CN216524937U

CN216524937U - 一种钻取一体化矿用密闭取样装置

Info

Publication number: CN216524937U
Application number: CN202123256702.0U
Authority: CN
Inventors: 苏黎楠; 卢丽媛; 宋金星; 李鹏飞
Original assignee: Henan Fosfield Technology Co ltd
Current assignee: Henan Fosfield Technology Co ltd
Priority date: 2021-12-23
Filing date: 2021-12-23
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2031-12-23

Abstract

本实用新型公开了一种钻取一体化矿用密闭取样装置，包括外缸筒组件、料仓组件和传动组件，外缸筒组件包括钻杆接头、外缸筒和取样钻头，料仓组件设置在外缸筒内部，包括固定芯轴、料仓排气接头、料仓筒和球阀；传动组件包括活塞、推进套管、复位弹簧和顶针；固定芯轴设置两处流水孔，分别是固定芯轴第一流水孔和固定芯轴第二流水孔。本实用新型操作简单、适用性强、维护简便、安全高效，实现了在钻杆钻进的同时采集煤样，即钻取一体化，避免了钻取分离时干钻取样造成的煤体升温甚至着火，且能保证煤样在采集过程中处于密闭状态，避免了煤样中的气体损失，有效提高了煤矿井下瓦斯含量测定的安全性和准确性。

Description

一种钻取一体化矿用密闭取样装置

技术领域

本实用新型涉及煤矿井下瓦斯含量测试技术领域，具体涉及一种钻取一体化矿用密闭取样装置。

背景技术

瓦斯含量的准确测定一直是煤矿安全生产的难点和重点。常用的瓦斯含量测试方法包括直接法和间接法。间接法要求测定的瓦斯压力真实可靠，而瓦斯压力测定周期长，成功率低。直接法需要深孔取样，然后采用瓦斯解吸法测试煤样的含气量，其准确性取决于深孔取样过程中的瓦斯逸散量。

《煤层瓦斯含量井下直接测定方法（GB/T 23250-2009）》中规定：取样时间越短越好，孔深大于20 m时，取样时间不得超过10 min，孔深小于20 m时，取样时间不得超过5min。现有煤矿井下瓦斯含量测试取样方法已形成了钻屑取样法、套管取样法、绳索取样法、压风取样法等技术，虽然上述方法取样深度较大，但取样时间一般较长，瓦斯极易快速释放，致使损失气测算不准，影响瓦斯含量测定精度。

因此，如何研制一种集打钻和取样一体化的装置和方法，可以在打钻过程中实施密闭取样，从而有效缩短取样时间，是目前需要解决的问题。

实用新型内容

为解决现有技术的问题，本实用新型提供一种钻取一体化矿用密闭取样装置，其操作简单、适用性强、维护简便、安全高效，实现了在钻杆钻进的同时采集煤样，即钻取一体化，避免了钻取分离时干钻取样造成的煤体升温甚至着火，且能保证煤样在采集过程中处于密闭状态，避免了煤样中的气体损失，有效提高了煤矿井下瓦斯含量测定的安全性和准确性。

为解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案为：

一种钻取一体化矿用密闭取样装置，包括外缸筒组件、料仓组件和传动组件，其中：

所述外缸筒组件包括钻杆接头、外缸筒和取样钻头，所述钻杆接头左端与钻机钻杆可拆卸式固定相连接，右端与外缸筒可拆卸式固定连接；所述外缸筒左端与钻杆接头可拆卸式固定连接，右端与取样钻头可拆卸式固定连接；所述取样钻头中间取样孔设置有与其开合连接的密封盖，钻进时，密封盖封闭取样孔，取样时，密封盖打开取样孔；

所述料仓组件设置在外缸筒内部，包括固定芯轴、料仓排气接头、料仓筒和球阀；所述固定芯轴左端与钻杆接头可拆卸式固定连接，右端与料仓排气接头可拆卸式固定连接；所述料仓排气接头与料仓筒可拆卸式固定连接，所述料仓筒右端与球阀的左端可拆卸式固定连接；所述球阀包括球阀球心和球阀转轴，球阀转轴上设有齿轮；

所述传动组件包括活塞、推进套管、复位弹簧和顶针；所述活塞滑动套设在固定芯轴上，同时活塞与外缸筒内壁滑动配合；活塞左端与钻杆接头相接触，且活塞左端与外缸筒形成活塞腔，活塞右端与推进套管相接触；所述推进套管套设在料仓筒上并与外缸筒内壁滑动配合，推进套管左端与活塞相接触，右端与顶针接触；推进套管上设置齿条，齿条与球阀转轴上齿轮啮合；所述顶针与外缸筒内壁滑动配合，且顶针中心设有轴向的通道，顶针左端通过通道与球阀的右端滑动密封连接，顶针右端延伸至取样钻头的取样孔；顶针上套设复位弹簧，复位弹簧左端与顶针相接触，复位弹簧右端与外缸筒的右端部接触；

