CN112924223A - 一种煤层定点封闭取样的打钻-取样一体化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤层定点封闭取样的打钻‑取样一体化装置，包括前端面设有钻头破煤机构的钻头筒体，钻头筒体后端的端盖将其内腔分为后腔与前腔，钻头筒体的筒壁内开有若干连通后腔的水气通道，钻头筒体的前腔内设有能够前后滑动的取样仓，取样仓后端固定有液压杆，液压杆远离取样仓的一端连通有进液软管，取样仓前端设有能够盖合密封的且截面呈梯形的密封盖，取样仓的腔体中部还设固定支架，固定支架与密封盖之间连接有弹簧，钻头筒体前端开有若干用于煤样进入的梯形孔，前端盖的前端面通过连杆固定有与梯形孔适配的堵头，本装置打完钻孔后无需更换钻头，能够实现打钻后定点取样，样品处于封闭的取样仓内，解决了煤层高效定点取样的问题。

Description

一种煤层定点封闭取样的打钻-取样一体化装置
技术领域
本发明涉及用于煤矿开采领域，具体涉及一种煤层定点封闭取样的打钻-取样一体化装置。
背景技术
煤矿瓦斯基础参数的测定是认识煤矿赋存特性的基础，而准确有效地采取煤样，是准确测定煤层瓦斯基础参数的前提条件。目前，煤层瓦斯含量井下直接测定方法主要采用解吸法，具体过程分为三步[1]:第一步通过石门或岩石巷道打钻孔至煤层采集煤样，或者在本煤层打深钻孔至煤层内部采集煤样；第二步井下自然解吸瓦斯量测定；第三步实验室残存瓦斯含量测定。其中第二步、第三部步理论成熟，如能严格按照标准执行，对瓦斯含量测值产生的影响很小，可忽略不计。
步骤一涉及定点取样方式合理性及瓦斯损失量的计算科学性是瓦斯含量测值误差的主要来源。现场取样方式主要有孔口接样法和煤心取样法，孔口接样法便于操作，现场应用较多，但其最大的问题在于无法实现定点取样，孔口接住的煤粉是来自取样时刻的钻头处，还是钻孔形成过程中之前钻进过程中遗留的部分煤粉，无法分辨，也无法准确统计这些煤粉暴露的时间。
煤芯取样法一般是在取样钻孔施工完毕后，快速退出钻具并将取芯管送至孔底钻进取芯，取样时依靠取芯管与煤层的摩擦钻进完成取样，取样完成后退出钻杄并取出煤样装入特制的煤罐内。该方法能实现定点取煤样，但操作复杂，对于较深的钻孔，从打钻完成，卸钻杆，换取煤芯钻头，装钻杆，用时远超过《GBT 23250煤层瓦斯含量井下直接测定方法》中规定的5分钟，期间瓦斯逸散量难以正确计算，并且在松软煤层中，取得完整煤芯较为困难，该方法实际应用较少。
因此，设计一种无需更换的打钻、取样一体化钻头，直接打钻后定点取样，并进行封闭，是解决高效煤层定点取样问题的关键。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种煤层定点封闭取样的打钻-取样一体化装置，其在打完钻孔后无需更换钻头，实现了打钻后定点取样，并将样品进行封闭，减少煤样中瓦斯的解析损失，解决了煤层高效定点取样的难题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种煤层定点封闭取样的打钻-取样一体化装置，包括前端面设有钻头破煤机构和钻头刀齿的钻头筒体，所述钻头筒体后端螺纹连接有端盖将其内腔分为后腔与前腔，所述钻头筒体的筒壁内开有若干连通后腔且贯穿其前端面的水气通道，所述水气通道位于前端的出口处连接有喷嘴；
所述钻头筒体的前腔内设有能够前后滑动的取样仓，所述取样仓后端固定有液压杆，所述液压杆远离取样仓的一端连通有进液软管，所述进液软管的进液端穿过端盖并伸出钻头筒体之外，所述取样仓内壁上设有若干起到煤样导向作用的螺旋叶片，所述取样仓前端设有能够盖合密封的且截面呈梯形的密封盖；
