CN111894502A - 气体作为流体介质的坑道取芯方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开气体作为流体介质的坑道取芯方法，通过使用连续导管，将取芯器的内管总成放入取芯位置，同时连续导管和中心杆为中空结构，信号线缆和动力电缆放置在中空结构中，连续导管配合内管总成的多重防转机构阻止岩芯筒旋转，岩芯筒还设有用于保压保真的自重力阀门；利用地面钻机驱动取芯器进行取芯作业，在取芯器钻进时向井内注入气体。本发明采用地面钻机驱动取芯器，通入气体作为冷却介质来冷却钻头，取芯时无需钻井液，可避免钻井液对煤层岩芯造成污染，保持岩芯原位压力，同时降低取芯动力对岩芯的扰动，获得较好的岩芯形貌，气体介质消除了流体对岩芯的污染。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿坑道取芯作业领域，尤其涉及气体作为流体介质的坑道取芯方法。
背景技术
我国既是煤炭生产大国，也是煤炭消费大国，煤炭是我国重要的基础能源和原料。煤层瓦斯含量和煤层瓦斯压力是突出煤层突出危险性区域预测和区域效果检验的主要指标，煤层瓦斯含量通常采用地面煤层气含量测定、地勘瓦斯含量测定、矿井井下煤层钻孔取芯等方法进行测定，由于煤层瓦斯含量测试条件和测试方法等区别，上述煤层瓦斯含量测试结果往往差异较大精度不高，普遍存在估算损失，对煤矿开采的指导意义有限。
对于煤层坑道取芯，有公开号为CN204646157U的专利文献公开了一种煤层气绳索取芯装置，该装置使用绳索提升/下放取芯器，同时需要为取芯装置通入压缩空气，驱动取芯装置动作。而公开号为CN107905752A的取芯器，也是使用绳索提升/下放取芯器。这种结构的取芯器不方便电缆走线；同时取芯装置需要依靠水压驱动取芯装置动作。
为了进一步实现对煤层的保压取芯，有公开号为CN201811862U煤样取样器，其依靠粘液、真空装置进行样品的保压取芯，上述装置中均存在液体介质，会对煤层岩芯造成一定的污染，易影响含水率等参数的测定。
目前存在申请号为CN201410739874.9，名为地面钻井煤层气、岩层气含量测试密闭取心装置，该装置依靠样品自身推动作用打开启动割心密封球阀，结构较为复杂，对于不同的煤层需要更换不同的配件来实现切割，操作不易，工作效率较低。
取芯器通常由内管总成和外管总成组成，内管总成和外管总成之间存在间隙，导致瓦斯泄漏风险较高，目前常常使用设于钻杆顶端的防喷盒阻止瓦斯泄漏，但钻杆内依旧存在瓦斯，导致取芯操作存在安全隐患，
内管总成和外管总成之间的间隙还会导致取芯筒容易随取芯外筒一同转动，当外部扰动较大时，取芯成分与真实情况可能存在较大误差。为了减少由于转动带来的误差，目前使用的取芯器常在外管总成和内管总成之间设置单动装置来减少取芯筒的转动，但是单动装置虽然具有防转作用，但取芯筒仍存在一定转动，很难有效减小测量误差。
现有技术中有CN203430457U、CN104481439B等专利，在取芯过程中通过部分零件的形变、运动改变内部流道引起泵压变化，由地面监测泵压变化来判断报警信号；此机构工作原理复杂，容易引起误操作，从而导致对取芯工况错误的判断，不能完全保证取芯采样的准确率。
发明内容
本发明为解决上述技术问题旨在提供气体作为流体介质的坑道取芯方法。
本发明是采用以下技术方案实现的：
本发明公开气体作为流体介质的坑道取芯方法，利用连续导管作业设备下放和提升取芯器；利用地面钻机驱动取芯器进行取芯作业；在取芯器钻进时向井内注入气体。
进一步的，气体作为流体介质的坑道取芯方法，具体包括以下步骤：
S1、安装续导管作业装备；
S2、装配外管总成，连接外管总成和钻杆，下放外管总成至取芯位置；
S3、装配内管总成，连接连续导管和内管总成的中心杆；
S4、通过连续导管作业装备下放连续导管，在钻杆内下放内管总成至指定位置；
S5、启动地面钻机，转动钻杆驱动装置并加压钻进，内管总成与外管总成配合向下钻进，开始取芯作业；
S6、取芯作业过程中，停止下放连续导管，保持连续导管在钻杆内的位置不变，中心组件保持静止，岩芯进入岩芯内筒；
S7、取芯完成后，岩芯充满岩芯内筒，中心杆的活塞移动到定位管段处，二者之间的传感器发出报警信号，显示取芯完成；
S8、上提连续导管，连续导管通过中心杆向上拉岩芯筒，岩芯内筒端部的防滑凸楞卡断岩心，将岩心提入岩芯筒内，岩芯筒下端自重力阀门关闭；
