CN113464080B - 一种煤层钻孔随钻取芯的方法及装置 - Google Patents

一种煤层钻孔随钻取芯的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种煤层钻孔随钻取芯的方法及装置，属于煤矿安全技术领域。利用高低压水转换原理，以内嵌式取芯套管为基础，实现钻进过程中的钻孔煤样采集，采用取芯钻头装置、高压密封钻杆、小型高压水泵等装置，在井下需要取芯的指定位置打孔时，将高压密封钻杆与取芯钻头装置利用螺纹连接，并利用钻机将高压密封钻杆与取芯钻头装置钻进到需要取芯的位置，通过小型高压水泵进行加压，使得取芯钻头内的取芯筒可以探出钻头伸入煤体获取煤芯，随后减小水压则可使取芯筒复位，最后退钻即获得煤样。解决了现行取芯工艺需要两个进退工作循环，耗费时间、工作量大、瓦斯井下损失量大等诸多问题。

Description

一种煤层钻孔随钻取芯的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种随钻取芯的方法及装置，尤其是一种适用于煤层钻孔随钻取芯的方法及装置，煤矿安全技术领域，具体涉及一种快速用于煤矿现场随钻取芯方法及装置。
背景技术
在煤矿领域，瓦斯含量测定有两种方法，第一种为间接测定法，第二种为直接测定法。由于直接测定法操作简单明了，准确率高，该方法应用非常普遍。但直接测定法的第一步为随钻取芯。常规的取芯方法首先要使用普通钻头钻至目标位置，然后进行退钻更换取芯钻头，再钻进到预定位置后取芯，整个工艺流程需要：进钻→退钻→换取芯钻头→进钻→取芯→退钻等多个环节，需要两个进退工作循环，具有耗费时间、工作量大、瓦斯井下损失量大等诸多缺点。为此，如何能够省时、省力的进行随钻取芯并且更加准确的进行瓦斯含量测量，设计一种快速进行煤层钻孔随钻取芯方法及装置是煤矿安全领域亟待解决的问题。
发明内容
技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种操作运输简便、省时省力、井下瓦斯损失小的煤层钻孔随钻取芯方法及装置，为矿井瓦斯治理及突出危险性预测提供一定的指导意义。
技术方案：本发明的一种煤层钻孔随钻取芯的方法，包括如下步骤：
a.下井前确定好需要打孔取芯的位置，携带好打孔所需的取芯钻头装置、高压密封钻杆、小型高压水泵及水箱到达井下确定好的指定位置；
b.将高压密封钻杆与小型高压水泵相连、小型高压水泵与水箱相连，并将取芯钻头装置与高压密封钻杆之间螺纹连接，小型高压水泵低压3MP供水，利用井下钻机连接高压密封钻杆钻进将取芯钻头装置送入指定取芯位置；
c.将取芯钻头装置送入指定取芯位置后，将小型高压水泵调成高压3.5MP供水，使高压水进入取芯钻头装置，推动取芯钻头装置内的高低压水转换器后端盘向前移动，打开高低压水通道，高压水进入液压缸内，推动液压缸体向前移动，进而推动取芯筒前移伸出前置钻头进入煤体当中，让钻机继续钻进1m使取芯筒随钻获取煤样；
d.随钻取芯完成后，将小型高压水泵调成低压3MP供水，高低压水转换器后端盘在没有高压水冲击后，在转换器导向弹簧的作用下复位，关闭高低压水通道，此时，液压缸体与取芯筒在液压缸弹簧的作用下复位；
e.退钻，取出取芯钻头装置，获得所取煤样。
实现上述方法的煤层钻孔随钻取芯的装置，包括取芯钻头装置、与取芯钻头装置配套使用的高压密封钻杆和小型高压水泵；所述的取芯钻头装置包括前置钻头、取芯筒、液压缸和高低压水转换器、高低压水通道、取芯钻头本体，所述前置钻头设在取芯钻头本体的前端部，所述取芯筒、液压缸和高低压水转化器依次设在前置钻头后方的取芯钻头本体内，取芯筒与液压缸连为一体，位于高低压水转化器的取芯钻头本体内壁上设有连通液压缸的高低压水通道。
所述的液压缸包括能在取芯钻头本体内滑动密封的液压缸体、设在液压缸体内的液压缸导向弹簧柱和设在液压缸导向弹簧柱上的液压缸弹簧。
所述的高低压水转换器包括能在取芯钻头本体内滑动密封的高低压水转换器前端盘和高低压水转换器后端盘，高低压水转换器前端盘和高低压水转换器后端盘相对一端上分别设有在同一轴线上的左右两个转换器导向弹簧柱，左右两个转换器导向弹簧柱上设有两端分别顶靠在高低压水转换器前端盘和高低压水转换器后端盘上转换器导向弹簧，高低压水转换器前端盘与液压缸相对一端与液压缸导向弹簧柱连为一体。
