CN210439976U - 一种用于三软煤层的现场取样结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于三软煤层的现场取样结构，包括支撑架、钻进机构和控制机构，支撑架包括支撑底座、支撑板和可调支撑杆，支撑板上表面设置有限位板，钻进机构包括依次连接的钻机、钻杆、钻头转换器和取芯钻头，钻杆靠近钻机的一端侧壁上开设有进水孔，钻杆内设置有第一通孔，进水孔与所述第一通孔连通；控制机构包括控制箱和供水机构，控制箱包括集成在电路板上的微控制器、报警器和钻机的驱动器，供水机构包括水箱、水泵和套设在钻杆上且与进水孔配合的供水套。本实用新型通过设置可调支撑杆，有助于三软煤层在不同取样情况下的大角度范围取样，通过设置限位板防止钻杆在钻进取样的过程中偏离正确钻进方向，设计合理，适用范围。

Description

一种用于三软煤层的现场取样结构

技术领域

本实用新型属于煤层的现场取样技术领域，具体涉及一种用于三软煤层的现场取样结构。

背景技术

三软煤层指煤矿开采中遇到的：软的顶板岩层、软的主采煤层和软的煤层底板岩层，一般情况下，具有三软特征的煤矿煤层和顶底板均为软弱岩层。煤层裂隙发育，构造复杂。对于三软煤层的稳定性研究，需要从煤层中采取一小部分具有代表性的，供分析、试验和鉴定用的样品。煤层采样的目的是通过对煤样的化验和物理试验所获得的资料，确定矿区或井田内可采煤层的煤种、煤质特征及其变化规律和煤的工艺性能，以便正确评价煤质，确定煤的加工技术特性和工业利用方向，为煤炭资源的开发和合理利用提供可靠的煤质资料；据采样途径的不同，煤层采样的技术手段分为钻孔中采样、坑道中采样和煤矿生产中采样等三类。其中，钻孔中采样法是以钻探取得的煤心作为样品。

由于三软煤层结构的特殊性，现场钻孔中采样难度相当大，现阶段的常用技术无法实现，采样过程中很容易对孔边应力造成明显的扰动，导致钻孔失稳，同时现阶段没有一个很好的解决措施针对大角度方位的煤层取样，所以急需一种可以用于软煤取样的取样装置，解决三软煤层无法取样及可取样煤层的角度方位受限的技术难题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于三软煤层的现场取样结构，其结构简单，设计合理，实用性强，通过设置在支撑底座上的可调支撑杆，再配合连接耳可使支撑底座和支撑板之间的角度转动范围更大，有助于在三软煤层不同取样情况下的大角度范围取样；通过设置限位板和限位开关对钻杆起到导向和限位的作用，当钻杆钻进方向偏离，触碰到任意一个限位开关的端头触发端时，报警器报警，防止钻杆在钻进取样的过程中偏离正确钻进方向，使取样结果出现偏差；通过设置钻头转换器将钻杆和取芯钻头连接起来，使普通钻机也可以适用于三软煤层的现场取样，连接简单，适用范围广；通过在钻杆上套设供水套，设备工作时，水箱中的水通过供水套再依次通过第一通孔、第二通孔和第三通孔将水注入工作面，起到润滑和降温的功能，延长了设备的使用寿命，防止设备高速转动时产生火花，设计合理，实用性强。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种用于三软煤层的现场取样结构，其特征在于：包括支撑架、设置在所述支撑架上的钻进机构和与所述钻进机构连接的控制机构；

所述支撑架包括支撑底座、与支撑底座的一端通过铰接件连接的支撑板和用于带动支撑板转动的可调支撑杆，所述支撑板上表面远离铰接件的一端设置有限位板，所述限位板为拱形限位板，所述限位板的内表面上设置有多个限位开关，所述支撑板下侧设置有连接耳，所述可调支撑杆的底端与支撑底座固定连接，可调支撑杆的伸缩端与连接耳转动连接；

所述钻进机构包括依次连接的钻机、钻杆、钻头转换器和取芯钻头，所述钻机设置在支撑板上，钻杆的一端与钻机连接，钻杆的另一端穿过所述拱形限位板与钻头转换器连接，钻杆靠近钻机的一端侧壁上开设有进水孔，钻杆内设置有第一通孔，所述进水孔与所述第一通孔连通；