所述取样仓的腔体中部还设有固定支架，所述固定支架与密封盖之间连接有弹簧，所述钻头筒体前端开有若干用于煤样进入的梯形孔，所述密封盖的前端面设有若干连杆，所述连杆远离密封盖的一端固定有与梯形孔适配的能够对其起到封堵作用的堵头，所述密封盖的前端中部还设有顶杆。
优选地，所述固定支架为“十”字形状或者“一”字形状,其留有供煤样穿过的空间。
优选地，所述弹簧嵌套在一个能够伸缩的保护套筒内部，所述保护套筒的两端分别固定在固定支架和密封盖上。
优选地，所述端盖与钻头筒体内壁的连接方式为螺纹连接，两者接触端密封处理。
优选地，所述钻头刀齿采用可拆卸设计固定在钻头破煤机构上，所述钻头刀齿数目为3个并且呈环形阵列均布。
优选地，所述水气通道设置有3个，3个水气通道前端的喷嘴分别靠近3个钻头刀齿。
优选地，所述钻头筒体前端梯形孔的数目为2个。
优选地，所述液压杆替换为充液胶囊。
本发明的有益效果在于：
本装置将钻头筒体与钻头破煤机构作为一个整体，利用密封盖与取样仓的脱离配合堵头与钻头筒体前端梯形孔的同向脱离，便可实现打钻后定点取样的作用，其结构简单、操作方便，在钻孔完成后无需退钻更换钻头，简化了现场的操作，减少了工人的工作量，同时避免了因更换钻头导致孔内取样位置煤体长时间暴露导致瓦斯释放问题，也避免了孔口接煤取样法无法确定煤样地点来源和暴露时间问题，解决了煤层高效定点取样的难题，使取得的煤样更可靠，分析结果更正确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种煤层定点封闭取样的打钻-取样一体化装置的结构示意图(钻孔状态)；
图2为本发明实施例提供的一种煤层定点封闭取样的打钻-取样一体化装置的结构示意图(取样状态)；
图3为本发明实施例提供的一种煤层定点封闭取样的打钻-取样一体化装置的结构示意图(前视图)。
附图标记说明：
1、钻头筒体；2、水气通道；3、液压杆；4、螺旋叶片；5、取样仓；6、固定支架；7、弹簧；8、密封盖；9、钻头刀齿；10、进液软管；11、端盖；12、堵头；13、梯形孔；14、喷嘴；15、腔体；16、顶杆；17、钻头破煤机构。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图3所示，一种煤层定点封闭取样的打钻-取样一体化装置，包括前端面设有钻头破煤机构17和钻头刀齿9的钻头筒体1，所述钻头筒体1后端螺纹连接有端盖11将其内腔分为后腔与前腔，所述钻头筒体1的筒壁内开有3个连通后腔且贯穿其前端面的水气通道2，所述水气通道2位于前端的出口处连接有喷嘴14；
所述钻头筒体1的前腔内设有能够前后滑动的取样仓5，所述取样仓5后端固定有液压杆3，所述液压杆3远离取样仓5的一端连通有进液软管10，所述进液软管10的进液端穿过端盖11并伸出钻头筒体1之外，所述取样仓5内壁上设有若干起到煤样导向作用的螺旋叶片4，所述取样仓5前端设有能够盖合密封的且截面呈梯形的密封盖8；
所述取样仓5的腔体15中部还设有固定支架6，所述固定支架6与密封盖8之间连接有弹簧7，所述弹簧7嵌套在一个能够伸缩的保护套筒内部，所述保护套筒的两端分别固定在固定支架6和密封盖8上，所述钻头筒体1前端开有2个用于煤样进入的梯形孔13，所述密封盖8的前端面设有2个连杆，所述连杆远离密封盖8的一端固定有与梯形孔13适配的能够对其起到封堵作用的堵头12，所述密封盖8的前端中部还设有顶杆16。
所述固定支架6为“十”字形状，其留有供煤样穿过的空间。
所述端盖11与钻头筒体1内壁的连接方式为螺纹连接，两者接触端密封处理。