S9、上提连续导管，当上提力大于F时，弹卡机构收缩，将内管总成从外管总成内提出；
S10、在钻杆下部安装有内防喷接头，上提内管总成的过程中，通过内防喷接头后，防喷阀盖关闭，孔底与中空钻杆分隔；
S11、内管总成提出钻杆后，拆卸连续导管。
优选的，步骤S1包括以下子步骤：
S101、将传递装置运送至取芯地点，将卷盘装置运送至传递装置后方；
S102、使用钻机液压缸竖起液压缸支架，注入头一同竖起；
S103、驱动翻转装置，注入头变为水平状态。
优选的，步骤S4包括以下子步骤：
S401、驱动翻转装置，注入头变为竖直状态；
S402、折叠液压杆动作，多个拱粱伸展，导向拱抬起；
S403、连续导管从卷盘装置通过排管装置总成伸入导向拱；
S404、连续导管从导向拱伸入注入头，注入头内传送链运动，传送链上的夹持块夹在连续导管外部，夹持块随传送链运动，夹持在连续导管外周的夹持块在液压夹紧机构的作用下夹紧连续导管，连续导管向下运动；
S405、装配内管总成，通过快速接头连接连续导管和内管总成的中心杆。
优选的，内防喷接头安装在钻杆底部，内防喷接头包括阀门管段、连接管段，阀门管段与连接管段可拆卸连接，阀门管段底端为公头，连接管段顶端为母头，
连接管段顶部为母头段，连接管段底部为出口段，母头段内径大于出口段，出口段内径大于内管总成外径，
阀门管段底部为公头段，阀门管段底端为防喷阀座，阀门管段底面设有防喷阀盖，防喷阀盖边沿转动连接阀门管段底面边沿，防喷阀盖底面设有扭簧，扭簧一端连接防喷阀盖，扭簧另一端连接母头段内壁，防喷阀座的密封面为自顶至底直径逐渐增大的第五斜面，防喷阀盖的密封面为第六斜面，第五斜面适配第六斜面。
优选的，步骤S3中，连续导管和内管总成的中心杆通过快速接头连接。
优选的，步骤S4中，当内管总成到达外管总成相应位置时，地面收到传感器到位报警信号以后，说明弹卡机构的锁闩进入弹卡室，内管总成下入到指定位置，此时弹卡机构坐落在悬挂环上。
优选的，步骤S8中，自重力阀门设于岩芯外筒底部，自重力阀门包括环形阀座、圆形阀瓣，圆形阀瓣边沿铰接环形阀座顶面边沿，
圆形阀瓣具有弹性结构，当自重力阀门开启时，圆形阀瓣处于竖直位置，圆形阀瓣呈弧形，圆形阀瓣适配内管组件内壁。
优选的，连续导管为中空结构，中心杆为中空结构，活塞内设有测控组件，测控组件通过信号线缆连接处理终端，信号线缆位于中心杆内，信号线缆从中心杆内延伸至连续导管后从地面连接至处理终端。
优选的，测控组件包括温度传感器、压力传感器，压力传感器延伸至储存筒内，凹陷内设有压感传感器，压感传感器为按键式传感器或电容式传感器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用地面钻机驱动取芯器，通入气体作为冷却介质来冷却钻头，取芯时无需钻井液，可避免钻井液对煤层岩芯造成污染，利于保持岩芯原位压力，同时降低取芯动力对岩芯的扰动，获得较好的岩芯形貌，气体介质消除了流体对岩芯的污染，能防止影响含水率等参数的测定；
2、使用自重力阀门结构简单，操作性能好；
3、本发明中使用连续导管、复合轴承等防转装置，可以防止取芯筒在取芯过程中转动，由于适用于坑道内，取芯深度有限，使用的连续导管长度有限，其防扭能力好，可以提供较好的防转能力；
4、本发明中使用自重力阀门，不用为保压保真额外提供动力，可以保持岩芯纯净；
5、本发明中连续导管和中心杆均为中空结构，控制电缆、动力电缆均设置在中空结构内，装置结构简单，内管总成容易脱离外管总成，故障率低。
附图说明
图1为本发明使用装置的示意图；
图2为外管总成的示意图；
图3为外管总成的剖视图；
图4为取芯前内管总成的剖视图；
图5为取芯后内管总成的剖视图；
图6为图5中弹卡机构处的示意图；
图7为图5中复合轴承组处的示意图；
图8为图5中自重力阀门处的示意图；
图9为取芯前复合轴承组处的示意图；
图10为连续导管作业装备的示意图；
图11为传递装置的侧视图；
图12为卷盘装置的示意图；
图13为卷盘装置的侧视图；
图14为导向拱和注入头的示意图；
图15为注入头的示意图一；
图16为注入头的示意图二；
图17为夹持块的示意图；
图18为液压夹紧机构的示意图；
图19为内管总成穿过内防喷接头时的剖视图；
图20为坑道保压取芯装备的作业流程示意图。
