CN114961615B - 一种煤矿井下保压取样装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤矿井下保压取样装置及使用方法，包括依次固定连接的油缸套、外管和外钻头，油缸套、外管和外钻头形成的内腔中设置有固定连接的内筒座和取样内筒，油缸套内油缸一端固定剪切环，油缸另一端通过限位螺母固定于内筒座上；内筒座远离取样内筒的一端套设有活塞，外管内壁的台肩上固定安装有销钉座，销钉座内设置有用于固定活塞的销钉；内筒座、取样内筒与外管之间布置有流体环腔，取样内筒内设置有与外钻头连接的内钻头，取样内筒取满样时，接入水并调至高压，高压水推动油缸活塞，销钉被剪断，取样内筒被活塞拉动位移，取样内筒闭合，负压通道同时闭合，取样内腔完全封闭保压，提钻，提出取样装置，接入解析仪器软管，完成煤样解析。

Description

一种煤矿井下保压取样装置及使用方法

技术领域

本发明属于煤矿机械技术领域，涉及一种煤矿井下保压取样装置及使用方法。

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，本发明为了解决现有的取样装置闭合概率低，密封效果差，切削的煤渣或岩屑进入通道，影响装置工作效率的问题，提供一种煤矿井下保压取样装置及使用方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种煤矿井下保压取样装置，包括依次固定连接的油缸套、外管和外钻头，油缸套、外管和外钻头形成的内腔中设置有固定连接的内筒座和取样内筒，油缸套内油缸一端固定剪切环，与剪切环套在内筒座的台肩上，油缸另一端通过限位螺母固定于内筒座上；内筒座远离取样内筒的一端套设有活塞，外管内壁的台肩上固定安装有销钉座，销钉座内设置有用于固定活塞的销钉；内筒座、取样内筒与外管之间布置有流体环腔，内筒座靠近取样内筒的一侧周向均匀布设有与内筒座内腔呈锐角且与流体环腔相通的细孔，取样内筒内设置有与外钻头连接的内钻头，取样内筒的焊接端盖口与内钻头的柱面形成轴与轴套配合的活塞结构。

本基础方案的有益效果在于：油缸内部运动部分与内筒座、取样内筒形成动作整体；动作整体与外管之间布置有流体环腔，内筒座的周向均布数个细孔，细孔与内筒座内腔成一定角度，把流体环腔的高压水引入内筒内筒座内腔中，使内筒座内腔产生负压，形成负压流道，驱使钻头处钻取的煤样吸入取样内筒；取样内筒、内筒座、内钻头及密封圈组成取芯内筒密闭腔体组合，用于收集存储煤样，取样内筒的焊接端盖口与内钻头的柱面形成轴与轴套配合的活塞结构，即取样内筒的焊接端盖端套在内钻头的柱面上，沿着内钻头的柱面进行轴向运动，运动至图1所示位置时，取芯内筒腔体处于连通状态，运动至图3所示位置时，取芯内筒腔体与外界环境处于闭合状态；销钉座、剪切环、销钉组成销钉固定机构，让取样内筒固定于销钉座上，销钉座放置于外管内壁的台肩上，并由油缸套端部进行阻挡，实现销钉座的固定。

进一步，油缸套、外管和外钻头的连接处均为螺纹连接。

进一步，内筒座周侧的细孔与内筒座内腔轴线呈30～60°。

进一步，还包括封环和锁紧螺母，封环套在活塞上，紧锁螺母将封环固定在活塞上。有益效果：通过锁紧螺母将封环固定在封环上，实现油缸套、活塞、封环和锁紧螺母的一体化组成油缸驱动机构。

进一步，取样内筒通过螺纹固定安装在内筒座上。

进一步，靠近限位螺母的内筒座端部为解析接口。

一种煤矿井下保压取样装置的使用方法，包括以下步骤：

S1、通过钻具将取样装置送入孔底，送入过程中将取样装置接入低压水或气，对外钻头进行冲洗及冷却，同时取样内筒、内筒座、剪切环、活塞组成的整体通过销钉固定于销钉座上；