所述钻头刀齿9采用可拆卸设计固定在钻头破煤机构17上，所述钻头刀齿9数目为3个并且呈环形阵列均布。
3个水气通道2前端的喷嘴14分别靠近3个钻头刀齿9。
打钻取样时，先用本装置钻孔到预定位置，停止通过水气通道2压风或冲孔排渣，然后将本装置退后约0.1-0.5米，向进液软管10注入液体，液压杆3在压力作用下推动取样仓5前端抵达钻头筒体1前端，此时顶杆16顶住钻头筒体1前端进而压缩弹簧7，导致密封盖8打开，于此同时，堵头12也打开，随后进液软管10停止注液并关闭进液软管10上的阀门，继续钻进；钻进过程中破碎的煤体通过煤样入口梯形孔13进入腔体15内；取完足够的煤样后，打开进液软管10上的阀门，并吸出液体；密封盖8在弹簧7的作用下，封住取样仓5的入口，然后退钻，从本装置内拿出取样仓5，完成取样。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种煤层定点封闭取样的打钻-取样一体化装置，其特征在于，包括前端面设有钻头破煤机构(17)和钻头刀齿(9)的钻头筒体(1)，所述钻头筒体(1)后端螺纹连接有端盖(11)将其内腔分为后腔与前腔，所述钻头筒体(1)的筒壁内开有若干连通后腔且贯穿其前端面的水气通道(2)，所述水气通道(2)位于前端的出口处连接有喷嘴(14)；所述钻头筒体(1)的前腔内设有能够前后滑动的取样仓(5)，所述取样仓(5)后端固定有液压杆(3)，所述液压杆(3)远离取样仓(5)的一端连通有进液软管(10)，所述进液软管(10)的进液端穿过端盖(11)并伸出钻头筒体(1)之外；
所述取样仓(5)内壁上设有若干起到煤样导向作用的螺旋叶片(4)，所述取样仓(5)前端设有能够盖合密封的且截面呈梯形的密封盖(8)，所述取样仓(5)的腔体(15)中部还设有固定支架(6)，所述固定支架(6)与密封盖(8)之间连接有弹簧(7)，所述钻头筒体(1)前端开有若干用于煤样进入的梯形孔(13)，所述密封盖(8)的前端面设有若干连杆，所述连杆远离密封盖(8)的一端固定有与梯形孔(13)适配的能够对其起到封堵作用的堵头(12)，所述密封盖(8)的前端中部还设有顶杆(16)。
2.如权利要求1所述的一种煤层定点封闭取样的打钻-取样一体化装置，其特征在于，所述固定支架(6)为“十”字形状或者“一”字形状,其留有供煤样穿过的空间。
3.如权利要求1所述的一种煤层定点封闭取样的打钻-取样一体化装置，其特征在于，所述弹簧(7)嵌套在一个能够伸缩的保护套筒内部，所述保护套筒的两端分别固定在固定支架(6)和密封盖(8)上。
4.如权利要求1所述的一种煤层定点封闭取样的打钻-取样一体化装置，其特征在于，所述端盖(11)与钻头筒体(1)内壁的连接方式为螺纹连接，两者接触端密封处理。
5.如权利要求1所述的一种煤层定点封闭取样的打钻-取样一体化装置，其特征在于，所述钻头刀齿(9)采用可拆卸设计固定在钻头破煤机构(17)上，所述钻头刀齿(9)数目为3个并且呈环形阵列均布。
6.如权利要求5所述的一种煤层定点封闭取样的打钻-取样一体化装置，其特征在于，如权利要求1所述的一种煤层定点封闭取样的打钻-取样一体化装置，其特征在于，所述水气通道(2)设置有3个，3个水气通道(2)前端的喷嘴(14)分别靠近3个钻头刀齿(9)。
7.如权利要求1所述的一种煤层定点封闭取样的打钻-取样一体化装置，其特征在于，所述钻头筒体(1)前端梯形孔(13)的数目为2个。
8.如权利要求1所述的一种煤层定点封闭取样的打钻-取样一体化装置，其特征在于，所述液压杆(3)能够替换为充液胶囊。
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