图中：1-卷盘装置、2-传递装置、3-取芯器、4-钻杆、51-第一管段、511-弹卡室、512-悬挂环、52-第二管段、53-第三管段、54-第四管段、55-扩孔段、551-扩孔凸楞、56-取芯钻头、561-刀片、562-第一坡面、563-第一通孔、61-锁紧螺母、611-第一固定螺钉、62-弹卡机构、621-锁闩槽、622-锁闩、623-销轴、624-弹簧孔、625-凹陷、626-弹簧、627-限位环、628-第一斜面、629-第二斜面、63-连接段、631-第一环形凸楞、632-推力轴承、633-密封组件、64-第五管段、641-第二环形凸楞、65-第六管段、651-第一密封凹槽、67-第七管段、671-复合轴承组、6711-基座、6712-顶环、6713-中环、6714-底环、6715-滚子、6716-滚珠凹陷、672-第四固定螺钉、68-岩芯外筒、681-环形凹陷、682-自重力阀门、683-环形阀座、684-圆形阀瓣、71-中心杆、711-第二固定螺钉、712-活塞、713-第二密封凹槽、714-第四斜面、715-第三密封凹槽、81-岩芯内筒、811-补偿管段、8111-第三固定螺钉、812-定位管段、8121-滚珠孔洞、8122-球形滚子、8123-第三斜面、813-储存筒、8131-防滑凸楞、814-固定管段、8141-第二通孔、8142-键、8143-第一键槽、8144-第二键槽、9-连续导管、101-温度传感器、102-压力传感器、103-压感传感器、104-信号线缆、1101-卷筒、1102-卷筒架、1103-排管装置总成、1104-支架、1105-升降液压杆、1106-双向丝杠、1107-导向装置、1108-举升油缸、1109-传送轮、1201-导向拱、1202-注入头、1203-钻机支架、1204-钻杆驱动装置、1205-钻机液压缸、1206-导轮、1207-压轮、1208-折叠液压杆、1209-滑动块、1210-外框、1211-传送链、1212-传送链马达、1213-下链轮、1214-夹持块、1215-加持基座、1216-加持爪、1217-摩擦凸起、1218-液压夹紧机构、1219-夹紧臂、1220-夹紧液压缸、1221-传送链计数器、1222-载荷传感器、1223-防喷盒、1224-拱粱、1225-锁紧片、1226-张紧装置、1301-移动底座、1302-履带、1401-阀门管段、1402-连接管段、1403-母头段、1404-出口段、1405-公头段、1406-防喷阀座、1407-防喷阀盖、1408-扭簧、1409-圆柱销、1410-第五斜面、1411-第六斜面、1501-保压缸、1502-保压活塞、1503-上部腔室、1504-下部腔室。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明，其中温度传感器101、压力传感器102、压感传感器103、信号线缆104未在图4中标出，仅在图5中标出。
如图1~19所示，本发明公开了气体作为流体介质的坑道取芯方法，该方法利用连续导管作业设备下放和提升取芯器；利用地面钻机驱动取芯器进行取芯作业。由于由地面钻机驱动取芯器钻进，因而井底钻头无冷却介质。本发明方法在取芯器钻进时向井内注入气体，气体可作为冷却介质对钻头进行降温，而且具有一定的排渣作用。气体可以是压缩空气、氮气或天然气等。
坑道取芯采用的装备包括连续导管作业装备、取芯器3。
连续导管作业装备包括卷盘装置1、传递装置2，卷盘装置1、传递装置2均设有移动底座1301，移动底座1301均设有履带1302，
卷盘装置1用于收纳连续导管9，卷盘装置1包括卷筒1101、卷筒架1102，卷筒1101设于卷筒架1102上，卷筒架1102上设有排管装置总成1103，排管装置总成1103包括支架1104、力矩限制器，支架1104转动连接卷筒架1102，支架1104和卷筒架1102设有升降液压杆1105，支架1104上设有双向丝杠1106，双向丝杠1106设有导向装置1107，导向装置1107内设有机械计数器、转动系统，导向装置1107与双向丝杠1106之间设有举升油缸1108，转动系统包括多个传送轮1109，卷盘装置1还设有集流环，连续导管9内设有电缆，电缆电连接集流环，电缆用于为井下电气设备提供动力，当连续导管9在传递过程中，导向装置1107沿双向丝杠1106往返运动，使得连续导管9整齐的收纳在卷筒1101上，