所述固定芯轴设置两处流水孔，分别是固定芯轴第一流水孔和固定芯轴第二流水孔，固定芯轴第一流水孔与活塞腔相连，所述活塞上还设置有活塞流水孔；当设备钻孔时，活塞流水孔与固定芯轴第二流水孔相连，冷却水通过固定芯轴第二流水孔，经活塞流水孔及外缸筒进入到取样钻头；当设备取样时，高压水通过固定芯轴第一流水孔进入活塞腔，同时活塞移动使活塞流水孔与固定芯轴第二流水孔断开。

所述钻杆接头左端通过螺纹与钻机钻杆相连接，右端通过螺纹与外缸筒相连；所述外缸筒左端通过螺纹与钻杆接头相连接，右端通过螺纹与取样钻头相连。

所述固定芯轴左端与通过螺纹钻杆接头连接，右端通过螺纹与料仓排气接头相连；所述料仓排气接头通过螺纹与料仓筒连接，所述料仓筒左端通过螺纹与料仓排气接头相连，右端通过螺纹与球阀的左端相连。

所述料仓排气接头整体通过外螺纹与料仓筒内壁连接，料仓排气接头中心设置连通的两处螺纹孔，左端螺纹孔与固定芯轴相连，右端螺纹孔内置密封圈、密封钢珠、压紧弹簧和压紧螺母。

所述顶针包括同轴一体连接的大圆柱段、圆台段和小圆柱段，大圆柱段与圆台段的大直径端对接，小圆柱段与圆台段的小直径端对接；同时，大圆柱段与球阀的右端滑动密封连接，小圆柱段延伸至取样钻头的取样孔，取样时小圆柱段右移将密封盖顶开。

所述顶针上大圆柱段与圆台段的大直径端对接处形成台阶，复位弹簧的左端与所述台阶相接。

所述钻杆接头与外缸筒之间设置密封圈，钻杆接头与固定芯轴之间设置密封圈，固定芯轴与料仓排气接头之间设置密封圈，活塞与外缸筒之间均设置密封圈，活塞与固定芯轴之间均设置密封圈，顶针的大圆柱段与料仓筒之间设置密封圈，球阀与料仓筒之间设置密封圈，球阀与推进套管之间设置密封圈。

本实用新型的有益效果：

（1）结构合理：本实用新型采用活塞和复位弹簧组合的结构控制球阀的开启，取样时调高水泵压力，活塞在高压水的作用下推动推进套管运动，推进套管上的齿条带动球阀开启，同时推进套管带动顶针运动，将取样钻头的密封盖顶开。当取样完成后，调低水泵压力，复位弹簧推动推进套管复位，关闭球阀，取样钻头的密封盖恢复原位，进而达到料仓密封的效果。本实用新型固定芯轴设置两处流水孔，固定芯轴第一流水孔与活塞腔相连，固定芯轴第二流水孔在钻进时与活塞流水孔相连，钻进时冷却水能顺利到达取样钻头，取样时固定芯轴第二流水孔与活塞流水孔断开，保证活塞腔有足够的压力推动传动组件。

（2）操作简单：钻进前将本实用新型与钻杆螺纹连接，钻进时只需正常操作钻机，取样时调高与钻机相连的水泵压力，取样结束时调低水泵压力，无需退钻重新更换取样装置。

（3）样品无污染：本实用新型取样钻头中间的取样孔设置有密封盖，钻进时料仓关闭，保证了料筒仓及料仓进料段均无污染物进入，取样时顶针将密封盖顶开，料仓自动开启，取样孔正常进料，取样结束后密封盖恢复原位，料仓自动关闭，保证了样品的绝对纯净。

附图说明

图1是本实用新型剖视结构示意图；

图2是本实用新型固定芯轴结构示意图；

图3是本实用新型球阀结构示意图；

图4是本实用新型述传动组件结构示意图；

图5是本实用新型取样钻头结构示意图；

图6是本实用新型、料仓排气接头结构示意图；

图7是本实用新型工作流程示意图。

图中标记：1、钻杆接头，2、外缸筒，3、取样钻头，4、固定芯轴，5、活塞，6、推进套管，7、料仓排气接头，8、球阀，9、球阀转轴，10、球阀球心，11、顶针，12、复位弹簧，13、密封盖，14、密封钢珠，15、压紧弹簧，16、压紧螺母，17、料仓筒，18、齿轮，19-26密封圈，401、固定芯轴第一流水孔，402、固定芯轴第二流水孔。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，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；对于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。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图对本实用新型实施方式作进一步详细描述。应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，“右”是取样钻头3所在的方向，“左”是钻杆接头1所在的方向。

