CN216277761U - 一种井下煤层密闭取芯装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种井下煤层密闭取芯装置，其包括自上而下依次连接的钻杆、取芯筒和取芯钻头，钻杆、取芯筒和取芯钻头均竖直设置，且取芯筒和取芯钻头均中空设置；取芯筒靠近取芯钻头的一端设有用于使煤芯断层产生空隙的断芯模块，取芯筒内对应煤芯断层处设有封堵模块，封堵模块包括开设于取芯筒内壁对应煤芯断层处的出料环槽、设置于出料环槽上方的储料箱以及用于将储料箱内的液体推入出料环槽和煤芯断层中的推料组件，储料箱底部与出料环槽的顶壁连通，储料箱内装有一定温度的液态热塑性塑料。本申请具有在取芯过程中保留煤芯中气体的效果。

Description

一种井下煤层密闭取芯装置

技术领域

本申请涉及煤层取芯设备的领域，尤其是涉及一种井下煤层密闭取芯装置。

背景技术

煤层瓦斯含量是矿井瓦斯灾害防治、煤层瓦斯预抽效果评估、煤层气资源评价和开发等相关领域的重要基础参数，故需要对煤层进行取样，通常采用钻孔取样的方式对煤层进行取样。钻孔取样是指矿井中尚未出现露头的煤层或准备开采的煤层上用钻孔机采样，有时也用在已出现露头的煤层上采样。

目前的钻孔取样采用单孔取芯管，单孔取芯管在样品采集、退钻和煤芯取出过程中气体遗失的问题，从而无法对煤层瓦斯含量进行检测，故需提供一种能够保留煤层中气体的取芯装置。

实用新型内容

为了在取芯过程中保留煤芯中气体，本申请提供一种井下煤层密闭取芯装置。

本申请提供的一种井下煤层密闭取芯装置采用如下的技术方案：

一种井下煤层密闭取芯装置，包括自上而下依次连接的钻杆、取芯筒和取芯钻头，所述钻杆、取芯筒和取芯钻头均竖直设置，且所述取芯筒和取芯钻头均中空设置；所述取芯筒靠近取芯钻头的一端设有用于使煤芯断层产生空隙的断芯模块，所述取芯筒内对应煤芯断层处设有封堵模块，所述封堵模块包括开设于取芯筒内壁对应煤芯断层处的出料环槽、设置于出料环槽上方的储料箱以及用于将储料箱内的液体推入出料环槽和煤芯断层中的推料组件，所述储料箱底部与出料环槽的顶壁连通，所述储料箱内装有一定温度的液态热塑性塑料。

通过采用上述技术方案，取芯钻头对煤层进行取芯，煤芯进入到取芯筒内，断芯模块将取芯筒内的煤芯和取芯钻头内的煤芯分开，再往断层处加入热塑性塑料，待热塑性塑料冷却后形成一块塑料板，塑料板的边缘位于出料环槽内，塑料板将取芯筒内的煤芯与外部隔绝，从而实现在取芯过程中保留煤芯中气体。

可选的，所述推料组件包括竖直设置于储料箱上方的针筒和竖直固定于针筒上方的第一电缸，所述针筒存有一定量的空气。

通过采用上述技术方案，第一电缸将针筒内的空气通入储料箱内，空气将储料箱内的液体压入加料环槽内，从而实现推料的效果。

可选的，所述断芯模块包括设置于取芯筒内壁上的断层环和用于驱动断层环沿水平方向移动的第二电缸，所述取芯筒的内壁上开设有用于安装第二电缸的安装槽和用于断层环滑动的滑槽。

通过采用上述技术方案，第二电缸驱动断层环朝垂直于煤芯长度方向移动，使得断层环和取芯筒配合对煤芯产生一个剪切力，从而使得煤芯产生断层。

可选的，所述取芯筒靠近钻杆的一端内部设有抵紧模块，所述抵紧模块包括水平固定于取芯筒内壁上的安装板、设置于安装板下方的抵紧板以及设置于安装板和抵紧板之间的弹簧，所述抵紧板为圆盘状，且抵紧板与取芯筒内壁滑动配合。