传递装置2包括导向拱1201、注入头1202、坑道钻机，坑道钻机包括钻机支架1203，钻机支架1203上设有钻杆驱动装置1204，钻机支架1203底端铰接移动底座1301，钻机支架1203与移动底座1301之间设有钻机液压缸1205，钻机支架1203顶端铰接注入头1202，导向拱1201底端铰接注入头1202顶端，导向拱1201顶部沿长度方向等间隔的设有多个导轮1206，导向拱1201顶部沿长度方向等间隔的设有多个压轮1207，导轮1206和压轮1207组成连续导管9的供给通道，导向拱1201底部设有液压组件，液压组件包括折叠液压杆1208，折叠液压杆1208底端铰接注入头1202，折叠液压杆1208顶端铰接滑动块1209，滑动块1209与导向拱1201底面滑动配合，导向拱1201包括多个拱粱1224，拱粱1224之间铰接配合，相邻拱粱1224之间设有锁紧片1225，锁紧片1225用于在拱粱1224伸展时锁紧导向拱1201，防止导向拱1201坍塌，
注入头1202包括外框1210，外框1210内安装有两个并排设置的传送机构，连续导管9位于两个传送机构之间，传送机构包括传送链1211，传送链1211顶部设有传送链马达1212，传送链1211底部设有下链轮1213，下链轮1213上设有张紧装置1226，张紧装置1226用于保持传送链1211处于张紧状态，传送链1211上安装有夹持块1214，夹持块1214包括加持基座1215、加持爪1216，加持爪1216内设有摩擦凸起1217，两个传送链1211的相邻部分通过液压夹紧机构1218，液压夹紧机构1218包括两个夹紧臂1219，夹紧臂1219两端分别设有夹紧液压缸1220，夹紧臂1219和传送链1211滑动配合，注入头1202与钻机支架1203之间设有翻转装置，外框1210内设有传送链计数器1221、载荷传感器1222，传递装置2的钻杆驱动装置1204通过钻杆4连接取芯器3。
取芯器3包括外管总成、内管总成，内管总成通过连续导管9进行上提或者下放运动运动，内管总成安装在外管总成内部，内管总成外壁与外管总成内壁间隙配合，内管总成包括内管组件、中心组件，中心组件安装在内管组件内，中心组件外壁与内管组件内壁滑动配合，外管总成连接钻杆4。
外管总成包括自顶至底同轴安装连接的第一管段51、第二管段52、第三管段53、第四管段54、扩孔段55、取芯钻头56，
第一管段51、第二管段52、第三管段53、第四管段54组成外管，
其中第一管段51与第二管段52可拆卸连接，第一管段51底端为公头，第二管段52顶端为母头，第一管段51中部设有弹卡室511，弹卡室511沿周向设置，弹卡室511共有两个，两个弹卡室511相对设置，第一管段51和第二管段52之间设有第一密封环，第一密封环与内管组件滑动配合，第一管段51与第二管段52之间设有悬挂环512，悬挂环512适配弹卡机构62底面边沿，内管总成到达外管总成中的预定位置时，弹卡机构62底面坐落在悬挂环512上，可以限制内管总成的下行位置。
第二管段52与第三管段53可拆卸连接，第二管段52底端为公头，第三管段53顶端为母头，
第三管段53与第四管段54可拆卸连接，第三管段53底端为公头，第四管段54顶端为母头，
第四管段54与扩孔段55可拆卸连接，第四管段54底端为公头，扩孔段55顶端为母头，扩孔段55外壁沿周向设有多个扩孔凸楞551，扩孔凸楞551与竖直方向呈角度设置，相邻扩孔凸楞551之间形成斜向通道，
扩孔段55与取芯钻头56可拆卸连接，扩孔段55底端为公头，取芯钻头56顶端为母头，钻头的刀片561布置在取芯钻头56的底面上，多个刀片561以取芯钻头56中心点为圆心呈环形阵列分布，取芯钻头56底面中心设有第一通孔563，第一通孔563直径小于取芯钻头56内径，取芯钻头56中部内壁设有自顶至底直径逐渐减小的第一坡面562。
内管组件包括自顶至底依次设置的锁紧螺母61、弹卡机构62、连接段63、第五管段64、第六管段65、第七管段67、岩芯外筒68，
锁紧螺母61可拆卸连接弹卡机构62，锁紧螺母61底端为母头，弹卡机构62顶端为公头，锁紧螺母61顶面设有第一固定螺钉611，第一固定螺钉611沿轴向设置，第一固定螺钉611贯穿锁紧螺母61后插入弹卡机构62顶面的凹坑内，第一固定螺钉611与锁紧螺母61螺纹连接，