如图1至图6所示，本实施例的一种钻取一体化矿用密闭取样装置，包括外缸筒组件、料仓组件和传动组件，其中：

所述外缸筒组件包括钻杆接头1、外缸筒2和取样钻头3，钻杆接头1左端通过螺纹与钻机钻杆相连接，右端通过螺纹与外缸筒2相连；外缸筒2左端通过螺纹与钻杆接头1相连接，右端通过螺纹与取样钻头3相连。取样钻头3中间取样孔设置有与其开合连接的密封盖13，钻进时，密封盖13封闭取样孔，取样时，密封盖13打开取样孔。

料仓组件设置在外缸筒2内部，包括固定芯轴4、料仓排气接头7、料仓筒17和球阀8。固定芯轴4左端与钻杆接头连接，右端通过螺纹与料仓排气接头7相连。

料仓排气接头7整体通过外螺纹与料仓筒17内壁连接，料仓筒17右端通过螺纹与球阀8的左端相连。料仓排气接头中心设置连通的两处螺纹孔，左端螺纹孔与固定芯轴相连，右端螺纹孔内置密封圈26、密封钢珠14、压紧弹簧15和压紧螺母16，用于料仓组件内气体的排出。

球阀8包括球阀球心10、球阀密封9和球阀转轴9，球阀转轴9上设有齿轮18。

传动组件包括活塞5、推进套管6、复位弹簧12和顶针11，传动组件用于控制球阀的开关。活塞5滑动套设在固定芯轴4上，同时活塞与外缸筒2内壁滑动配合；活塞5左端与钻杆接头相接触1，且活塞左端与外缸筒2形成活塞腔，活塞5右端与推进套管6相接触。

推进套管6套设在料仓筒17上并与外缸筒2内壁滑动配合，推进套管6左端与活塞5相接触，右端与顶针11接触。推进套管6上设置齿条，齿条与球阀转轴9上齿轮18啮合。

顶针11与外缸筒2内壁滑动配合，且顶针中心设有轴向的通道，顶针11左端通过通道与球阀的右端滑动密封连接，顶针11右端延伸至取样钻头3的取样孔；顶针11上套设复位弹簧12，复位弹簧12左端与顶针相接触，复位弹簧12右端与外缸筒2的右端部接触。

具体的，顶针11包括同轴一体连接的大圆柱段、圆台段和小圆柱段，大圆柱段与圆台段的大直径端对接，小圆柱段与圆台段的小直径端对接；同时，大圆柱段与球阀的右端滑动密封连接，小圆柱段延伸至取样钻头3的取样孔。

同时，顶针11上大圆柱段与圆台段的大直径端对接处形成台阶，复位弹簧12的左端与所述台阶相接。

固定芯轴4设置两处流水孔，分别是固定芯轴第一流水孔401和固定芯轴第二流水孔402，固定芯轴第一流水孔401与活塞腔相连，活塞5上还设置有活塞流水孔；当设备钻孔时，活塞流水孔5与固定芯轴第二流水孔402相连，冷却水通过固定芯轴第二流水孔402，经活塞流水孔及外缸筒2进入到取样钻头3；当设备取样时，高压水通过固定芯轴第一流水孔401进入活塞腔，同时活塞移动使活塞流水孔与固定芯轴第二流水孔402断开，保证活塞腔有足够的压力推动传动组件。

为保证密封效果，钻杆接头1与外缸筒2之间设置密封圈20，钻杆接头1与固定芯轴4之间设置密封圈19，固定芯轴4与料仓排气接头7之间设置密封圈，料仓排气接头7与料仓筒17之间设置密封圈22，活塞5与外缸筒2之间均设置密封圈21，活塞5与固定芯轴4之间均设置密封圈，顶针11的大圆柱段与料仓筒17之间设置密封圈25，球阀8与料仓筒17之间设置密封圈，球阀8与推进套管6之间设置密封圈23。

本实施例的钻取一体化矿用密闭取样装置用于煤矿深孔定点密闭取样。

如7所示，本实施例还公开一种钻取一体化矿用密闭取样方法，使用所述的钻取一体化矿用密闭取样装置，包括以下步骤：

（1）工作前先将各部件按上述位置关系组装。钻进时，钻机钻杆带动取样器钻进，钻进过程中球阀8关闭，密封盖13闭合，保证钻孔过程中没有煤粉及其他污染物进入料仓组件；冷却水依次通过固定芯轴第二流水孔402，经活塞流水孔及外缸筒2进入到取样钻头3，对钻头进行冷却。

（2）钻进到预定位置开始取样时，提高钻机冷却水泵压力，高压水通过固定芯轴第一流水孔401进入活塞腔，推动活塞5向右运动，活塞5带动推进套管6，推进套管6上的齿条带动球阀8的球阀转轴9上的齿轮18转动，进而球阀8的球阀球心10旋转90°，球阀开启。推进套管6右端带动顶针11向右移动，顶针11将密封盖13顶开。