通过采用上述技术方案，减少取芯筒内的空气含量，从而减少空气与煤层氧化的情况，进而提高取芯过程的安全性。

可选的，所述抵紧板的两端均设有限位块，所述取芯筒内壁对应限位块处开设有沿竖向设置的限位槽，所述限位块沿限位槽竖向滑动配合。

通过采用上述技术方案，使得安装板与抵紧板均与取芯筒同步转动，避免抵紧板与安装板发生相对旋转而使得弹簧损坏的情况。

可选的，所述储料箱的外部设有保温层。

通过采用上述技术方案，液态热塑性塑料本身具有一定的温度，保温层对储料箱进行保温，使液态热塑性塑料在储料箱内保持液态；同时保温层减少储料箱内的热量传递至煤层。

可选的，所述取芯筒内壁靠近煤芯断层处设有环状的冷却槽，所述冷却槽内设有冷却环，所述冷却环为中空闭合环，所述冷却环内设有液态水和少量空气。

通过采用上述技术方案，热塑性塑料进入到断层中时，热量传递至煤芯，冷却环吸收一部分热量，减少煤芯出现温度过高的情况；冷却环内存有少量空气，使得液态水具有一定的热胀冷缩的空间。

可选的，所述取芯筒外壁对应储料箱处开设有容置槽，所述储料箱和推料组件均拆卸式连接于容置槽内。

通过采用上述技术方案，便于对储料箱添加液态热塑性塑料。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

取芯钻头对煤层进行取芯，煤芯进入到取芯筒内，断芯模块将取芯筒内的煤芯和取芯钻头内的煤芯分开，再往断层处加入热塑性塑料，待热塑性塑料冷却后形成一块塑料板，塑料板的边缘位于出料环槽内，塑料板将取芯筒内的煤芯与外部隔绝，从而实现在取芯过程中保留煤芯中气体。

附图说明

图1是本申请实施例的剖视图；

图2是图1中A部结构的放大图。

附图标记说明：1、钻杆；2、取芯钻头；3、取芯筒；31、安装槽；32、限位槽；33、冷却槽；34、容置槽；4、断芯模块；41、断层环；42、第二电缸；5、封堵模块；51、出料环槽；52、储料箱；53、推料组件；531、针筒；532、第一电缸；6、抵紧模块；61、安装板；62、抵紧板；621、限位块；63、弹簧；7、冷却环；8、保温层；9、安装盖。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种井下煤层密闭取芯装置。参照图1，井下煤层密闭取芯装置包括自上而下依次连接的钻杆1、取芯筒3和取芯钻头2，钻杆1、取芯筒3和取芯钻头2均竖直设置，并且钻杆1与取芯筒3螺纹连接，取芯筒3与取芯钻头2螺纹连接。取芯筒3中空设置，且取芯筒3与取芯钻头2连通。

取芯筒3内设有断芯模块4、封堵模块5和抵紧模块6，抵紧模块6包括水平固定于取芯筒3顶端内壁上的安装板61、水平设置于安装板61正下方的抵紧板62以及设置于安装板61和抵紧板62之间的弹簧63，弹簧63竖直设置。弹簧63的顶端固定于安装板61的下表面上，弹簧63的底端固定于抵紧板62的上表面上，初始状态下抵紧板62位于取芯筒3的底端。

抵紧板62的侧边抵接于取芯筒3的内壁上，且抵紧板62侧边与取芯筒3内壁沿竖向滑动配合。当取芯钻头2从煤层钻出煤芯，煤芯移动到取芯筒3底端时，抵紧板62抵接于煤芯上，减少了抵紧板62与煤芯之间的空气，从而减少煤芯与空气接触而发生氧化的情况。