所述控制机构包括平板车以及均设置在平板车上的控制箱和供水机构，所述控制箱内设置有电路板，所述电路板上集成有微控制器以及均与所述微控制器连接的报警器和用于驱动钻机工作的驱动器，所述微控制器的输入端与多个限位开关的输出端连接，所述供水机构包括水箱、安装在水箱上的水泵和套设在钻杆上且与所述进水孔配合的供水套，水泵通过进水管与水箱连通，水泵通过出水管与供水套连通，水泵由微控制器控制。

上述的一种用于三软煤层的现场取样结构，其特征在于：所述钻头转换器为圆柱形钻头转换器，钻头转换器的一端开设有与取芯钻头螺纹配合的圆柱形螺纹孔，钻头转换器的另一端开设有与钻杆螺纹配合的圆台形螺纹孔，圆柱形螺纹孔通过第二通孔与圆台形螺纹孔连通，圆柱形螺纹孔的内径大于第二通孔的内径，所述圆台形螺纹孔的最小内径大于第二通孔的内径，取芯钻头靠近钻头转换器的一端开设有第三通孔，第一通孔、第二通孔和第三通孔相互连通。

上述的一种用于三软煤层的现场取样结构，其特征在于：所述取芯钻头的外径为45mm～55mm，取芯钻头的长度为270mm～330mm。

上述的一种用于三软煤层的现场取样结构，其特征在于：所述限位开关的数量为三个或四个，多个限位开关均匀的安装在支撑板的内表面上。

上述的一种用于三软煤层的现场取样结构，其特征在于：多个所述限位开关的端头触发端均距离钻杆外侧壁1cm～2cm。

上述的一种用于三软煤层的现场取样结构，其特征在于：所述供水套内壁与钻杆外壁的连接处设置有橡胶密封圈。

上述的一种用于三软煤层的现场取样结构，其特征在于：所述钻头转换器与取芯钻头连接的一端设置有防松圈。

上述的一种用于三软煤层的现场取样结构，其特征在于：所述圆柱形通孔的内径为4mm～6mm。

上述的一种用于三软煤层的现场取样结构，其特征在于：所述限位板通过螺杆安装在支撑板上。

上述的一种用于三软煤层的现场取样结构，其特征在于：所述可调支撑杆为液压缸或气缸。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型通过设置可调支撑杆，所述可调支撑杆设置在支撑底座上，可调支撑杆伸缩以调节支撑底座和支撑板之间的角度，再配合连接耳可使支撑底座和支撑板之间的角度转动范围更大，有助于在三软煤层不同取样情况下的大角度范围取样。

2、本实用新型通过设置限位板和限位开关，所述限位板对钻杆起到导向和限位的作用，所述限位开关设置在限位板内壁上，当钻杆钻进方向偏离，触碰到任意一个限位开关的端头触发端时，与限位开关连接的所述微控制器接收到报警信号，使报警器报警，防止钻杆在钻进取样的过程中偏离正确钻进方向，使取样结果出现偏差。

3、本实用新型通过设置钻头转换器将钻杆和取芯钻头连接起来，使普通钻机也可以适用于三软煤层的现场取样，连接简单，适用范围广。

4、本实用新型通过设置供水套，所述供水套套设在钻杆上且与所述进水孔配合，设备工作时，水箱中的水通过供水套在依次通过第一通孔、第二通孔和第三通孔将水注入工作面，起到润滑和降温的功能，延长了设备的使用寿命，防止设备高速转动时产生火花，设计合理，实用性强。

