CN207114227U - 煤样随钻定点采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种煤样随钻定点采集装置，它包括组合钻头和钻杆，所述钻杆包括筒状的外壳体、仅前端开口的采集腔体、压力腔体、一级压力阀和二级压力弹簧，所述采集腔体通过所述二级压力弹簧同轴设置在所述外壳体中并可沿所述外壳体的轴向往复运动，所述采集腔体的开口通过一球阀封口，所述一级压力阀承压打开后连通所述压力腔体，所述压力腔体的前端由一活塞密封，所述活塞通过传动机构驱动所述球阀转动以便启闭所述采集腔体的开口；所述组合钻头为活动钻头，所述采集腔体相对所述外壳体向前移动的过程中，所述钻进钻头在所述采集腔体的推力下逐步打开。该煤样随钻定点采集装置具有设计科学、随钻定点取样、及时密封、暴露时间短、真实性强的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种煤样采集设备，具体的说，涉及了一种煤样随钻定点采集装置。
背景技术
目前煤矿井下煤层瓦斯含量直接测定时所采用取样方法多种多样，应用最普遍就是通过钻具正常切削，钻杆或风力排风，操作者在钻孔孔口接收出来的煤粉，进行现场解释，然后送至瓦斯含量测试室进行测试。
这种采集方法存在以下弊端：1、采集的煤样受风力、钻杆的多次碾压，瓦斯的损失量较大；2、靠风力排粉或螺旋排粉等方式，采集的煤样位置不确定，或者掺假较多；3、煤样在空气中暴露时间较长，与空气相混合，影响到煤样的真实性。
为解决上述问题，市场上出现了另一种采集产品，产品由能封闭的取芯钻具组成，操作过程是，首先用普通钻杆施工到取芯地点，然后退钻、更换钻头为取芯钻具，再送至取芯点，取出煤芯。
但是这种采集手段仍然存在诸多问题，具体包括：1、掺假较多、重新向孔内送取样器的方式导致采集的煤样大多是途中的煤粉；2、同样存在煤样在空气中暴露时间较长，与空气相混合，影响到煤样的真实性的问题；3、先打成孔，后更换钻具，再次送入时钻具可能会改变原来的方向，送不到原定取样点；4、在取样点取出煤样后要关闭排粉介质，而退钻过程中，可能会因为煤粉屯积导致钻杆压死，丢掉取样器和钻杆等。
《地勘时期煤层瓦斯含量测定方法》GB/T23249-2009明确定义“煤层瓦斯含量---在原始状态下，单位质量或单位体积煤体中所含有的甲烷及重烃气体量”同时也重点强调了“原始状态下”。另外压力损失的计算采用：煤样开始暴露一段时间内V0与T呈直线关系，即：
V0=a+bT
综合上述的问题，导致采集过程和结果存在操作误差和视觉误差，随着暴露时间越长，产生的误差也越大，样品的就不具备其真实性。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种设计科学、随钻定点取样、及时密封、暴露时间短、真实性强的煤样随钻定点采集装置。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种煤样随钻定点采集装置，包括组合钻头和钻杆，所述钻杆包括筒状的外壳体、仅前端开口的采集腔体、压力腔体、一级压力阀和二级压力弹簧，所述采集腔体通过所述二级压力弹簧同轴设置在所述外壳体中并可沿所述外壳体的轴向往复运动，所述采集腔体尾端与所述外壳体尾端密封滑动配合，所述采集腔体的开口通过一球阀封口，所述一级压力阀承压打开后连通所述压力腔体，所述压力腔体的前端由一活塞密封，所述活塞通过传动机构驱动所述球阀转动以便启闭所述采集腔体的开口；
所述组合钻头为活动钻头，所述采集腔体相对所述外壳体向前移动的过程中，所述活动钻头在所述采集腔体的推力下逐步打开使得采集腔体外露。
基上所述，所述外壳体的内侧壁、所述采集腔体的外侧壁和所述活塞围成所述的压力腔体。
基上所述，所述采集腔体的尾端通过所述压力阀的阀座密封，所述压力阀的阀芯沿所述采集腔体尾端的侧壁滑动设置，所述阀芯通过一级压力弹簧连接所述阀座，所述采集腔体尾端的侧壁上开设连通所述压力腔体的通孔，所述阀芯上对应所述通孔开设连通阀芯流道的出口。
基上所述，所述传动机构包括连接所述活塞的齿条和与所述齿条啮合的齿轮，所述齿轮和所述球阀同轴固定。
基上所述，所述组合钻头包括一钻进钻头，所述钻进钻头的一侧铰接在所述外壳体上，所述钻进钻头的中部与所述采集腔体的前端铰接或抵接。
基上所述，所述组合钻头还包括一取芯钻头，所述取芯钻头设置在所述采集腔体的前端，所述取芯钻头上开设穿孔连通所述采集腔体内部。