抵紧板62的两端设有限位块621，取芯筒3内壁对应限位块621处开设有沿竖向设置的限位槽32，限位块621位于限位槽32内，且限位块621沿限位槽32竖直方向滑动配合。限位块621对抵紧板62限位，使得抵紧板62随取芯筒3同步转动，即抵紧板62与安装板61同步转动，从而避免抵紧板62与安装板61相对转动而造成弹簧63损坏的情况。

断芯模块4设置于取芯筒3靠近取芯钻头2的一端，断芯模块4包括设置于取芯筒3内壁上的断层环41和用于驱动断层环41沿水平方向移动的第二电缸42，断层环41的内壁与取芯筒3的内壁齐平，取芯筒3的内壁上开设有用于安装第二电缸42的安装槽31和用于断层环41滑动的滑槽（图中未示出），且断层环41的两端均设有一个第二电缸42，两个第二电缸42的轴线均在断层环41其中一个直径的所在直线上。

当需要取芯筒3靠近取芯钻头2一端内的煤芯需要断层时，启动第二电缸42，断层环41与取芯筒3配合，使得煤芯受到一个剪切力，从而使得断层环41上内的煤芯发生错位，即断层环41内的煤芯与相邻煤芯之间产生断层。

断层环41内的煤芯与断层环41上方的煤芯之间的断层为第一断层，断层环41内的煤芯与断层环41下方的煤芯之间的断层为第二断层，封堵模块5在第一断层处形成隔板。

结合图1和图2，封堵模块5包括开设于取芯筒3内壁上的出料环槽51、设置于取芯筒3内的储料箱52和用于将储料箱52内的液体推入出料环槽51的推料组件53，出料环槽51紧靠于断层环41的正上方，且出料环槽51上设有多个储料箱52，每个储料箱52对应设有一个推料组件53。

取芯筒3的外壁上开设有用于安装储料箱52和推料组件53的容置槽34，容置槽34的开口处设有安装盖9，安装盖9通过螺栓（图中未示出）固定于取芯筒3上，安装盖9的外壁为弧形并且与取芯筒3的外壁齐平。储料箱52与推料组件53均固定于安装盖9的内壁上。

储料箱52内储存着液态的热塑性塑料，具有一定的温度，为减少储料箱52内的热量流失，在储料箱52的外部设有保温层8，同时保温层8能够减少热量扩散至煤芯。储料箱52的底部一端设有出料口，出料口的底端设有一层阻挡膜，当推料组件53推料时，储料箱52内的热塑性塑料将阻挡膜破坏，热塑性塑料再流入出料环槽51中，并在第一断层处形成一层塑料。储料箱52的顶部一端设有用于加料的加料口，加料口上设有密封盖。

热塑性塑料进入到第一断层中时，热塑性塑料的热量扩散至相邻的煤芯处，为了加速热塑性塑料的冷却并吸收部分煤芯内的热量，在取芯筒3的内壁上设有冷却环7，冷却环7位于出料环槽51的正上方，冷却环7的内壁与取芯筒3的内壁齐平。取芯筒3的内壁上开设有用于安装冷却环7的冷却槽33。冷却环7为中空设置，冷却环7内有液态水和少量的空气，少量的空气能够保障液态水能够正常的热胀冷缩。

推料组件53包括竖直设置于储料箱52上的针筒531和竖直设置于针筒531上的第一电缸532，针筒531的底端与储料箱52的顶部连通，第一电缸532固定于针筒531的活塞杆顶部端面上，且针筒531和第一电缸532均固定于安装盖9上。初始时，针筒531内预留有一定的空气。

本实施例中的第一电缸532和第二电缸42，均通过移动电源供电，且第一电缸532和第二电缸42均连接有控制器，使得第一电缸532和第二电缸42能够定时启动。

本申请实施例的实施原理为：取芯钻头2对煤层钻孔取芯，煤芯进入到取芯筒3内，当取芯筒3内煤芯的量足够时，通知钻孔，等第二电缸42定时启动。第二电缸42启动时，推动断层环41水平方向移动，从而产生第一断层和第二断层，第二电缸42再推动断层环41复位。

