CN114542060A - 一种煤矿井下密封取样装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤矿机械技术领域。涉及一种煤矿井下密封取样装置及方法，在取样内筒的进料端沿轴向滑动设置一阀芯，所述阀芯包括沿轴线布置的密封段与进料段，在进料段上设置进料口；进料口的一端与钻头内的进料通道相通，另一端与取样内筒中的取样腔相通；通过驱动取样内筒在密封段与进料段之间滑动，实现取样通道的开闭，利用钻杆中的高压水驱动取样内筒，从而打开取样通道，利用弹性件驱动取样内筒复位，从而关闭取样通道。本发明采用了轴向错位的方式使取样内筒与外界环境之间的取样通道实现闭合与连通，且密封采用密封圈密封，密封性更好，可靠性更高；同时为常闭式结构，送入过程不易进渣，保压性好、结构简单，操作简单，易拆装与维护。
Description
技术领域
本发明属于煤矿机械技术领域，涉及一种煤矿井下密封取样装置及方法。
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，煤矿现有的密封取样装置，如公开号为CN107806341B、CN110646236A的中国专利，均采用球阀或近似球阀结构的闭合取芯装置，该类型的取样装置在钻孔过程中，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，本发明的目的在于解决现有取样装置的密闭性问题，提出一种煤矿井下密封取样装置及方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种煤矿井下密封取样装置，包括与钻杆连接的连接部、与连接部螺纹连接的取样部和设置在取样部末端通过螺纹连接的钻头，所述取样部包括外管、滑动设于所述外管内的取样内筒，所述取样内筒中设有取样腔；所述钻头内设有进料通道，所述钻头的尾部设有阀芯，所述阀芯包括密封段、进料段；所述进料段上设有进料口；所述进料口的一端与进料通道相通，另一端与取样腔相通；
所述取样内筒的一端设有内筒座，另一端设有滑动端盖；所述滑动端盖套设于所述阀芯上，并与阀芯滑动配合；钻杆内的高压水通过内筒座推动取样内筒沿轴向滑动，当滑动盖位于密封段时，取样腔密闭，当滑动盖位于进料段时，取样腔与进料通道相通。
进一步，所述取样内筒的一端还设有驱动其复位的弹性件，初始状态时，所述滑动端盖在所述弹性件的作用下处于密封段。
进一步，所述弹性件为弹簧；所述外管内固定连接有弹簧座，所述弹簧座套设于所述内筒座上；所述内筒座上设有弹簧压板；所述弹簧设于弹簧座与弹簧压板之间。
进一步，所述内筒座上套设有限位环，所述限位环上设有剪切销钉，并通过剪切销钉与内筒座固定连接；所述限位环滑动设于所述连接部内；所述连接部内设有第一限位台阶；所述限位环受钻杆内高压水驱动在连接部内滑动，并与第一限位台阶接触。
进一步，所述外管上设有第二限位台阶，所述内筒座靠近取样内筒的一端与第二限位台阶接触，所述内筒座远离取样内筒的一端设有限位挡块；所述取样内筒滑动至进料段时，所述限位挡块与限位环接触，以限制取样内筒的位移。
进一步，所述弹簧座、弹簧压板上均设有过水孔。
进一步，所述内筒座上还设有解析接口，所述解析接口与取样腔相通。
进一步，所述密封段上设有密封圈，所述滑动端盖与密封段之间通过所述密封圈密封。
一种煤矿井下密封取样方法，在取样内筒的进料端沿轴向滑动设置一阀芯，所述阀芯包括同轴布置的密封段与进料段，在进料段上设置进料口；进料口的一端与钻头内的进料通道相通，另一端与取样内筒中的取样腔相通；通过驱动取样内筒在密封段与进料段之间滑动，实现取样通道的开闭。
进一步，利用钻杆中的高压水驱动取样内筒由密封段滑动至进料段，从而打开取样通道，在取样内筒的一端设置弹性件，利用弹性件驱动取样内筒由进料段滑动至密封段，从而关闭取样通道。
