筒1设有注水开口一端上设有止回阀14。芯轴7上设有与所述存样中空连通的解析通道，所述解析通道靠近止回阀14一端上还设有单向密封阀。
本实施例中，还包括如上所述的一种错位闭合式密封取样装置的使用方法，包括如下步骤：钻孔至取样深度后退钻，卸下钻杆上的钻头；旋转连接座11，连接座11压紧矫正罩10，使矫正罩10设有所述导向凹槽一侧与取芯内筒2的端面紧密贴合，同时，导向凹槽作用于取芯内筒2上的倒角上，使取芯内筒2轴线与驱动套筒3的旋转中心线共线。然后向密封取样装置中注入0.8MPa压力气体，检测取芯内筒2的密封性。
将密封性达标的密封取样装置安装到最钻杆钻进端上，开动钻机将密封取样装置送至取芯目标孔深，通过止回阀14向取芯外筒1内注入水压小于1MPa的低压水，由于芯轴7与锁紧座15之间设有弹簧，水压小于1MPa的低压水无法使芯轴7上的凹槽9沿导向孔滑动至卡销8的位置，此时，驱动动套筒3仍为锁紧状态，无法转动。低压水通过驱动套筒3上的所述螺旋槽及所述直槽、取芯内筒2与取芯外筒1之间的间隙及钻头13上的水眼流入孔底，从而冷却钻头13并返排切削的煤渣。密封取样装置在钻杆的作用下在煤层内旋转钻进，煤样将钻头13内的封堵球12压入取芯内筒2，然后煤样经过所述取样通道、连接通道、取样开口及切样开口4进入取样内筒2的存样中空内，钻进过程中，回转及给进速度为正常钻进速度的三分之二。钻进至取芯目标孔深后，将压力大于3MPa的高压水通过钻杆经注水开口送入取芯外筒1，高压水经止回阀14进入取芯外筒，由于驱动外筒1靠近止回阀一端内压力大于驱动外筒1靠近钻头13一端内压力，芯轴7在压力大于3MPa的高压水的作用下压缩弹簧，向取芯内筒2内的存样中空滑动，当芯轴7上的凹槽9滑动至卡销8位置时，驱动套筒3在水压的作用下，把卡销8压入凹槽9内，驱动套筒3解锁，高压水同时使驱动套筒3向驱动外筒1靠近钻头13一端滑动，固定销5作用于驱动套筒3上的螺旋槽上，使驱动套筒3转动，驱动套筒3上的所述直槽作用于取芯内筒2上的直槽销6，使取芯内筒2与驱动套筒3一起转动，高压水维持10分钟，使取芯内筒2转动180度，进而使取芯内筒2上的切样开口4与矫正罩10上的所述取样开口错位，切样开口4呈圆台形，形成刃口，切断煤样的同时使取芯内筒2密封。取芯内筒2及取芯外筒1结构强度远高于传统开闭执行结构，可以产生强大的剪切力，有效防止样品卡在切样开口4与取样开口之间，保证取样装置的密封性，进而防止取芯筒内煤样瓦斯的逸散，提升瓦斯参数的测定精度然后取出密封取样装置。取出密封取样装置，并对其进行气密性检测。重复以上步骤，直至取出的密封取样装置的气密性合格后，将解析仪器与芯轴7上的单向密封阀快接通，对样品进行解析。
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 (8)
1.一种错位闭合式密封取样装置，其特征在于：包括取芯外筒、取芯内筒及用于驱动所述取芯内筒的驱动装置；所述取芯内筒的一端密封，所述取芯内筒另一端的端面上设有切样开口，所述取芯内筒的内部为存样中空；所述取芯外筒的一端上设有注水开口，所述取芯外筒的另一端上设有用于样品通过的取样开口；
所述取芯内筒在所述取芯外筒内转动，所述取芯内筒设有所述切样开口的一端的端面与所述取芯外筒内设有所述取样开口一端的端面贴合，所述驱动装置与所述取芯内筒密封的一端连接，所述取芯内筒转动若干角度后，所述切样开口与所述取样开口在所述取芯外筒轴线垂面上投影的交集为零；
所述驱动装置为驱动套筒，所述驱动套筒上沿轴线方向设有直槽，所述驱动套筒上绕轴线方向设有螺旋槽，所述取芯外筒内固定设有在所述螺旋槽内滑动的固定销，所述驱动套筒在所述取芯外筒内螺旋转动，所述取芯内筒上设有在所述直槽内滑动的直槽销，所述取芯内筒密封的一端在所述驱动套筒内滑动；
所述取芯内筒密封一端上密封连接有用于锁紧所述驱动套筒的锁紧装置，所述锁紧装置包括锁紧座、芯轴及用于防止所述驱动套筒转动的卡销，所述锁紧座通过固定销固定连接于所述取芯外筒，所述取芯内筒与所述锁紧座转动连接，所述锁紧座上沿所述取芯内筒轴线方向设有导向孔，所述导向孔与所述存样中空连通，所述芯轴在所述导向孔内滑动，所述芯轴与所述锁紧座密封连接，所述芯轴与所述锁紧座之间设有弹簧，所述卡销设置于所述锁紧座与所述驱动套筒之间，所述卡销与所述取芯内筒垂直，所述卡销与所述驱动套筒配合的一端为球面，所述卡销的另一端端面与所述芯轴贴合，所述芯轴上远离所述取芯内筒及所述卡销的一端上设有用于使所述卡销与所述驱动套筒分离的凹槽。
2.根据权利要求1所述的一种错位闭合式密封取样装置，其特征在于：所述芯轴与所述取芯内筒之间设有用于密封的密封垫圈。
3.根据权利要求1所述的一种错位闭合式密封取样装置，其特征在于：所述取芯外筒远离所述注水开口的一端为矫正过渡机构，所述矫正过渡机构包括矫正罩及连接座，所述取样开口设置于所述矫正罩上，所述矫正罩上设有导向凹槽，所述矫正罩设有导向凹槽的一侧与所述取芯内筒的端面贴合。
4.根据权利要求3所述的一种错位闭合式密封取样装置，所述取芯内筒设置有切样开口的一端上设有与所述导向凹槽配合使用的倒角。
5.根据权利要求3所述的一种错位闭合式密封取样装置，其特征在于：所述连接座与所述矫正罩远离所述取芯内筒的一侧贴合，所述连接座通过螺纹可拆卸连接于所述取芯外筒上，所述矫正过渡机构上设有与所述取样开口连通的连接通道。
6.根据权利要求5所述的一种错位闭合式密封取样装置，其特征在于：所述取芯外筒设有取样开口的一端上可拆卸连接有钻头，所述钻头上设有与所述连接通道连通的取样通道，所述取芯外筒的另一端上设有止回阀。
7.一种错位闭合式密封取样装置的使用方法，其特征在于：使用如权利要求1至2任一项所述的一种错位闭合式密封取样装置，包括如下步骤：通过所述注水开口向所述取芯外筒内注入高压水，所述驱动套筒在高压水的作用下驱动所述取芯内筒在所述取芯外筒内转动，所述取芯内筒转动若干角度后，所述切样开口与所述取样开口错位，所述切样开口与所述取样开口在所述取芯外筒轴线垂面上投影的交集为零，对样品进行切断的同时，对样品进行密封。
8.根据权利要求7所述的一种错位闭合式密封取样装置的使用方法，其特征在于所述高压水水压大于3MPa。
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