CN119756945B - 一种基于煤矿开采的地质勘探取样装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于煤矿开采的地质勘探取样装置及方法，属于地质勘探技术领域；所述装置设置有依次相套的第一套筒、第二套筒和第三套筒，套筒最内侧是带有钻头的第一转轴，各个套筒均设置有收集槽，通过锥形齿轮啮合的形式使三个套筒独立工作；在勘探钻取的过程中，三个套筒由内向外通过螺杆驱动分别独立对浅、中、深部的地质样本分别收集；且通过挡板和扭矩弹簧的配合辅助，防止不同深度的样本发生混样；本发明能更全面准确地反映煤矿地质的分层结构与特性，为后续的煤矿开采作业提供详细且可靠的地质数据依据；解决了勘探取样过程中各层样本相互干扰混淆的问题。

Description

一种基于煤矿开采的地质勘探取样装置及方法

技术领域

本发明属于地质勘探技术领域，具体为一种基于煤矿开采的地质勘探取样装置及方法。

背景技术

在煤矿开采过程中，地质勘探取样是极为关键的前期工作。通过地质勘探取样可以精确了解煤矿地质的分层结构、特性等信息，对于制定科学合理的开采方案、保障开采效率及安全性具有决定性意义；传统的煤矿地质勘探取样方式要么仅能获取单一深度的地质样本，难以全面反映煤矿地质的复杂分层情况，要么可以多层取样，但取样时，各层样本易相互干扰、混淆，无法确保所取样本准确对应特定深度的地质特征，导致后续对地质结构的分析出现偏差。

因此，有必要提供一种新的基于煤矿开采的地质勘探取样装置解决上述技术问题。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种基于煤矿开采的地质勘探取样装置及方法；本发明是通过如下技术方案实现的：

一种基于煤矿开采的地质勘探取样装置，包括固定箱，在固定箱内部固定连接有第一电机，第一电机驱动处固定连接有第一转轴，第一转轴底端固定连接有钻头；固定箱底部转动连接有第三螺纹杆、第二螺纹杆和第一螺纹杆，且第三螺纹杆、第二螺纹杆和第一螺纹杆是从第一转轴一侧向固定箱外边缘的方向依次排开；第三螺纹杆上螺纹连接有第一套筒，第二螺纹杆上螺纹连接有第二套筒，第一螺纹杆上螺纹连接有第三套筒；且第一转轴、第一套筒、第二套筒和第三套筒由内向外层层套置；

第一套筒、第二套筒和第三套筒内部均设置有收集槽；所述收集槽通过气管连接有气泵；第一转轴底部的钻头分别穿过第一套筒、第二套筒和第三套筒位于最下端；钻头直径大于第三套筒的外径；

固定箱底部一侧固定连接有第二气缸，第二气缸驱动处固定连接有第二电机，第二电机驱动处固定连接有第二转轴，第二转轴另一端固定连接有第一锥形齿轮；第一螺纹杆、第二螺纹杆和第三螺纹杆顶部均固定连接有第二锥形齿轮，当第一锥形齿轮移动至相应位置时，与对应的第二锥形齿轮啮合连接；

第一套筒、第二套筒和第三套筒底部均设置有两个相拼合的挡板；所述挡板为半圆环形，两个挡板相拼合之后形成中间有通孔的环形结构；第一转轴穿过通孔便于上下移动；挡板的外边缘连接有扭矩弹簧；扭矩弹簧的另一端与对应的套筒内壁连接。

进一步的，固定箱底部固定连接有三个第二限位杆，三个第二限位杆分别与第一套筒、第二套筒和第三套筒滑动连接。

进一步的，第二气缸驱动处固定连接有保护盒，保护盒内部固定连接有第二电机。

进一步的，第一套筒、第二套筒和第三套筒顶部两侧均固定连接有气泵，气泵的气管与相对应的收集槽相连通。

进一步的，还包括履带车的车身，车身顶部一侧转动连接有旋转板，旋转板顶部一侧固定连接有支撑板，支撑板下方固定连接有第一气缸，所述的固定箱固定连接在第一气缸的驱动处。