基上所述，所述外壳体首尾两端的内侧设有凸台，所述凸台内侧安装密封圈，所述采集腔体与所述密封圈滑动配合，所述采集腔体的尾端设置一挡边，所述二级压力弹簧的两端分别设置在采集腔体的挡边上和所述外壳体尾端的凸台上。
基上所述，所述压力腔体为独立结构，所述压力腔体位于所述外壳体外部或所述外壳体和所述采集腔体之间。
基上所述，所述组合钻头包括一钻进钻头，所述钻进钻头包括左半部和右半部，所述左半部铰接在所述外壳体的左侧，所述右半部铰接在所述外壳体的右侧，所述采集腔体的前端分别铰接或抵接所述左半部的中部和所述右半部的中部，所述左半部和所述右半部中部对接后形成所述钻进钻头。
基上所述，所述外壳体的尾端为压力管连接部，所述一级压力阀的阀芯和所述采集腔体的尾端对应所述压力管连接部设置。
本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，本实用新型具有以下优点：
1.采集腔体随钻走，直达指定地点，不会出现二次送达存在的位置偏差问题。
2.采集腔体在指定位置采集完成后即刻封闭，密封及时，取出后送达实验室进行解释或进行现场解释，减少样品的暴露时间。
3.采集腔体即刻封闭，避免回钻过程中其它位置样品渗入，影响样品的真实性。
综上，该煤样随钻定点采集装置具有设计科学、随钻定点取样、及时密封、暴露时间短、真实性强的优点。
附图说明
图1是本实用新型实施例1中煤样随钻定点采集装置的结构示意图。
图2是本实用新型实施例1中齿条和齿轮配合的结构示意图。
图3是图1的A-A向视图。
图中：1. 外壳体；2.采集腔体；3.压力腔体；4.二级压力弹簧；5.活动钻头；6.球阀；7.阀座；8.阀芯；9.一级压力弹簧；10.凸台；11.通孔；12.出口；13.挡边；14.活塞；15.齿条；16.齿轮。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
如图1-图3所示，一种煤样随钻定点采集装置，包括组合钻头和钻杆，所述钻杆包括筒状的外壳体1、仅前端开口的采集腔体2、压力腔体3、一级压力阀和二级压力弹簧4。
所述采集腔体2同轴设置在所述外壳体1中并可沿所述外壳体1的轴向往复运动，所述外壳体1首尾两端的内侧设有凸台10，所述凸台10内侧安装密封圈，所述采集腔体2与所述密封圈滑动配合，所述采集腔体2的尾端设置一挡边13，所述二级压力弹簧4的两端分别设置在采集腔体2的挡边13上和所述外壳体1尾端的凸台10上，形成钻杆尾端的高压密封结构，通过连接外部高压水管或气管，在采集腔体2的尾端处施加压力，二级压力弹簧4压缩，驱动采集腔体2向前移动。
所述组合钻头为活动钻头5，所述采集腔体2相对所述外壳体1向前移动的过程中，所述活动钻头5在所述采集腔体的推力下逐步打开。
具体的，所述组合钻头包括一钻进钻头，所述钻进钻头的一侧铰接在所述外壳体上，所述钻进钻头的中部与所述采集腔体的前端铰接。所述采集腔体的往复运动，控制所述钻进钻头的翻转与归位，其目的是露出或隐藏所述采集腔体。
所述组合钻头还包括一取芯钻头，所述取芯钻头设置在所述采集腔体的前端，所述取芯钻头上开设穿孔连通所述采集腔体内部，主要用于采集煤样。
所述外壳体1中部的内侧壁、所述外壳体1尾端的凸台10、所述采集腔体2的外侧壁和活塞14围成所述的压力腔体。
其中，外壳体1中部的内侧壁和外壳体1尾端的凸台10是组成外壳体1内侧壁的一部分。
所述采集腔体2的尾端通过所述压力阀的阀座7密封，所述压力阀的阀芯8沿所述采集腔体2尾端的侧壁滑动设置，所述阀芯8通过一级压力弹簧9连接所述阀座7，所述采集腔体2尾端的侧壁上开设连通所述压力腔体3的通孔11，所述阀芯8上对应所述通孔11开设连通阀芯8流道的出口。
通过连接外部高压水管或气管，在采集腔体2的尾端处增压，一级压力阀的一级压力弹簧9压缩，一级压力阀打开，外部高压水管或气管与压力腔体贯通，驱动所述活塞14向前移动。
所述采集腔体2的开口通过一球阀6封口，所述活塞14通过传动机构驱动所述球阀6转动以便启闭所述采集腔体2的开口，所述传动机构包括连接所述活塞14的齿条15和与所述齿条15啮合的齿轮16，所述齿轮16和所述球阀6同轴固定。
随着活塞14的前移，齿条15带动齿轮16转动，进而带动球阀6转动，直到球阀6打开，即打开所述采集腔体2。
具体工作过程：