本发明的有益效果在于：
1)现有的取样装置，多采用球阀式关闭，关闭不严，密封效果差，或结构复杂。本发明采用了轴向错位的方式使取样内筒与外界环境之间的取样通道实现闭合与连通，利用轴与轴套配合的密封结构取代球阀密封结构，即滑动端盖沿阀芯滑动到密封段时，取样通道关闭，滑动进料段时，取样通道连通；且密封为采用密封圈密封，密封性更好，结构简单，可靠性高。
2)本发明中的取样装置利用弹簧进行复位，为常闭式结构，送入过程不易进渣，保压性好、结构简单，操作简单，易拆装与维护。
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为本发明中实施例1的密封取样装置的结构示意图；
图2为取样内筒密闭状态示意图；
图3为内钻头示意图
图4为图3的半剖视图；
图5、6为实施例2的密封取样装置的结构示意图。
附图标记：1-变径接头；2-解析接口；3-螺母；4-弹簧压板；5-内筒座；6-弹簧；7-弹簧座；8-取样内筒；9-外管；10-O型密封圈；11-外钻头；12-内钻头；13-限位挡块；14-限位环；15-剪切销钉；121-密封段；122-进料段；123-进料通道；124-进料口。
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。
实施例1
请参阅图1～图4，为本实施例中的煤矿井下密封取样装置，包括与钻杆连接的连接部、与连接部螺纹连接的取样部和设置在取样部末端通过螺纹连接的钻头，取样部包括外管9、滑动安装在外管9内的取样内筒8，取样内筒8中设置有取样腔；其中，连接部采用变径接头1，钻头包括内钻头12、外钻头11；内钻头12通过螺纹固定安装在外钻头11上，外钻头11固定安装在外管9上，内钻头12内设置有进料通道123，内钻头12的尾部设置有阀芯，阀芯与内钻头12为一体成型；阀芯包括密封段121、进料段122；进料段122上设置有进料口124；进料口124的一端与进料通道123相通，另一端与取样腔相通；取样内筒8的一端安装有内筒座5，另一端安装有滑动端盖；滑动端盖套装在阀芯上，并与阀芯滑动配合；钻杆内的高压水通过内筒座5推动取样内筒8沿轴向滑动，当滑动盖位于密封段121时，取样腔密闭，当滑动盖位于进料段122时，取样腔与进料通道123相通。密封段121上设置有密封槽，密封槽内安装有O型密封圈10，滑动端盖与密封段121之间通过O型密封圈10密封。
取样内筒8的一端还设置有驱动其复位的弹性件，初始状态时，滑动端盖在弹性件的作用下处于密封段121，使取样内筒8处于常闭状态。其中，弹性件为弹簧6；外管9内固定设置有弹簧座7，弹簧座7套装在内筒座5上；内筒座5上设置有弹簧压板4；弹簧6安装在弹簧座7与弹簧压板4之间，内筒座5上设置螺母3，通过螺母3锁定弹簧压板4与弹簧座7之间的距离。
弹簧座7、弹簧压板4上均设置有过水孔。高压水通过过水孔施加高压P至取样内筒8上，驱动器滑动；外管9上设置有第二限位台阶，取样内筒8与第二限位台阶接触，以限制取样内筒8的位移。内筒座5上还设置有解析接口2，解析接口2通过螺纹安装在内筒座5的细杆端，解析接口2与取样腔相通。
一种煤矿井下密封取样方法，采用本实施例中的取样装置实现取样。定向取样时，变径接头1与钻杆连接，通过钻机低压(水或风)或无压将取样装置送入孔底，此时取样装置处于闭合状态，当送入孔底时，接入高压水，内筒座5在高压P作用下压缩弹簧6并推动取样内筒8向右移动，使滑动端盖滑动至进料口124段，如图2所示状态，此时取样腔与外界处于连通状态，开启钻机钻取3米左右，进行取样；取样完毕后，卸掉高压水，取样内筒8在弹簧力的作用下恢复至图1所示状态，开启钻机退钻，提出取样装置，接入解析仪器软管，完成煤样解析。
实施例2