更进一步的，旋转板一侧固定连接有第一限位杆，第一限位杆与固定箱滑动连接。

一种基于煤矿开采的地质勘探取样方法，采用所述的一种基于煤矿开采的地质勘探取样装置，并包括以下步骤：

步骤一、启动第一电机，第一电机带动第一转轴旋转，第一转轴底端的钻头随之转动，钻头开始钻入煤矿地质层；当钻头钻入到一定深度时，关闭第一电机；

步骤二、启动第二气缸，第二气缸推动第二电机移动，第二电机带动第二转轴转动，进而使第二转轴上的第一锥形齿轮与第一螺纹杆顶部的第二锥形齿轮啮合；第二电机的转动带动第一螺纹杆转动，使第三套筒沿着第一螺纹杆向下移动，进入浅层位置的地质层；然后启动气泵，在气压差的作用下将浅层位置的地质样本吸入第三套筒内侧的收集槽内；

步骤三、当取样完成后，第二电机反转，使第三套筒上升回到初始位置，再关闭气泵，将第三套筒的收集槽内部的地质样本进行收集；

步骤四、继续推动第二电机移动，使第二转轴上的第一锥形齿轮与第二螺纹杆顶部的第二锥形齿轮啮合；第二电机的转动带动第二螺纹杆转动，第二套筒沿着第二螺纹杆向下移动，顶开第三套筒底部的挡板，进入中层位置的地质层；启动气泵，将中层位置的地质样本吸入第二套筒内侧的收集槽内；

步骤五、当取样完成后，第二电机反转，使第二套筒上升回到初始位置，此时，第三套筒底部的挡板在与其连接的扭矩弹簧的作用下复位；然后关闭气泵，将第二套筒的收集槽内部的地质样本进行收集；

步骤六、继续推动第二电机移动，使第二转轴上的第一锥形齿轮与第三螺纹杆顶部的第二锥形齿轮啮合；第二电机的转动带动第三螺纹杆转动，使得第一套筒沿着第三螺纹杆向下移动，并顶开第二套筒和第三套筒底部的挡板，进入深层位置的地质层；然后启动气泵，将深层位置的地质样本吸入第一套筒内侧的收集槽内；

步骤七、当取样完成后，第二电机反转，使第一套筒上升回到初始位置，此时，第三套筒和第二套筒底部的挡板在与其连接的扭矩弹簧的作用下复位；然后关闭气泵，将第一套筒的收集槽内部的地质样本进行收集。

进一步的，当需要进行地质勘探取样时，首先将一种基于煤矿开采的地质勘探取样装置整体移动到需要取样的位置，最终确定好钻探点；驱动固定箱下降到合适的高度位置，然后再启动第一电机。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

本发明提供的一种基于煤矿开采的地质勘探取样装置及方法，通过设置多个套筒及其驱动结构，按顺序依次深入不同深度，互不干扰，能精准获取不同深度的地质样本，全面且精准反映煤矿地质的分层结构与特性，为后续的煤矿开采作业提供详细且可靠的地质数据依据，有助于制定科学合理的开采方案，提高开采效率。

附图说明

图1为本发明提供的基于煤矿开采的地质勘探取样装置的整体结构示意图；

图2为图1所示的第一转轴与钻头的连接结构示意图；

图3为图1所示的第一套筒、第二套筒和第三套筒的结构示意图；

图4为第一螺纹杆、第二螺纹杆、第三螺纹杆之间的位置示意图；

图5为第三套筒底部结构示意图；

图6为第三套筒顶部结构示意图；

图7为挡板的结构示意图。

图中标号：

1、车身；2、旋转板；3、固定箱；4、第一限位杆；5、支撑板；6、第一气缸；7、第一转轴；8、第一套筒；9、第二套筒；10、第三套筒；11、钻头；12、第一电机；13、第二气缸；14、气泵；15、第一螺纹杆；16、第二螺纹杆；17、第三螺纹杆；18、保护盒；19、第二电机；20、第二转轴；21、第一锥形齿轮；22、第二锥形齿轮；23、第二限位杆；24、收集槽；25、挡板；26、扭矩弹簧。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