S2、取样装置内水压调至2±0.2MPa或气调至0.7±0.2MPa，并开启钻机使得外钻头旋转给进缓慢钻取3米左右，取样钻头钻取的同时，取样内筒在内筒座通道处负压的作用下，抽吸取样钻头处的煤样进入取样内筒内腔，当取样内筒取满样时，接入高压水，并不断提高水压，随着高压水的不断升高，高压水对油缸活塞的产生的推力不断加大，当水压达到一定值时，销钉被剪断，取样内筒被活塞拉至向远离取样内筒的一侧；同时取样内筒端盖滑至与内钻头完整柱面处，进煤通道闭合；

S3、负压通道同时闭合，取样内腔完全封闭保压，提钻，提出取样装置，通过解析接口接接入解析仪器软管，完成煤样解析。

进一步，步骤S2中取样内筒移动时，取样内筒与外管之间流体环腔的高压水会被引入内筒座内腔中，使内筒座内腔产生负压，形成负压流道，驱使内钻头、外钻头钻取的煤样吸入取样内筒。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所公开的煤矿井下保压取样装置，油缸内部运动部分与内筒座、取样内筒形成动作整体，动作整体与外管之间布置有流体环腔，取样内筒取满样时，接入的水调至高压，高压水推动油缸活塞，当水压达到某一值时，销钉被剪断，取样内筒被活塞拉动位移，取样内筒闭合，内筒闭合密封性好，闭合概率高。

2、本发明所公开的煤矿井下保压取样装置，流体环腔的高压水引入内筒内筒座内腔中，使内筒座内腔产生负压，形成负压流道，驱使钻头处钻取的煤样吸入取样内筒，取样结构稳定、进煤效果好、进煤通道不易卡阻。

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为本发明煤矿井下保压取样装置取出状态的结构示意图；

图2为图1的右视图；

图3为本发明煤矿井下保压取样装置送入状态的结构示意图；

图4为图3沿H-H方向剖视图。

附图标记：油缸套1、解析接口2、内筒座3、限位螺母4、活塞5、封环6、锁紧螺母7、销钉座8、剪切环9、销钉10、密封圈11、外管12、筛网13、取样内筒14、内钻头15、外钻头16。

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。

如图1-图4所示的一种煤矿井下保压取样装置，包括依次螺纹连接的油缸套1、外管12和外钻头16，油缸套1、外管12和外钻头16形成的内腔中设置有螺纹连接的内筒座3和取样内筒14，油缸套1内油缸一端固定剪切环9，与剪切环9套在内筒座3的台肩上，油缸另一端通过限位螺母4固定于内筒座3上；内筒座3远离取样内筒14的一端套设有活塞5，外管12内壁的台肩上固定安装有销钉座8，销钉座8内设置有用于固定活塞5的销钉10，封环6套在活塞5上，紧锁螺母7将封环6固定在活塞5上，实现油缸套1、活塞5、封环6和锁紧螺母7的一体化组成油缸驱动机构。

油缸内部运动部分与内筒座3、取样内筒14形成动作整体，动作整体与外管12之间布置有流体环腔，内筒座3靠近取样内筒14的一侧周向均匀布设有与内筒座3内腔呈锐角且与流体环腔相通的细孔，细孔与内筒座3内腔轴线呈30～60°，把流体环腔的高压水引入内筒座3内腔中，使内筒座3内腔产生负压，形成负压流道，驱使钻头处钻取的煤样吸入取样内筒14。

取样内筒14内设置有与外钻头16连接的内钻头15，取样内筒14、内筒座3、内钻头15及密封圈11组成取芯内筒密闭腔体组合，用于收集存储煤样；取样内筒14的焊接端盖口与内钻头15的柱面形成轴与轴套配合的活塞结构，即取样内筒14的焊接端盖端套在内钻头15的柱面上，沿着内钻头15的柱面进行轴向运动，运动至图1所示位置时，取芯内筒腔体处于连通状态，运动至图3所示位置时，取芯内筒腔体与外界环境处于闭合状态；销钉座8、剪切环9、销钉10组成销钉固定机构，让取样内筒14固定于销钉座8上，销钉座8放置于外管12内壁的台肩上，并由油缸套1端部进行阻挡，实现销钉座8的固定。