所述高低压转换器和液压缸与取芯钻头本体内壁接触之间均设有密封圈。
有益效果：由于采用上了上述技术方案，本发明利用高低压水转换原理，以内嵌式取芯套管为基础，实现钻进过程中的钻孔煤样采集，瓦斯含量取芯取样过程可节省1/3时间，同时降低工人劳动强度，减少瓦斯井下损失量，提高计算出的瓦斯含量的精准度。极大地简化了煤层钻孔取芯的繁琐步骤，将取芯筒设在前置钻头后方，利用小型高压水泵的高压水与低压水的转换，通过液压缸内高压推进液压缸体，使得取芯筒可以探出前置钻头进行取芯，并最后通过降低水压使得取芯钻头装置恢复原样，实现在钻头内的取芯筒完成取芯过程。前置钻头采用麻花钻打到指定位置后，通过调节水压为高压水，使取芯钻头内的取芯筒探出前置钻头，进入煤层取芯，取芯完成后，调节水压为低压水，取芯筒可自动退回原位，即可获取煤样，整个过程只有一次打钻，一次退钻。解决了现行取芯方法需两次打钻，两次退钻才可获取煤样的问题，改变了现行的煤层钻孔取芯的方法，操作简单，省时省力，能够快速的进行煤层钻孔随钻取芯，减小了煤样在井下的瓦斯损失量，大大的提高了直接测定瓦斯含量法计算出的含量的精度，在本技术领域内具有广泛的实用性。
附图说明
图1为本发明的煤层钻孔随钻取芯的方法流程图；
图2为取芯钻头装置的结构示意图；
图2中：1—前置钻头；2—取芯筒；3—液压缸；4—高低压水转换器；5—高低压水通道；6—取芯钻头本体；31—液压缸体；32—液压缸导向弹簧柱；33—液压缸弹簧；41—高低压水转换器前端盘；42—转换器导向弹簧柱；43—转换器导向弹簧；44—高低压水转换器后端盘；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
本发明的一种煤层钻孔随钻取芯的方法，包括如下步骤：
a.下井前确定好需要打孔取芯的位置，携带好打孔所需的取芯钻头装置、高压密封钻杆、小型高压水泵及水箱到达井下确定好的指定位置；
b.将高压密封钻杆与小型高压水泵相连、小型高压水泵与水箱相连，并将取芯钻头装置与高压密封钻杆之间螺纹连接，小型高压水泵低压3MP供水，利用井下钻机连接高压密封钻杆钻进将取芯钻头装置送入指定取芯位置；
c.将取芯钻头装置送入指定取芯位置后，将小型高压水泵调成高压3.5MP供水，使高压水进入取芯钻头装置，推动取芯钻头装置内的高低压水转换器后端盘44向前移动，打开高低压水通道5，高压水进入液压缸3内，推动液压缸体31向前移动，进而推动取芯筒2前移伸出前置钻头1进入煤体当中，让钻机继续钻进1m使取芯筒2随钻获取煤样；
d.随钻取芯完成后，将小型高压水泵调成低压3MP供水，高低压水转换器后端盘44在没有高压水冲击后，在转换器导向弹簧43的作用下复位，关闭高低压水通道5，此时，液压缸体31与取芯筒2在液压缸弹簧33的作用下复位；
e.退钻，取出取芯钻头装置，获得所取煤样。
实现上述方法的煤层钻孔随钻取芯的装置，包括取芯钻头装置、与取芯钻头装置配套使用的高压密封钻杆和小型高压水泵；所述的取芯钻头装置包括前置钻头1、取芯筒2、液压缸3和高低压水转换器4、高低压水通道5、取芯钻头本体6，所述前置钻头1设在取芯钻头本体6的前端部，所述取芯筒2、液压缸3和高低压水转化器4依次设在前置钻头1后方的取芯钻头本体内，取芯筒2与液压缸3连为一体，位于高低压水转化器4的取芯钻头本体内壁上设有连通液压缸3的高低压水通道5。所述的液压缸3包括能在取芯钻头本体6内滑动密封的液压缸体31、设在液压缸体31内的液压缸导向弹簧柱32和设在液压缸导向弹簧柱32上的液压缸弹簧33。所述的高低压水转换器4包括能在取芯钻头本体6内滑动密封的高低压水转换器前端盘41和高低压水转换器后端盘44，高低压水转换器前端盘41和高低压水转换器后端盘44相对一端上分别设有在同一轴线上的左右两个转换器导向弹簧柱42，左右两个转换器导向弹簧柱42上设有两端分别顶靠在高低压水转换器前端盘41和高低压水转换器后端盘44上转换器导向弹簧43，高低压水转换器前端盘41与液压缸3相对一端与液压缸导向弹簧柱32连为一体。所述高低压转换器4和液压缸3与取芯钻头本体6内壁接触之间均设有密封圈。