本实施例为在实施例1的基础上，增加了高压水压力限制，防止高压水低于设定要求时取样通道误打开；具体的为在内筒座5上增设有限位环14，限位环14上安装有剪切销钉15，并通过剪切销钉15与内筒座5固定连接；限位环14滑动安装在变径接头1内；变径接头1内设置有第一限位台阶；限位环14受钻杆内高压水驱动在变径接头1内滑动，并与第一限位台阶接触。内筒座5远离取样内筒8的一端安装有限位挡块13；取样内筒8滑动至进料段122时，限位挡块13与限位环14接触，以限制取样内筒8的位移。
使用时，通入高压水后，推动的内筒座5滑动，使限位环14与第一限位台阶接触，当高压水压力低于设定要求时，无法剪断剪切销钉15，使得内筒座5无法继续沿轴向滑动，从而避免误取样通道打开。当高压水压力满足设定要求时，将剪切销钉15剪断，内筒座5推动取样内筒8继续滑动至进料段122，使取样通道打开，同时限位挡块13与限位环14抵接，从而限制内筒座5继续滑动。
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 (10)
1.一种煤矿井下密封取样装置，包括与钻杆连接的连接部、与连接部螺纹连接的取样部和设置在取样部末端通过螺纹连接的钻头，所述取样部包括外管、滑动设于所述外管内的取样内筒，所述取样内筒中设有取样腔；其特征在于：所述钻头内设有进料通道，所述钻头的尾部设有阀芯，所述阀芯包括密封段、进料段；所述进料段上设有进料口；所述进料口的一端与进料通道相通，另一端与取样腔相通；
所述取样内筒的一端设有内筒座，另一端设有滑动端盖；所述滑动端盖套设于所述阀芯上，并与阀芯滑动配合；钻杆内的高压水通过内筒座推动取样内筒沿轴向滑动，当滑动盖位于密封段时，取样腔密闭，当滑动盖位于进料段时，取样腔与进料通道相通。
2.根据权利要求1所述的煤矿井下密封取样装置，其特征在于：所述取样内筒的一端还设有驱动其复位的弹性件，初始状态时，所述滑动端盖在所述弹性件的作用下处于密封段。
3.根据权利要求2所述的煤矿井下密封取样装置，其特征在于：所述弹性件为弹簧；所述外管内固定连接有弹簧座，所述弹簧座套设于所述内筒座上；所述内筒座上设有弹簧压板；所述弹簧设于弹簧座与弹簧压板之间。
4.根据权利要求2所述的煤矿井下密封取样装置，其特征在于：所述内筒座上套设有限位环，所述限位环上设有剪切销钉，并通过剪切销钉与内筒座固定连接；所述限位环滑动设于所述连接部内；所述连接部内设有第一限位台阶；所述限位环受钻杆内高压水驱动在连接部内滑动，并与第一限位台阶接触。
5.根据权利要求4所述的煤矿井下密封取样装置，其特征在于：所述外管上设有第二限位台阶，所述内筒座靠近取样内筒的一端与第二限位台阶接触，所述内筒座远离取样内筒的一端设有限位挡块；所述取样内筒滑动至进料段时，所述限位挡块与限位环接触，以限制取样内筒的位移。
6.根据权利要求3所述的煤矿井下密封取样装置，其特征在于：所述弹簧座、弹簧压板上均设有过水孔。
7.根据权利要求1所述的煤矿井下密封取样装置，其特征在于：所述内筒座上还设有解析接口，所述解析接口与取样腔相通。
8.根据权利要求1所述的煤矿井下密封取样装置，其特征在于：所述密封段上设有密封圈，所述滑动端盖与密封段之间通过所述密封圈密封。
9.一种煤矿井下密封取样方法，其特征在于：在取样内筒的进料端沿轴向滑动设置一阀芯，所述阀芯包括同轴布置的密封段与进料段，在进料段上设置进料口；进料口的一端与钻头内的进料通道相通，另一端与取样内筒中的取样腔相通；通过驱动取样内筒在密封段与进料段之间滑动，实现取样通道的开闭。
10.根据权利要求9所述的矿井下密封取样方法，其特征在于：利用钻杆中的高压水驱动取样内筒由密封段滑动至进料段，从而打开取样通道，在取样内筒的一端设置弹性件，利用弹性件驱动取样内筒由进料段滑动至密封段，从而关闭取样通道。
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