靠近限位螺母4的内筒座3端部为解析接口2。

一种煤矿井下保压取样装置的使用方法，包括以下步骤：

S1、通过钻具将取样装置送入孔底，送入过程中将取样装置接入低压水或气，对外钻头16进行冲洗及冷却，同时取样内筒14、内筒座3、剪切环9、活塞5组成的整体通过销钉10固定于销钉座8上；

S2、取样装置内水压调至2Mpa或气调至0.7Mpa，并开启钻机使得外钻头旋转给进缓慢钻取3米左右，取样钻头钻取的同时，取样内筒14在内筒座3通道处负压的作用下，抽吸取样钻头处的煤样进入取样内筒14内腔，当取样内筒14取满样时，接入高压水，并不断提高水压，随着高压水的不断升高，高压水对油缸活塞5的产生的推力不断加大，当水压达到一定值时，销钉10被剪断，取样内筒14被活塞5拉至向远离取样内筒14的一侧；同时取样内筒14端盖滑至与内钻头15完整柱面处，进煤通道闭合；

S3、负压通道同时闭合，取样内腔完全封闭保压，提钻，提出取样装置，通过解析接口2接接入解析仪器软管，完成煤样解析。

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)

1.一种煤矿井下保压取样装置，其特征在于，包括依次固定连接的油缸套、外管和外钻头，油缸套、外管和外钻头形成的内腔中设置有固定连接的内筒座和取样内筒，所述油缸套内油缸一端固定剪切环，与剪切环套在内筒座的台肩上，所述油缸另一端通过限位螺母固定于内筒座上；所述内筒座远离取样内筒的一端套设有活塞，所述外管内壁的台肩上固定安装有销钉座，所述销钉座内设置有用于固定活塞的销钉；所述内筒座、取样内筒与外管之间布置有流体环腔，所述内筒座靠近取样内筒的一侧周向均匀布设有与内筒座内腔呈锐角且与流体环腔相通的细孔，所述取样内筒内设置有与外钻头连接的内钻头，所述取样内筒的焊接端盖口与内钻头的柱面形成轴与轴套配合的活塞结构。

2.如权利要求1所述的煤矿井下保压取样装置，其特征在于，所述油缸套、外管和外钻头的连接处均为螺纹连接。

3.如权利要求1所述的煤矿井下保压取样装置，其特征在于，所述内筒座周侧的细孔与内筒座内腔轴线呈30~60°。

4.如权利要求1所述的煤矿井下保压取样装置，其特征在于，还包括封环和锁紧螺母，封环套在活塞上，紧锁螺母将封环固定在活塞上。

5.如权利要求1所述的煤矿井下保压取样装置，其特征在于，所述取样内筒通过螺纹固定安装在内筒座上。

6.如权利要求1所述的煤矿井下保压取样装置，其特征在于，靠近限位螺母的内筒座端部为解析接口。

7.采用权利要求1~6任意一项所述一种煤矿井下保压取样装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过钻具将取样装置送入孔底，送入过程中将取样装置接入低压水或气，对外钻头进行冲洗及冷却，同时取样内筒、内筒座、剪切环、活塞组成的整体通过销钉固定于销钉座上；

S2、取样装置内水压调至2±0.2MPa或气调至0.7±0.2MPa，并开启钻机使得外钻头旋转给进缓慢钻取3米左右，取样钻头钻取的同时，取样内筒在内筒座通道处负压的作用下，抽吸取样钻头处的煤样进入取样内筒内腔，当取样内筒取满样时，接入高压水，并不断提高水压，随着高压水的不断升高，高压水对油缸活塞的产生的推力不断加大，当水压达到一定值时，销钉被剪断，取样内筒被活塞拉至向远离取样内筒的一侧；同时取样内筒端盖滑至与内钻头完整柱面处，进煤通道闭合；

S3、负压通道同时闭合，取样内腔完全封闭保压，提钻，提出取样装置，通过解析接口接接入解析仪器软管，完成煤样解析。

8.如权利要求7所述的煤矿井下保压取样装置的使用方法，其特征在于，所述步骤S2中取样内筒移动时，取样内筒与外管之间流体环腔的高压水会被引入内筒座内腔中，使内筒座内腔产生负压，形成负压流道，驱使内钻头、外钻头钻取的煤样吸入取样内筒。