弹卡机构62可拆卸连接连接段63，弹卡机构62底端为母头，连接段63顶端为公头，弹卡机构62外壁设有锁闩槽621，锁闩槽621沿周向设置，锁闩槽621有两个，两个锁闩槽621相对设置，锁闩槽621内安装有锁闩622，锁闩槽621两侧壁间设有销轴623，销轴623贯穿锁闩622，销轴623与锁闩622转动连接，销轴623设于锁闩槽621的底部，锁闩622顶部朝向弹卡机构62的面设有弹簧孔624，锁闩槽621顶部设有凹陷625，锁闩622和锁闩槽621之间安装有弹簧626，弹簧626一端插于弹簧孔624内，弹簧626另一端插于凹陷625内，锁闩槽621顶部边沿处安装有限位环627，限位环627套装在弹卡机构62外周，限位环627与弹卡机构62滑动连接，限位环627底面为朝向锁闩槽621的第一斜面628，锁闩622顶部背向弹卡机构62的面为第二斜面629，第一斜面628适配第二斜面629进而控制锁闩622顶部弹出的距离，弹卡机构62底部内壁为阶梯孔结构，
连接段63中部设有第一环形凸楞631，第五管段64顶端内壁设有第二环形凸楞641，第一环形凸楞631位于第五管段64内，第一环形凸楞631外周与第五管段64内壁间隙配合，第一环形凸楞631顶面与第二环形凸楞641底面之间安装有推力轴承632，第一环形凸楞631内壁与连接段63外壁之间设有密封组件633，
第五管段64与第六管段65可拆卸的连接，第五管段64底端为母头，第六管段65顶端为公头，第六管段65顶面与第一环形凸楞631底面之间安装有推力轴承632，第六管段65公头的底部外周设有第一密封凹槽651，第一密封凹槽651内安装有O型密封环，
第六管段65与第七管段67可拆卸的连接，第六管段65底端为公头，第七管段67头端为母头，第七管段67头部内壁安装有复合轴承组671，复合轴承组671通过第四固定螺钉672固定在第七管段67内，
第七管段67与岩芯外筒68可拆卸的连接，第七管段67底端为公头，岩芯外筒68顶端为母头，岩芯外筒68底端内壁设有环形凹陷681，环形凹陷681顶部安装有自重力阀门682，自重力阀门682包括环形阀座683、圆形阀瓣684，环形阀座683固连环形凹陷681内壁，圆形阀瓣684为可形变结构，圆形阀瓣684边缘铰接环形阀座683顶面边沿，环形阀座683中心的通道自顶至底尺寸逐渐减小，
自重力阀门682开启时，圆形阀瓣684呈弧形，圆形阀瓣684储存在环形凹陷681内，
环形凹陷681底端安装有锁紧段，锁紧段顶部内壁为阶梯孔结构，锁紧段底端外壁为自顶至底尺寸逐渐减小的第二坡面，第一坡面562适配第二坡面。
中心组件包括中心杆71、岩芯内筒81，中心杆71底部插入岩芯内筒81内，中心杆71与岩芯内筒81滑动配合，岩芯外筒68与岩芯内筒81组成岩芯筒，
弹卡机构62顶部设有第二固定螺钉711，第二固定螺钉711贯沿径向设置，第二固定螺钉711贯穿弹卡机构62顶部后插入中心杆71，
岩芯内筒81包括自顶至底依次安装的补偿管段811、定位管段812、储存筒813，
补偿管段811与定位管段812可拆卸连接，补偿管段811底端为公头，定位管段812顶端为母头，第三固定螺钉8111贯穿定位管段812后旋入补偿管段811，补偿管段811与中心杆71滑动配合，
定位管段812与储存筒813可拆卸连接，定位管段812底端为公头，储存筒813顶端为母头，定位管段812内壁与中心杆71存在间隙，
复合轴承组671包括基座6711，基座6711为推力轴承，基座6711内壁设有环形的滚珠凹陷6716，定位管段812中部沿周向设有多个滚珠孔洞8121，球形滚子8122安装于滚珠孔洞8121内，球形滚子8122凸出的部分可以在滚珠凹陷6716内滑动，滚珠凹陷6716深度较小，当定位管段812受到外力向上移动时，球形滚子8122可以较为容易的从滚珠凹陷6716内滑出，
基座6711包括依次层叠设置的顶环6712、中环6713、底环6714，顶环6712与中环6713之间设有滚子6715，中环6713与底环6714之间设有滚子6715，中环6713内壁设有滚珠凹陷6716，
定位管段812顶部内壁安装有固定管段814，固定管段814套设于中心杆71外周，键8142为球形，固定管段814设有适配键8142的第二通孔8141，键8142的直径大于第二通孔8141的长度，定位管段812内壁设有第一键槽8143，第一键槽8143适配键8142，中心杆71底部外壁设有第二键槽8144，第二键槽8144适配键8142，