等待第一电缸532定时启动，第一电缸532带动针筒531的活塞杆，使得针筒531内的气体进入到储料箱52内，储料箱52内的热塑性塑料被压入出料环槽51内，热塑性塑料再通过出料环槽51进入到第一断层中，并在第一断层中冷却硬化形成一层塑料板，并且塑料板的边缘位于出料环槽51内，此时取芯筒3内的煤芯位于抵紧板62、取芯筒3内壁和塑料板所围成的密闭空腔内，从而实现在取芯过程中保留煤芯中气体的效果。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种井下煤层密闭取芯装置，其特征在于：包括自上而下依次连接的钻杆(1)、取芯筒(3)和取芯钻头(2)，所述钻杆(1)、取芯筒(3)和取芯钻头(2)均竖直设置，且所述取芯筒(3)和取芯钻头(2)均中空设置；所述取芯筒(3)靠近取芯钻头(2)的一端设有用于使煤芯断层产生空隙的断芯模块(4)，所述取芯筒(3)内对应煤芯断层处设有封堵模块(5)，所述封堵模块(5)包括开设于取芯筒(3)内壁对应煤芯断层处的出料环槽(51)、设置于出料环槽(51)上方的储料箱(52)以及用于将储料箱(52)内的液体推入出料环槽(51)和煤芯断层中的推料组件(53)，所述储料箱(52)底部与出料环槽(51)的顶壁连通，所述储料箱(52)内装有一定温度的液态热塑性塑料。

2.根据权利要求1所述的一种井下煤层密闭取芯装置，其特征在于：所述推料组件(53)包括竖直设置于储料箱(52)上方的针筒(531)和竖直固定于针筒(531)上方的第一电缸(532)，所述针筒(531)存有一定量的空气。

3.根据权利要求1所述的一种井下煤层密闭取芯装置，其特征在于：所述断芯模块(4)包括设置于取芯筒(3)内壁上的断层环(41)和用于驱动断层环(41)沿水平方向移动的第二电缸(42)，所述取芯筒(3)的内壁上开设有用于安装第二电缸(42)的安装槽(31)和用于断层环(41)滑动的滑槽。

4.根据权利要求1所述的一种井下煤层密闭取芯装置，其特征在于：所述取芯筒(3)靠近钻杆(1)的一端内部设有抵紧模块(6)，所述抵紧模块(6)包括水平固定于取芯筒(3)内壁上的安装板(61)、设置于安装板(61)下方的抵紧板(62)以及设置于安装板(61)和抵紧板(62)之间的弹簧(63)，所述抵紧板(62)为圆盘状，且抵紧板(62)与取芯筒(3)内壁滑动配合。

5.根据权利要求4所述的一种井下煤层密闭取芯装置，其特征在于：所述抵紧板(62)的两端均设有限位块(621)，所述取芯筒(3)内壁对应限位块(621)处开设有沿竖向设置的限位槽(32)，所述限位块(621)沿限位槽(32)竖向滑动配合。

6.根据权利要求1所述的一种井下煤层密闭取芯装置，其特征在于：所述储料箱(52)的外部设有保温层(8)。

7.根据权利要求1所述的一种井下煤层密闭取芯装置，其特征在于：所述取芯筒(3)内壁靠近煤芯断层处设有环状的冷却槽(33)，所述冷却槽(33)内设有冷却环(7)，所述冷却环(7)为中空闭合环，所述冷却环(7)内设有液态水和少量空气。

8.根据权利要求1所述的一种井下煤层密闭取芯装置，其特征在于：所述取芯筒(3)外壁对应储料箱(52)处开设有容置槽(34)，所述储料箱(52)和推料组件(53)均拆卸式连接于容置槽(34)内。

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