参见图1至图7，本实施例提出一种基于煤矿开采的地质勘探取样装置，包括履带车的车身1，车身1顶部一侧转动连接有旋转板2，旋转板2顶部一侧固定连接有支撑板5，支撑板5下方固定连接有第一气缸6，第一气缸6驱动处固定连接有固定箱3；在第一气缸6的驱动作用下，固定箱3可以进行升降。为了使固定箱3在升降过程中保持稳定，旋转板2一侧固定连接有第一限位杆4，第一限位杆4与固定箱3滑动连接，对固定箱3的运动起到导向和限位作用。

在固定箱3内部固定连接有第一电机12，第一电机12驱动处固定连接有第一转轴7，第一转轴7底端固定连接有钻头11；固定箱3底部转动连接有第三螺纹杆17、第二螺纹杆16和第一螺纹杆15，且第三螺纹杆17、第二螺纹杆16和第一螺纹杆15是从第一转轴7一侧向固定箱3外边缘的方向依次排开；第三螺纹杆17上螺纹连接有第一套筒8，第二螺纹杆16上螺纹连接有第二套筒9，第一螺纹杆15上螺纹连接有第三套筒10；且第一转轴7、第一套筒8、第二套筒9和第三套筒10由内向外层层套置：即第三套筒10内径比第二套筒9外径大，第二套筒9内径比第一套筒8外径大，使得套筒在收纳或伸展时能够相互嵌套，节省空间，并且在取样过程中可以按照顺序依次深入不同深度，互不干扰，有利于对不同深度地质样本的分层采集和区分。

第一套筒8、第二套筒9和第三套筒10内部均设置有收集槽24；第一转轴7底部的钻头11分别穿过第一套筒8、第二套筒9和第三套筒10并位于最下端；第一电机12带动第一转轴7旋转，进而使钻头11转动钻入地质层，并且钻头11直径比第三套筒10外径大，保证了钻头11先于三个套筒进入地质层进行初步钻进作业。

第一套筒8、第二套筒9和第三套筒10顶部两侧均固定连接有气泵14，气泵14的气管与相对应的收集槽24相连通，是实现地质样本吸入收集槽24的关键，气泵14利用气压差将样本采集到收集槽24内，保障了取样功能的有效实现。

固定箱3底部一侧固定连接有第二气缸13，第二气缸13驱动处固定连接有保护盒18，保护盒18内部固定连接有第二电机19，第二电机19驱动处固定连接有第二转轴20，第二转轴20另一端固定连接有第一锥形齿轮21；第一螺纹杆15、第二螺纹杆16和第三螺纹杆17顶部均固定连接有第二锥形齿轮22，第二锥形齿轮22可以与第一锥形齿轮21啮合连接；第二气缸13可推动保护盒18移动，使内部的第二电机19及其连接的第一锥形齿轮21到达合适位置与相应螺纹杆顶部的第二锥形齿轮22啮合，使得第二电机19的动力能够传递给各个螺纹杆，从而带动与之螺纹连接的套筒升降。

固定箱3底部固定连接有三个第二限位杆23，三个第二限位杆23分别与第一套筒8、第二套筒9和第三套筒10滑动连接，起到了限制套筒转动、引导套筒直线升降的作用。

第一套筒8、第二套筒9和第三套筒10底部均设置有两个相拼合的挡板25；所述挡板25为半圆环形，两个挡板25相拼合之后形成中间有通孔的环形结构；第一转轴7穿过通孔便于上下移动；挡板25的外边缘连接有扭矩弹簧26；扭矩弹簧26的另一端与对应的套筒内壁连接。在取样时，利用扭矩弹簧26的弹力使挡板25阻挡地质样本进入相应的套筒内部，防止地质样本影响后续套筒使用。当内侧的套筒伸出时，在推动力的作用下，挡板25被撞开使内侧的套筒伸出，当内侧的套筒退回时，挡板25在扭矩弹簧26的作用下复位。