当取芯前，键8142位于第二通孔8141和第一键槽8143内，固定管段814与定位管段812通过键8142固定连接，
当取芯时，中心杆71向上移动，键8142从第一键槽8143内脱离，随后键8142进入第二键槽8144，固定管段814与中心杆71通过键8142固定连接，中心杆71带动固定管段814上移，固定管段814抵住补偿管段811底面，中心杆71进而带动岩芯内筒81上移，
定位管段812底面内壁边沿为自顶至底直径逐渐增大的第三斜面8123，
定位管段812底端设有报警传感器，报警传感器为压感式传感器，
储存筒813底部内壁沿轴向设有多道防滑凸楞8131，防滑凸楞8131为环形结构。
中心杆71底端固连活塞712，中心杆71底端外周设有多道第二密封凹槽713，第二密封凹槽713内装有O型密封环，中心杆71底端的O型密封环用于与定位管段812内壁密封连接，中心杆71和活塞712一体制造，卷盘装置1向传递装置2提供连续导管9，连续导管9贯穿钻杆4后与中心杆71顶端连接，
活塞712顶面外边沿为自顶至底直径逐渐增大的第四斜面714，第三斜面8123适配第四斜面714，活塞712与储存筒813内壁滑动连接，活塞712顶部外周设有第三密封凹槽715，第三密封凹槽715内安装有密封圈，
活塞712内设有保压控制器，保压控制器包括保压缸1501，保压缸1501竖直设置，保压缸1501内设有保压活塞1502，保压活塞与保压缸内壁滑动配合，保压活塞1502将保压缸1501分为相互隔绝的上部腔室1503、下部腔室1504，下部腔室1504与储存筒813连通，上部腔室1503内充有气体，如氮气等，
中心杆71为中空结构，活塞712内设有测控组件，测控组件包括沿轴向设置的温度传感器101、压力传感器102，压力传感器延伸至储存筒813内，凹陷625内设有压感传感器103，压感传感器103为按键式传感器或电容式传感器，温度传感器101、压力传感器102、压感传感器103通过信号线缆104连接处理终端，信号线缆104位于中心杆71内，信号线缆104从中心杆内延伸至连续导管9后从地面连接至处理终端。
内防喷接头包括阀门管段1401、连接管段1402，阀门管段1401与连接管段1402可拆卸连接，阀门管段1401底端为公头，连接管段1402顶端为母头，
连接管段1402顶部为母头段1403，连接管段1402底部为出口段1404，母头段1403内径大于出口段1404，出口段1404内径大于内管总成外径，
阀门管段1401底部为公头段1405，阀门管段1401底端为防喷阀座1406，阀门管段1401底面设有防喷阀盖1407，防喷阀盖1407边沿转动连接阀门管段1401底面边沿，防喷阀盖1407底面设有扭簧1408，扭簧1408一端连接防喷阀盖1407，扭簧1408另一端连接母头段1403内壁，防喷阀座1406的密封面为自顶至底直径逐渐增大的第五斜面1410，防喷阀盖1407的密封面为第六斜面1411，第五斜面1410适配第六斜面1411，
为了更好的固定扭簧1408与防喷阀盖1407，设有圆柱销1409，圆柱销1409设于防喷阀盖1407底面，圆柱销1409贯穿防喷阀盖1407、扭簧1408中间，
公头段1405的长度与防喷阀盖1407直径的和≤母头段1403的长度，当本发明处于开启状态下，即防喷阀盖1407处于竖直状态时，防喷阀盖1407还处于母头段1403内，
防喷阀盖1407可以是可以变形的结构，当防喷阀盖1407被内管总成顶开时，防喷阀盖1407可以变为弧形，进而贴紧母头段1403内壁，使得装置结构更加紧凑。
实际使用时，通过连续导管作业装备连续下放连续导管9，从而在钻杆4内下放内管总成，当内管总成到达外管总成相应位置时，弹卡机构62的锁闩622进入弹卡室511，内管总成下入到指定位置，此时弹卡机构62坐落在悬挂环512上，压在压感传感器103上的弹簧626松弛，地面收到压感传感器103到位报警信号，
在工作过程中，连续导管9与中心杆71连接，对于煤矿取芯，使用的连续导管9长度较短，连续导管9抗扭转性能好，
同时本发明使用复合轴承组671，复合轴承组671与定位管段812之间设有球形滚子8122，也可以起到防止岩芯内筒81的转动，