（3）钻机继续工作开始取样，煤样通过取样钻头3经顶针11及球阀8进入料仓筒17内部；

（4）取样结束时，关闭钻机冷却水泵，复位弹簧12推动顶针11、推进套管6及活塞5向左运动，直至活塞5与钻杆接头1相接触，同时推进套管6上的齿条带动球阀8的球阀转轴9上的齿轮18转动，进而球阀8的球阀球心10旋转90°，球阀关闭，完成取样。

（5）取样结束后，依次卸下钻杆接头1、固定芯轴4、活塞5，将瓦斯检测用具装入料仓排气接头，瓦斯检测用具上的顶针将密封钢珠14顶开，料仓筒17内的瓦斯气体进入到瓦斯检测用具里。最后将料仓组件取出，打开球阀8，将料仓13内的煤样倒出进行分析检验。

本实用新型采用活塞和复位弹簧组合的结构控制球阀的开启，取样时调高水泵压力，活塞在高压水的作用下推动推进套管运动，推进套管上的齿条带动球阀开启，同时推进套管带动顶针运动，将取样钻头的密封盖顶开。当取样完成后，调低水泵压力，复位弹簧推动推进套管复位，关闭球阀，取样钻头的密封盖恢复原位，进而达到料仓密封的效果。

本实用新型操作简单，钻进前将本实用新型与钻杆螺纹连接，钻进时只需正常操作钻机，取样时调高与钻机相连的水泵压力，取样结束时调低水泵压力，无需退钻重新更换取样装置。

本实用新型样品无污染，取样钻头中间的取样孔设置有密封盖，钻进时料仓关闭，保证了料筒仓及料仓进料段均无污染物进入，取样时顶针将密封盖顶开，料仓自动开启，取样孔正常进料，取样结束后密封盖恢复原位，料仓自动关闭，保证了样品的绝对纯净。

本实用新型操作简单、适用性强、维护简便、安全高效，实现了在钻杆钻进的同时采集煤样，即钻取一体化，避免了钻取分离时干钻取样造成的煤体升温甚至着火，且能保证煤样在采集过程中处于密闭状态，避免了煤样中的气体损失，有效提高了煤矿井下瓦斯含量测定的安全性和准确性。

以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1.一种钻取一体化矿用密闭取样装置，其特征在于：包括外缸筒组件、料仓组件和传动组件，其中：

2.根据权利要求1所述的钻取一体化矿用密闭取样装置，其特征在于：所述钻杆接头左端通过螺纹与钻机钻杆相连接，右端通过螺纹与外缸筒相连；所述外缸筒左端通过螺纹与钻杆接头相连接，右端通过螺纹与取样钻头相连。

3.根据权利要求1所述的钻取一体化矿用密闭取样装置，其特征在于：所述固定芯轴左端与通过螺纹钻杆接头连接，右端通过螺纹与料仓排气接头相连；所述料仓排气接头通过螺纹与料仓筒连接，所述料仓筒左端通过螺纹与料仓排气接头相连，右端通过螺纹与球阀的左端相连。

4.根据权利要求1所述的钻取一体化矿用密闭取样装置，其特征在于：所述料仓排气接头整体通过外螺纹与料仓筒内壁连接，料仓排气接头中心设置连通的两处螺纹孔，左端螺纹孔与固定芯轴相连，右端螺纹孔内置密封圈、密封钢珠、压紧弹簧和压紧螺母。

5.根据权利要求1-4任一项所述的钻取一体化矿用密闭取样装置，其特征在于：所述顶针包括同轴一体连接的大圆柱段、圆台段和小圆柱段，大圆柱段与圆台段的大直径端对接，小圆柱段与圆台段的小直径端对接；同时，大圆柱段与球阀的右端滑动密封连接，小圆柱段延伸至取样钻头的取样孔，取样时小圆柱段右移将密封盖顶开。

6.根据权利要求5所述的钻取一体化矿用密闭取样装置，其特征在于：所述顶针上大圆柱段与圆台段的大直径端对接处形成台阶，复位弹簧的左端与所述台阶相接。

7.根据权利要求5所述的钻取一体化矿用密闭取样装置，其特征在于：所述钻杆接头与外缸筒之间设置密封圈，钻杆接头与固定芯轴之间设置密封圈，固定芯轴与料仓排气接头之间设置密封圈，活塞与外缸筒之间均设置密封圈，活塞与固定芯轴之间均设置密封圈，顶针的大圆柱段与料仓筒之间设置密封圈，球阀与料仓筒之间设置密封圈，球阀与推进套管之间设置密封圈。