钻杆尾端连接压力管路，调整工作介质压力为0.6MPa，开始正常的钻探工作，当施工至取样位置时，利用功能阀调整工作介质至指定压力，一级压力阀打开，活塞14受压移动，带动齿条15和齿轮16转动，球阀6被打开，采集腔体2打开；
再次增压，二级压力弹簧4受压，采集腔体2整体前移，顶开组合钻头，采集腔体2外露，开始采集工作；
采集完成后，降低压力，二级压力弹簧4复位，组合钻头归位，再次降压，一级压力阀复位，采集腔体2关闭；
然后回钻，进行现场解释或送达实验室进行解释。
其中，压力管路中采用水、气互换，进行压力控制。
上述方案有效解决了现有采集方案中存在的二次送达易出现位置偏差、暴露时间长、渗入其它样品的一系列问题。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：所述压力腔体为独立结构，所述压力腔体位于所述外壳体外部或所述外壳体和所述采集腔体之间，其目的是降低对外壳体和采集腔体配合的密封性要求，额外增加完全密封的结构。
进一步的，所述组合钻头包括一钻进钻头，所述钻进钻头包括左半部和右半部，所述左半部铰接在所述外壳体的左侧，所述右半部铰接在所述外壳体的右侧，所述采集腔体的前端分别铰接或抵接所述左半部的中部和所述右半部的中部，所述左半部和所述右半部中部对接后形成所述钻进钻头，钻头为两瓣式的结构，打开后左右两侧占用空间均匀，不会出现单侧占用空间过大的问题。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种煤样随钻定点采集装置，其特征在于：它包括组合钻头和钻杆，所述钻杆包括筒状的外壳体、仅前端开口的采集腔体、压力腔体、一级压力阀和二级压力弹簧，所述采集腔体通过所述二级压力弹簧同轴设置在所述外壳体中并可沿所述外壳体的轴向往复运动，所述采集腔体尾端与所述外壳体尾端密封滑动配合，所述采集腔体的开口通过一球阀封口，所述一级压力阀承压打开后连通所述压力腔体，所述压力腔体的前端由一活塞密封，所述活塞通过传动机构驱动所述球阀转动以便启闭所述采集腔体的开口；
所述组合钻头为活动钻头，所述采集腔体相对所述外壳体向前移动的过程中，所述活动钻头在所述采集腔体的推力下逐步打开使得采集腔体外露。
2.根据权利要求1所述的煤样随钻定点采集装置，其特征在于：所述外壳体的内侧壁、所述采集腔体的外侧壁和所述活塞围成所述的压力腔体。
3.根据权利要求2所述的煤样随钻定点采集装置，其特征在于：所述采集腔体的尾端通过所述压力阀的阀座密封，所述压力阀的阀芯沿所述采集腔体尾端的侧壁滑动设置，所述阀芯通过一级压力弹簧连接所述阀座，所述采集腔体尾端的侧壁上开设连通所述压力腔体的通孔，所述阀芯上对应所述通孔开设连通阀芯流道的出口。
4.根据权利要求1-3任一项所述的煤样随钻定点采集装置，其特征在于：所述传动机构包括连接所述活塞的齿条和与所述齿条啮合的齿轮，所述齿轮和所述球阀同轴固定。
5.根据权利要求4所述的煤样随钻定点采集装置，其特征在于：所述组合钻头包括一钻进钻头，所述钻进钻头的一侧铰接在所述外壳体上，所述钻进钻头的中部与所述采集腔体的前端铰接或抵接。
6.根据权利要求5所述的煤样随钻定点采集装置，其特征在于：所述组合钻头还包括一取芯钻头，所述取芯钻头设置在所述采集腔体的前端，所述取芯钻头上开设穿孔连通所述采集腔体内部。
7.根据权利要求5或6所述的煤样随钻定点采集装置，其特征在于：所述外壳体首尾两端的内侧设有凸台，所述凸台内侧安装密封圈，所述采集腔体与所述密封圈滑动配合，所述采集腔体的尾端设置一挡边，所述二级压力弹簧的两端分别设置在采集腔体的挡边上和所述外壳体尾端的凸台上。
8.根据权利要求1所述的煤样随钻定点采集装置，其特征在于：所述压力腔体为独立结构，所述压力腔体位于所述外壳体外部或所述外壳体和所述采集腔体之间。
9.根据权利要求4所述的煤样随钻定点采集装置，其特征在于：所述组合钻头包括一钻进钻头，所述钻进钻头包括左半部和右半部，所述左半部铰接在所述外壳体的左侧，所述右半部铰接在所述外壳体的右侧，所述采集腔体的前端分别铰接或抵接所述左半部的中部和所述右半部的中部，所述左半部和所述右半部中部对接后形成所述钻进钻头。
10.根据权利要求7所述的煤样随钻定点采集装置，其特征在于：所述外壳体的尾端为压力管连接部，所述一级压力阀的阀芯和所述采集腔体的尾端对应所述压力管连接部设置。
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