综上所述，本实用新型结构简单，设计合理，实用性强，通过设置在支撑底座上的可调支撑杆，再配合连接耳可使支撑底座和支撑板之间的角度转动范围更大，有助于在三软煤层不同取样情况下的大角度范围取样；通过设置限位板和限位开关对钻杆起到导向和限位的作用，当钻杆钻进方向偏离，触碰到任意一个限位开关的端头触发端时，报警器报警，防止钻杆在钻进取样的过程中偏离正确钻进方向，使取样结果出现偏差；通过设置钻头转换器将钻杆和取芯钻头连接起来，使普通钻机也可以适用于三软煤层的现场取样，连接简单，适用范围广；通过在钻杆上套设供水套，设备工作时，水箱中的水通过供水套再依次通过第一通孔、第二通孔和第三通孔将水注入工作面，起到润滑和降温的功能，延长了设备的使用寿命，防止设备高速转动时产生火花，设计合理，实用性强。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型钻进执行机构的分解状态示意图。

图3为本实用新型限位板、限位开关、支撑板、钻杆和钻机的安装关系示意图。

附图标记说明:

1-钻杆； 2-钻头转换器； 3-取芯钻头；

4-钻机； 5-控制箱； 6-水箱；

7-供水套； 8-水泵； 9-支撑底座；

10-支撑板； 11-可调支撑杆； 12-限位板；

13-平板车； 14-限位开关； 15-铰接件；

16-连接耳； 17-1-第一通孔； 17-2-第二通孔；

17-3-第三通孔； 18-进水管； 19-出水管。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本实用新型包括支撑架、设置在所述支撑架上的钻进机构和与所述钻进机构连接的控制机构；

所述支撑架包括支撑底座9、与支撑底座9的一端通过铰接件15连接的支撑板10和用于带动支撑板10转动的可调支撑杆11，所述支撑板10上表面远离铰接件15的一端设置有限位板12，所述限位板12为拱形限位板，所述限位板12的内表面上设置有多个限位开关14，所述支撑板10下侧设置有连接耳16，所述可调支撑杆11的底端与支撑底座9固定连接，可调支撑杆 11的伸缩端与连接耳16转动连接；

所述钻进机构包括依次连接的钻机4、钻杆1、钻头转换器2和取芯钻头 3，所述钻机4设置在支撑板10上，钻杆1的一端与钻机4连接，钻杆1的另一端穿过所述拱形限位板与钻头转换器2连接，钻杆1靠近钻机4的一端侧壁上开设有进水孔，钻杆1内设置有第一通孔17-1，所述进水孔与所述第一通孔17-1连通；

所述控制机构包括平板车13以及均设置在平板车13上的控制箱5和供水机构，所述控制箱5内设置有电路板，所述电路板上集成有微控制器以及均与所述微控制器连接的报警器和用于驱动钻机4工作的驱动器，所述微控制器的输入端与多个限位开关14的输出端连接，所述供水机构包括水箱6、安装在水箱6上的水泵8和套设在钻杆1上且与所述进水孔配合的供水套7，水泵8通过进水管18与水箱6连通，水泵8通过出水管19与供水套7连通，水泵8由微控制器控制。

需要说明的是，所述可调支撑杆11斜向设置在支撑底座9上，可调支撑杆11伸缩以调节支撑底座9和支撑板10之间的角度，再配合连接耳 16可使支撑底座9和支撑板10之间的角度转动范围更大，有助于在三软煤层不同取样情况下的大角度范围取样；所述限位板12对钻杆1起到导向和限位的作用，防止钻杆在钻进取样的过程中偏离正确钻进方向，使取样结果出现偏差；所述限位开关14设置在限位板12内壁上，所述限位开关14为K9-1804A型限位开关，当钻杆1钻进方向偏离，触碰到任意一个限位开关14的端头触发端时，与限位开关14连接的所述微控制器接收到报警信号，使报警器报警，所述微控制器为stm32f103c8t6型微控制器，所述报警器为蜂鸣器，报警器报警防止钻杆1在工作时偏离方向，此时不会对孔边应力造成明显的扰动，也不会导致钻孔失稳；所述钻头转换器2 将钻杆1和取芯钻头3连接起来，钻杆1安装在钻机4上，所述钻机4为 QZ-2D型钻机，钻机4与所述驱动器连接受微控制器控制，使该设备可以适用于三软煤层的现场取样，所述驱动器为3G3JX-AB002-EF型驱动器；通过设置所述供水系统，在现场取样前先通过水泵8将水箱6中的水通过供水套7泵入第一通孔17-1中，随后通过与第一通孔17-1贯通的第二通孔17-2和第三通孔17-3将松软、块度较差的煤层润湿，减少三软煤层现场取样时的开采粉尘，延长设备使用寿命，同时在钻进取样时，可以注水降温，也起到润滑的作用。