本发明还设有连接段63，可以将外管总成的转动先传递至岩芯外筒68，减少外管总成对岩芯内筒81的影响，进一步防止岩芯内筒81转动，
中心组件与内管组件设有两组推力轴承632，在弹卡机构62转动时，两组推力轴承632作用，防止岩芯筒转动。
取芯前，在上部腔室1503充满氮气，保压活塞1502位于保压缸1501底部，
取芯时，中心组件被提起，岩芯进入岩芯筒，活塞712提升减少岩芯筒内对岩芯的阻力，同时下部腔室1504内充入瓦斯，保压活塞1502受到环境中瓦斯压力后向上移动，上部腔室1503内气体被压缩，使用活塞712内的温度传感器101、压力传感器102实时监控储存筒内样品的数据，
取芯完成后，岩芯充满岩芯内筒81，中心杆71的活塞712移动到定位管段812处，二者之间的报警传感器发出报警信号，显示活塞712与定位管段812接触，自重力阀门682关闭，取芯筒形成密闭结构，若发生瓦斯泄漏，上部腔室1503内气体膨胀，将下部腔室1504内瓦斯充入取芯筒，减少压力损失，起到保压作用。
如图20所示，主要的取芯工作流程包括以下步骤：
S1、安装续导管作业装备；
S2、连接取芯钻头56与外管装配好外管总成，利用坑道钻机相关设备连接外管总成和钻杆4，从地面逐渐下放外管总成至取芯位置；
S3、地面装配好内管总成后，通过快速接头将连续导管9和内管总成的中心杆71连接；
S4、通过连续导管作业装备连续下放连续导管9，从而在钻杆4内下放内管总成，当内管总成到达外管总成相应位置时，地面收到传感器到位报警信号以后，说明弹卡机构62的锁闩622进入弹卡室511，内管总成下入到指定位置，此时弹卡机构62坐落在悬挂环512上；
S5、启动地面钻机，转动钻杆驱动装置1204并加压钻进，此时内管总成与外管总成配合向下钻进，开始取芯作业，此时地面防喷盒1223实现钻具井口的密封；同时，气体由地面泵入钻杆4内部，一直向下，经过取芯器3和取芯钻头56进入井筒与钻杆4之间的环空，向上返排至地面。
S6、取芯作业过程中，连续导管作业装备停止下放连续导管9，保持连续导管9在钻杆4内的位置不变，中心组件保持静止，随着内管组件及外管总成的下移，岩心入筒；
作业过程中通过多重防转机构与连续导管9的共同作用，在外部钻具旋转的工况下，保持岩芯内筒81静止，减少对岩芯扰动；同时活塞712对岩芯具有抽吸作用，降低岩芯入筒阻力；
S7、取芯完成后，岩芯充满岩芯内筒81，中心杆71的活塞712移动到定位管段812处，二者之间的传感器发出报警信号，显示取芯完成；
S8、启动连续导管作业装备，上提连续导管9，连续导管9通过中心杆71向上拉岩芯筒，岩芯内筒81端部的防滑凸楞8131卡断岩心，将岩心提入岩芯筒内，岩芯筒下端自重力阀门682的圆形阀瓣684关闭；
S9、继续上提连续导管9，当上提力大于F时，弹卡机构62收缩，将内管总成从外管总成内提出，然后快速上提连续导管9；
S10、在钻杆4下部安装有内防喷接头，上提内管总成的过程中，通过内防喷接头后，防喷阀盖1407关闭，将孔底与中空钻杆4隔开，防止孔底环境中的瓦斯向外扩散；
S11、通过连续导管9将内管总成提出钻杆4后，拆卸连续导管9末端的快速接头，取下内管总成进行拆分，将保真舱部分放入转移舱，上部悬挂部分进行二次使用。
其中步骤S1包括以下子步骤：
S101、将传递装置2运送至取芯地点，将卷盘装置1运送至传递装置2后方；
S102、使用钻机液压缸1205竖起液压缸支架1104，注入头1202一同竖起；
S103、驱动翻转装置，注入头1202变为水平状态。
步骤S4包括以下子步骤：
S401、驱动翻转装置，注入头1202变为竖直状态；
S402、折叠液压杆1208动作，多个拱粱1224伸展，导向拱1201抬起；
S403、连续导管9从卷盘装置1通过排管装置总成1103伸入导向拱1201；
S404、连续导管9从导向拱1201伸入注入头1202，注入头1202内传送链1211运动，传送链1211上的夹持块1214夹在连续导管9外部，夹持块1214随传送链1211运动，夹持在连续导管9外周的夹持块1214在液压夹紧机构1218的作用下夹紧连续导管9，连续导管9向下运动；
S405、装配内管总成，通过快速接头连接连续导管9和内管总成的中心杆。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.气体作为流体介质的坑道取芯方法，其特征在于：利用连续导管作业设备下放和提升取芯器；利用地面钻机驱动取芯器进行取芯作业；在取芯器钻进时向井内注入气体。