Claims (4)

1.一种煤层钻孔随钻取芯的方法，其特征在于包括如下步骤：
a. 下井前确定好需要打孔取芯的位置，携带好打孔所需的取芯钻头装置、高压密封钻杆、小型高压水泵及水箱到达井下确定好的指定位置；
b. 将高压密封钻杆与小型高压水泵相连、小型高压水泵与水箱相连，并将取芯钻头装置与高压密封钻杆之间螺纹连接，小型高压水泵低压3MP供水，利用井下钻机连接高压密封钻杆钻进将取芯钻头装置送入指定取芯位置；所述的取芯钻头装置包括前置钻头（1）、取芯筒（2）、液压缸（3）和高低压水转换器（4）、高低压水通道（5）、取芯钻头本体（6），所述前置钻头（1）设在取芯钻头本体（6）的前端部，所述取芯筒（2）、液压缸（3）和高低压水转换器（4）依次设在前置钻头（1）后方的取芯钻头本体内，取芯筒（2）与液压缸（3）连为一体，位于高低压水转换器（4）的取芯钻头本体内壁上设有连通液压缸（3）的高低压水通道（5）；
c. 将取芯钻头装置送入指定取芯位置后，将小型高压水泵调成高压3.5MP供水，使高压水进入取芯钻头装置，推动取芯钻头装置内的高低压水转换器后端盘（44）向前移动，打开高低压水通道（5），高压水进入液压缸（3）内，推动液压缸体（31）向前移动，进而推动取芯筒（2）前移伸出前置钻头（1）进入煤体当中，让钻机继续钻进1m使取芯筒（2）随钻获取煤样；
d. 随钻取芯完成后，将小型高压水泵调成低压3MP供水，高低压水转换器后端盘（44）在没有高压水冲击后，在转换器导向弹簧（43）的作用下复位，关闭高低压水通道（5），此时，液压缸体（31）与取芯筒（2）在液压缸弹簧（33）的作用下复位；
e.退钻，取出取芯钻头装置，获得所取煤样。
2.根据权利要求1所述的煤层钻孔随钻取芯的方法，其特征在于：所述的液压缸（3）包括能在取芯钻头本体（6）内滑动密封的液压缸体（31）、设在液压缸体（31）内的液压缸导向弹簧柱（32）和设在液压缸导向弹簧柱（32）上的液压缸弹簧（33）。
3.根据权利要求1所述的煤层钻孔随钻取芯的方法，其特征在于：所述的高低压水转换器（4）包括能在取芯钻头本体（6）内滑动密封的高低压水转换器前端盘（41）和高低压水转换器后端盘（44），高低压水转换器前端盘（41）和高低压水转换器后端盘（44）相对一端上分别设有在同一轴线上的左右两个转换器导向弹簧柱（42），左右两个转换器导向弹簧柱（42）上设有两端分别顶靠在高低压水转换器前端盘（41）和高低压水转换器后端盘（44）上转换器导向弹簧（43），高低压水转换器前端盘（41）与液压缸（3）相对一端与液压缸导向弹簧柱（32）连为一体。
4.根据权利要求1所述的煤层钻孔随钻取芯的方法，其特征在于：所述高低压水转换器（4）和液压缸（3）与取芯钻头本体（6）内壁接触之间均设有密封圈。
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