通过三个套筒可分别对不同深度的地质样本进行收集，能更全面准确地反映煤矿地质的分层结构与特性，为后续的煤矿开采作业提供详细且可靠的地质数据依据，有助于制定科学合理的开采方案，提高开采效率。

本实施例提供的一种基于煤矿开采的地质勘探取样方法，采用所述的基于煤矿开采的地质勘探取样装置，具体为以下步骤：

步骤一、当需要进行地质勘探取样时，首先通过履带车的车身1将整个装置移动到需要取样的位置，转动旋转板2来微调旋转板2的角度，最终确定好钻探点；

步骤二、启动第一气缸6，驱动固定箱3下降到合适的高度位置，然后启动第一电机12，第一电机12带动第一转轴7旋转，第一转轴7底端的钻头11随之转动，钻头11开始钻入煤矿地质层；钻头11的作用是使地质层松弛，便于后续的取样工作。当钻头11钻入到一定深度时，关闭第一电机12。

步骤三、启动第二气缸13，第二气缸13推动保护盒18移动，保护盒18内的第二电机19带动第二转轴20转动，进而使第二转轴20上的第一锥形齿轮21与第一螺纹杆15顶部的第二锥形齿轮22啮合。当第一锥形齿轮21与第一螺纹杆15顶部的第二锥形齿轮22啮合后，第二电机19的转动带动第一螺纹杆15转动，由于第一螺纹杆15与第三套筒10螺纹连接，且第三套筒10受到第二限位杆23的滑动限位作用，使得第三套筒10能够沿着第一螺纹杆15向下移动，进入浅层位置的地质层；然后启动第三套筒10顶部两侧的气泵14，第三套筒10顶部两侧的气泵14通过气管与第三套筒10上开设的收集槽24相通，在气压差的作用下将浅层位置的地质样本吸入第三套筒10内侧的收集槽24内，并且在第三套筒10底部的扭矩弹簧26的作用下，使得第三套筒10底部的挡板25阻挡地质样本进入到第三套筒10内部。

步骤四、当取样完成后，第二电机19反转，使第三套筒10上升回到初始位置，再关闭第三套筒10上的气泵14，将第三套筒10的收集槽24内部的地质样本进行收集。

步骤五、启动第二气缸13，第二气缸13推动保护盒18移动，保护盒18内的第二电机19带动第二转轴20转动，进而使第二转轴20上的第一锥形齿轮21与第二螺纹杆16顶部的第二锥形齿轮22啮合。当第一锥形齿轮21与第二螺纹杆16顶部的第二锥形齿轮22啮合后，第二电机19的转动带动第二螺纹杆16转动，由于第二螺纹杆16与第二套筒9螺纹连接，使得第二套筒9能够沿着第二螺纹杆16向下移动，顶开第三套筒10底部的挡板25，进入中层位置的地质层；然后启动第二套筒9顶部两侧的气泵14，第二套筒9顶部两侧的气泵14通过气管与第二套筒9上开设的收集槽24相通，在气压差的作用下将中层位置的地质样本吸入第二套筒9内侧的收集槽24内，并且在第二套筒9底部的扭矩弹簧26的作用下，使得第二套筒9底部的挡板25阻挡地质样本进入到第二套筒9内部。

步骤六、当取样完成后，第二电机19反转，使第二套筒9上升回到初始位置，此时，第三套筒10底部的挡板25在与其连接的扭矩弹簧26的作用下复位；然后关闭第二套筒9上的气泵14，将第二套筒9的收集槽24内部的地质样本进行收集。