所述钻杆1、钻头转换器2和取芯钻头3构成钻进执行机构。

本实施例中，所述钻头转换器2为圆柱形钻头转换器，钻头转换器2的一端开设有与取芯钻头3螺纹配合的圆柱形螺纹孔，钻头转换器2的另一端开设有与钻杆1螺纹配合的圆台形螺纹孔，圆柱形螺纹孔通过第二通孔17-2 与圆台形螺纹孔连通，圆柱形螺纹孔的内径大于第二通孔17-2的内径，所述圆台形螺纹孔的最小内径大于第二通孔17-2的内径，取芯钻头3靠近钻头转换器2的一端开设有第三通孔17-3，第一通孔17-1、第二通孔17-2和第三通孔17-3相互连通。

需要说明的是，钻头转换器2通过开设圆柱形螺纹孔、圆台形螺纹孔和第二通孔17-2形成一个空心结构，可以使水流更好地通过。

本实施例中，所述取芯钻头3的外径为45mm～55mm，取芯钻头3的长度为270mm～330mm。

需要说明的是，取芯钻头3的长度为270mm～330mm，启动钻机对煤层进行取样时，在保证能成功取出标准要的前提下，钻进深度约为250mm时，保持钻杆不再推进，此时使取芯钻头3孔内旋转一段时间后再取出，使煤芯自然脱出，此方法脱模快也可取出相对完整的煤样。

本实施例中，所述限位开关14的数量为三个或四个，多个限位开关14 均匀的安装在支撑板10的内表面上。

本实施例中，多个所述限位开关14的端头触发端均距离钻杆1外侧壁 1cm～2cm。

需要说明的是，多个所述限位开关14的端头触发端均距离钻杆1外侧壁1cm～2cm，所以在钻杆1偏离正确钻进方向1cm～2cm时产生报警信号，所述微控制器控制所述驱动器驱动钻机4停止转动，然后人工将设备调整到正确位置后重新驱动钻机4转动，保证了设备钻进的精确度，不会对孔边应力造成明显的扰动，不会导致钻孔失稳。

本实施例中，所述供水套7内壁与钻杆1外壁的连接处设置有橡胶密封圈。

本实施例中，所述钻头转换器2与取芯钻头3连接的一端设置有防松圈。

需要说明的是，设置所述防松圈可避免钻机4高速转动时钻头转换器 2和取芯钻头3之间因为摩擦力不够强导致连接不紧密，防止事故的发生。

本实施例中，所述圆柱形通孔17的内径为4mm～6mm。

本实施例中，所述限位板12通过螺杆安装在支撑板10上。

需要说明的是，所述限位板12通过螺杆安装在支撑板10上，限位板12 可以随钻杆1和限位开关14的大小变化随意改变和更换限位板12的尺寸，适用范围广。

本实施例中，所述可调支撑杆11为液压缸或气缸。

本实用新型在使用时，在现场取样预先钻孔作业完成后，取下原有钻头，然后依次在钻机4上连接钻杆1、钻头转换器2和取芯钻头3，拧紧后空转一会儿，保证连接处无松动后启动水泵8，水箱6中的水一次通过进水管18、出水管19、供水套7、第一通孔17-1、第二通孔17-2和第三通孔17-3后注入待取样煤层，润湿待取样煤层后钻机4钻进，取芯钻头3开始取样，在钻进深度到达指定位置后保持钻杆1不再推进，孔内旋转一段时间后再取出取芯钻头3，使煤芯自然脱出；当钻杆1偏离正确钻进方向时，钻杆1外壁触碰到安装在限位板12上限位开关14的端头触发端，与限位开关14连接的所述微控制器接收到报警信号，使报警器报警，同时微控制器使驱动器驱动钻机4停止转动，待人工将设备调整到正确位置后重新驱动钻机4转动。