2.根据权利要求1所述的气体作为流体介质的坑道取芯方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、安装续导管作业装备；
S2、装配外管总成，连接外管总成和钻杆，下放外管总成至取芯位置；
S3、装配内管总成，连接连续导管和内管总成的中心杆；
S4、通过连续导管作业装备下放连续导管，在钻杆内下放内管总成至指定位置；
S5、启动地面钻机，转动钻杆驱动装置并加压钻进，内管总成与外管总成配合向下钻进，开始取芯作业；
S6、取芯作业过程中，停止下放连续导管，保持连续导管在钻杆内的位置不变，中心组件保持静止，岩芯进入岩芯内筒；
S7、取芯完成后，岩芯充满岩芯内筒，中心杆的活塞移动到定位管段处，二者之间的传感器发出报警信号，显示取芯完成；
S8、上提连续导管，连续导管通过中心杆向上拉岩芯筒，岩芯内筒端部的防滑凸楞卡断岩心，将岩心提入岩芯筒内，岩芯筒下端自重力阀门关闭；
S9、上提连续导管，当上提力大于F时，弹卡机构收缩，将内管总成从外管总成内提出；
S10、在钻杆下部安装有内防喷接头，上提内管总成的过程中，通过内防喷接头后，防喷阀盖关闭，孔底与中空钻杆分隔；
S11、内管总成提出钻杆后，拆卸连续导管。
3.根据权利要求2所述的气体作为流体介质的坑道取芯方法，其特征在于：所述步骤S1包括以下子步骤：
S101、将传递装置运送至取芯地点，将卷盘装置运送至传递装置后方；
S102、使用钻机液压缸竖起液压缸支架，注入头一同竖起；
S103、驱动翻转装置，注入头变为水平状态。
4.根据权利要求1所述的气体作为流体介质的坑道取芯方法，其特征在于：所述步骤S4包括以下子步骤：
S401、驱动翻转装置，注入头变为竖直状态；
S402、折叠液压杆动作，多个拱粱伸展，导向拱抬起；
S403、连续导管从卷盘装置通过排管装置总成伸入导向拱；
S404、连续导管从导向拱伸入注入头，注入头内传送链运动，传送链上的夹持块夹在连续导管外部，夹持块随传送链运动，夹持在连续导管外周的夹持块在液压夹紧机构的作用下夹紧连续导管，连续导管向下运动；
S405、装配内管总成，通过快速接头连接连续导管和内管总成的中心杆。
5.根据权利要求1所述的气体作为流体介质的坑道取芯方法，其特征在于：内防喷接头安装在钻杆底部，内防喷接头包括阀门管段、连接管段，阀门管段与连接管段可拆卸连接，阀门管段底端为公头，连接管段顶端为母头，
连接管段顶部为母头段，连接管段底部为出口段，母头段内径大于出口段，出口段内径大于内管总成外径，
阀门管段底部为公头段，阀门管段底端为防喷阀座，阀门管段底面设有防喷阀盖，防喷阀盖边沿转动连接阀门管段底面边沿，防喷阀盖底面设有扭簧，扭簧一端连接防喷阀盖，扭簧另一端连接母头段内壁，防喷阀座的密封面为自顶至底直径逐渐增大的第五斜面，防喷阀盖的密封面为第六斜面，第五斜面适配第六斜面。
6.根据权利要求1所述的气体作为流体介质的坑道取芯方法，其特征在于：步骤S3中，连续导管和内管总成的中心杆通过快速接头连接。
7.根据权利要求1所述的气体作为流体介质的坑道取芯方法，其特征在于：步骤S4中，当内管总成到达外管总成相应位置时，地面收到传感器到位报警信号以后，说明弹卡机构的锁闩进入弹卡室，内管总成下入到指定位置，此时弹卡机构坐落在悬挂环上。
8.根据权利要求1所述的气体作为流体介质的坑道取芯方法，其特征在于：步骤S8中，自重力阀门设于岩芯外筒底部，自重力阀门包括环形阀座、圆形阀瓣，圆形阀瓣边沿铰接环形阀座顶面边沿，
圆形阀瓣具有弹性结构，当自重力阀门开启时，圆形阀瓣处于竖直位置，圆形阀瓣呈弧形，圆形阀瓣适配内管组件内壁。
9.根据权利要求1所述的气体作为流体介质的坑道取芯方法，其特征在于：连续导管为中空结构，中心杆为中空结构，活塞内设有测控组件，测控组件通过信号线缆连接处理终端，信号线缆位于中心杆内，信号线缆从中心杆内延伸至连续导管后从地面连接至处理终端。
10.根据权利要求9所述的气体作为流体介质的坑道取芯方法，其特征在于：测控组件包括温度传感器、压力传感器，压力传感器延伸至储存筒内，凹陷内设有压感传感器，压感传感器为按键式传感器或电容式传感器。
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