步骤七、启动第二气缸13，第二气缸13推动保护盒18移动，保护盒18内的第二电机19带动第二转轴20转动，进而使第二转轴20上的第一锥形齿轮21与第三螺纹杆17顶部的第二锥形齿轮22啮合。当第一锥形齿轮21与第三螺纹杆17顶部的第二锥形齿轮22啮合后，第二电机19的转动带动第三螺纹杆17转动，由于第三螺纹杆17与第一套筒8螺纹连接，使得第一套筒8能够沿着第三螺纹杆17向下移动，并顶开第二套筒9和第三套筒10底部的挡板25，进入深层位置的地质层；然后启动第一套筒8顶部两侧的气泵14，第一套筒8顶部两侧的气泵14通过气管与第一套筒8上开设的收集槽24相通，在气压差的作用下将深层位置的地质样本吸入第一套筒8内侧的收集槽24内，并且在第一套筒8底部的扭矩弹簧26的作用下，使得第一套筒8底部的挡板25阻挡地质样本进入到第一套筒8内部。

步骤八、当取样完成后，第二电机19反转，使第一套筒8上升回到初始位置，此时，第三套筒10和第二套筒9底部的挡板25在与其连接的扭矩弹簧26的作用下复位；然后关闭第一套筒8上的气泵14，将第一套筒8的收集槽24内部的地质样本进行收集。

这样通过三个套筒可分别对浅、中、深的不同深度的地质样本进行收集，并且采集的地质样本互不干扰，能更全面准确地反映煤矿地质的分层结构与特性，为后续的煤矿开采作业提供详细且可靠的地质数据依据，有助于制定科学合理的开采方案，提高开采效率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (8)

1.一种基于煤矿开采的地质勘探取样装置，包括固定箱（3），在固定箱（3）内部固定连接有第一电机（12），第一电机（12）驱动处固定连接有第一转轴（7），第一转轴（7）底端固定连接有钻头（11）；其特征在于，固定箱（3）底部转动连接有第三螺纹杆（17）、第二螺纹杆（16）和第一螺纹杆（15），且第三螺纹杆（17）、第二螺纹杆（16）和第一螺纹杆（15）是从第一转轴（7）一侧向固定箱（3）外边缘的方向依次排开；第三螺纹杆（17）上螺纹连接有第一套筒（8），第二螺纹杆（16）上螺纹连接有第二套筒（9），第一螺纹杆（15）上螺纹连接有第三套筒（10）；且第一转轴（7）、第一套筒（8）、第二套筒（9）和第三套筒（10）由内向外层层套置；

第一套筒（8）、第二套筒（9）和第三套筒（10）内部均设置有收集槽（24）；所述收集槽（24）通过气管连接有气泵（14）；第一转轴（7）底部的钻头（11）分别穿过第一套筒（8）、第二套筒（9）和第三套筒（10）位于最下端；钻头（11）直径大于第三套筒（10）的外径；

固定箱（3）底部一侧固定连接有第二气缸（13），第二气缸（13）驱动处固定连接有第二电机（19），第二电机（19）驱动处固定连接有第二转轴（20），第二转轴（20）另一端固定连接有第一锥形齿轮（21）；第一螺纹杆（15）、第二螺纹杆（16）和第三螺纹杆（17）顶部均固定连接有第二锥形齿轮（22），当第一锥形齿轮（21）移动至相应位置时，与对应的第二锥形齿轮（22）啮合连接；

第一套筒（8）、第二套筒（9）和第三套筒（10）底部均设置有两个相拼合的挡板（25）；所述挡板（25）为半圆环形，两个挡板（25）相拼合之后形成中间有通孔的环形结构；第一转轴（7）穿过通孔便于上下移动；挡板（25）的外边缘连接有扭矩弹簧（26）；扭矩弹簧（26）的另一端与对应的套筒内壁连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于煤矿开采的地质勘探取样装置，其特征在于，固定箱（3）底部固定连接有三个第二限位杆（23），三个第二限位杆（23）分别与第一套筒（8）、第二套筒（9）和第三套筒（10）滑动连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于煤矿开采的地质勘探取样装置，其特征在于，第二气缸（13）驱动处固定连接有保护盒（18），保护盒（18）内部固定连接有第二电机（19）。