以上所述，仅是本实用新型的实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于三软煤层的现场取样结构，其特征在于：包括支撑架、设置在所述支撑架上的钻进机构和与所述钻进机构连接的控制机构；

所述支撑架包括支撑底座(9)、与支撑底座(9)的一端通过铰接件(15)连接的支撑板(10)和用于带动支撑板(10)转动的可调支撑杆(11)，所述支撑板(10)上表面远离铰接件(15)的一端设置有限位板(12)，所述限位板(12)为拱形限位板，所述限位板(12)的内表面上设置有多个限位开关(14)，所述支撑板(10)下侧设置有连接耳(16)，所述可调支撑杆(11)的底端与支撑底座(9)固定连接，可调支撑杆(11)的伸缩端与连接耳(16)转动连接；

所述钻进机构包括依次连接的钻机(4)、钻杆(1)、钻头转换器(2)和取芯钻头(3)，所述钻机(4)设置在支撑板(10)上，钻杆(1)的一端与钻机(4)连接，钻杆(1)的另一端穿过所述拱形限位板与钻头转换器(2)连接，钻杆(1)靠近钻机(4)的一端侧壁上开设有进水孔，钻杆(1)内设置有第一通孔(17-1)，所述进水孔与所述第一通孔(17-1)连通；

所述控制机构包括平板车(13)以及均设置在平板车(13)上的控制箱(5)和供水机构，所述控制箱(5)内设置有电路板，所述电路板上集成有微控制器以及均与所述微控制器连接的报警器和用于驱动钻机(4)工作的驱动器，所述微控制器的输入端与多个限位开关(14)的输出端连接，所述供水机构包括水箱(6)、安装在水箱(6)上的水泵(8)和套设在钻杆(1)上且与所述进水孔配合的供水套(7)，水泵(8)通过进水管(18)与水箱(6)连通，水泵(8)通过出水管(19)与供水套(7)连通，水泵(8)由微控制器控制。

2.按照权利要求1所述的一种用于三软煤层的现场取样结构，其特征在于：所述钻头转换器(2)为圆柱形钻头转换器，钻头转换器(2)的一端开设有与取芯钻头(3)螺纹配合的圆柱形螺纹孔，钻头转换器(2)的另一端开设有与钻杆(1)螺纹配合的圆台形螺纹孔，圆柱形螺纹孔通过第二通孔(17-2)与圆台形螺纹孔连通，圆柱形螺纹孔的内径大于第二通孔(17-2)的内径，所述圆台形螺纹孔的最小内径大于第二通孔(17-2)的内径，取芯钻头(3)靠近钻头转换器(2)的一端开设有第三通孔(17-3)，第一通孔(17-1)、第二通孔(17-2)和第三通孔(17-3)相互连通。

3.按照权利要求1所述的一种用于三软煤层的现场取样结构，其特征在于：所述取芯钻头(3)的外径为45mm～55mm，取芯钻头(3)的长度为270mm～330mm。

4.按照权利要求1所述的一种用于三软煤层的现场取样结构，其特征在于：所述限位开关(14)的数量为三个或四个，多个限位开关(14)均匀的安装在支撑板(10)的内表面上。

5.按照权利要求4所述的一种用于三软煤层的现场取样结构，其特征在于：多个所述限位开关(14)的端头触发端均距离钻杆(1)外侧壁1cm～2cm。

6.按照权利要求1所述的一种用于三软煤层的现场取样结构，其特征在于：所述供水套(7)内壁与钻杆(1)外壁的连接处设置有橡胶密封圈。

7.按照权利要求1所述的一种用于三软煤层的现场取样结构，其特征在于：所述钻头转换器(2)与取芯钻头(3)连接的一端设置有防松圈。

8.按照权利要求1所述的一种用于三软煤层的现场取样结构，其特征在于：所述圆柱形通孔(17)的内径为4mm～6mm。

9.按照权利要求1所述的一种用于三软煤层的现场取样结构，其特征在于：所述限位板(12)通过螺杆安装在支撑板(10)上。

10.按照权利要求1所述的一种用于三软煤层的现场取样结构，其特征在于：所述可调支撑杆(11)为液压缸或气缸。

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