4.根据权利要求1所述的一种基于煤矿开采的地质勘探取样装置，其特征在于，第一套筒（8）、第二套筒（9）和第三套筒（10）顶部两侧均固定连接有气泵（14），气泵（14）的气管与相对应的收集槽（24）相连通。

5.根据权利要求1所述的一种基于煤矿开采的地质勘探取样装置，其特征在于，还包括履带车的车身（1），车身（1）顶部一侧转动连接有旋转板（2），旋转板（2）顶部一侧固定连接有支撑板（5），支撑板（5）下方固定连接有第一气缸（6），所述的固定箱（3）固定连接在第一气缸（6）的驱动处。

6.根据权利要求5所述的一种基于煤矿开采的地质勘探取样装置，其特征在于，旋转板（2）一侧固定连接有第一限位杆（4），第一限位杆（4）与固定箱（3）滑动连接。

7.一种基于煤矿开采的地质勘探取样方法，其特征在于，采用如权利要求1-6任一项所述的一种基于煤矿开采的地质勘探取样装置，并包括以下步骤：

步骤一、启动第一电机（12），第一电机（12）带动第一转轴（7）旋转，第一转轴（7）底端的钻头（11）随之转动，钻头（11）开始钻入煤矿地质层；当钻头（11）钻入到一定深度时，关闭第一电机（12）；

步骤二、启动第二气缸（13），第二气缸（13）推动第二电机（19）移动，第二电机（19）带动第二转轴（20）转动，进而使第二转轴（20）上的第一锥形齿轮（21）与第一螺纹杆（15）顶部的第二锥形齿轮（22）啮合；第二电机（19）的转动带动第一螺纹杆（15）转动，使第三套筒（10）沿着第一螺纹杆（15）向下移动，进入浅层位置的地质层；然后启动气泵（14），在气压差的作用下将浅层位置的地质样本吸入第三套筒（10）内侧的收集槽（24）内；

步骤三、当取样完成后，第二电机（19）反转，使第三套筒（10）上升回到初始位置，再关闭气泵（14），将第三套筒（10）的收集槽（24）内部的地质样本进行收集；

步骤四、继续推动第二电机（19）移动，使第二转轴（20）上的第一锥形齿轮（21）与第二螺纹杆（16）顶部的第二锥形齿轮（22）啮合；第二电机（19）的转动带动第二螺纹杆（16）转动，第二套筒（9）沿着第二螺纹杆（16）向下移动，顶开第三套筒（10）底部的挡板（25），进入中层位置的地质层；启动气泵（14），将中层位置的地质样本吸入第二套筒（9）内侧的收集槽（24）内；

步骤五、当取样完成后，第二电机（19）反转，使第二套筒（9）上升回到初始位置，此时，第三套筒（10）底部的挡板（25）在与其连接的扭矩弹簧（26）的作用下复位；然后关闭气泵（14），将第二套筒（9）的收集槽（24）内部的地质样本进行收集；

步骤六、继续推动第二电机（19）移动，使第二转轴（20）上的第一锥形齿轮（21）与第三螺纹杆（17）顶部的第二锥形齿轮（22）啮合；第二电机（19）的转动带动第三螺纹杆（17）转动，使得第一套筒（8）沿着第三螺纹杆（17）向下移动，并顶开第二套筒（9）和第三套筒（10）底部的挡板（25），进入深层位置的地质层；然后启动气泵（14），将深层位置的地质样本吸入第一套筒（8）内侧的收集槽（24）内；

步骤七、当取样完成后，第二电机（19）反转，使第一套筒（8）上升回到初始位置，此时，第三套筒（10）和第二套筒（9）底部的挡板（25）在与其连接的扭矩弹簧（26）的作用下复位；然后关闭气泵（14），将第一套筒（8）的收集槽（24）内部的地质样本进行收集。

8.根据权利要求7所述的一种基于煤矿开采的地质勘探取样方法，其特征在于，当需要进行地质勘探取样时，首先将一种基于煤矿开采的地质勘探取样装置整体移动到需要取样的位置，最终确定好钻探点；驱动固定箱（3）下降到合适的高度位置，然后再启动第一电机（12）。