CN217059424U - 一种干式密闭取样系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种干式密闭取样系统，包括设置在煤矿井下的压风装置和高压供水设备，压风装置和高压供水设备分别连接三通转换器的两个入口端，三通转换器的出口端经水便连通设置在钻孔内的钻杆的入口端，钻杆的出口端连接有取样装置；三通转换器用于实现压风装置和高压供水设备的切换，使得完成取样的取样装置在压风装置送入的压风的压力作用下封闭，或者使得完成取样的取样装置在压风装置送入的压风和高压供水设备送入的高压水的共同压力作用下封闭。本实用新型通过连接在三通转换器上的高压供水设备和压风装置的组合，实现取样钻进和打压关闭所用介质的切换，解决现有技术中无法采集到干燥煤样而导致的煤样水分失真问题。

Description

一种干式密闭取样系统

技术领域

本实用新型属于地质勘探及煤矿安全技术领域，涉及干式密闭取样系统。

背景技术

瓦斯含量是矿井瓦斯灾害预测与防治、瓦斯资源评价和开发等方面的基础参数。随着矿井采掘、钻探等技术的迅速发展和矿井提能增效的需求日增，深孔测定煤层瓦斯含量技术需求越来越迫切。瓦斯含量测定的结果往往与实际值相差较大，给煤矿安全生产和瓦斯资源的勘探开发造成误判。

为解决上述问题，在煤层矿区开始应用煤矿井下煤层长距离密闭取样瓦斯含量测定技术，且取得了较好的效果，但由于该技术通过压水进行取样和打压密闭煤样，导致无法采集到干燥煤样，而且该技术在碎软高瓦斯煤层的应用受限，因碎软高瓦斯煤层遇水易出现喷孔或塌孔，导致无法采用清水进行密闭取样钻进和煤样孔底关闭。因此亟需一种能够采集干燥煤样的干式密闭取样系统及装置。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本实用新型提供了干式密闭取样系统，以解决现有技术中煤矿井下深孔无法无法采集到干燥煤样的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型采取如下的技术方案：

一种干式密闭取样系统，包括设置在煤矿井下的压风装置和高压供水设备，所述压风装置和高压供水设备分别连接三通转换器的两个入口端，所述三通转换器的出口端经水便连通设置在钻孔内的钻杆的入口端，所述钻杆的出口端连接有取样装置；

所述三通转换器用于实现压风装置和高压供水设备的切换，使得完成取样的取样装置在压风装置送入的压风的压力作用下封闭，或者使得完成取样的取样装置在压风装置送入的压风和高压供水设备送入的高压水的共同压力作用下封闭。

本实用新型还具有以下技术特征：

具体的，所述取样装置包括取样外筒，所述取样外筒的两端分别设置有与取样外筒同轴且可拆卸固定连通的取样钻头和上接头；

所述上接头的下端伸至所述取样外筒内，所述上接头的尾端依次同轴连通设置有连接套筒和打压球座，所述打压球座的下端设置有取样内筒及取样内筒接长段；所述打压球座包括球座本体，所述球座本体内设置有头端和尾端开放的内腔体；

所述连接套筒和取样内筒外还同轴套装有推动筒；所述内腔体内设置有解吸阀，所述解吸阀与取样内筒相连；所述取样内筒内靠近取样钻头的一端设置有密封球阀；

由压风装置送入内腔体的高压气体或高压供水设备送入内腔体的高压水可通过开设在连接套筒上的过流孔后推动液压推动头轴向移动关闭密封球阀和解吸阀。

更进一步的，所述内腔体包括由上至下依次连通且的第一腔体，第二腔体和第三腔体，所述第二腔体的内侧面形成限位面。

更进一步的，所述取样装置还包括封堵球，所述封堵球可与所述限位面相接形成环形密封带。

更进一步的，所述液压推动头通过穿射在连接套筒外壁内的动力销钉限位。

更进一步的，所述液压推动头通过穿设在尾端的固定销钉与所述推动筒相连。

更进一步的，所述解吸阀顶端设置有解吸阀旋钮，所述解吸阀旋钮穿入开设在打压球座本体上的第一通孔；

所述密封球阀设置在阀座中，所述阀座嵌装在取样内筒中，所述密封球阀上设置有密封球阀旋钮，所述密封球阀旋钮通过开设在阀座上的窗口穿出阀座，所述窗口与沿取样内筒轴向开设的导向槽连通；在推动筒沿轴向移动的过程中，设置在推动筒内壁上的推动块可推动解吸阀旋钮旋转以关闭解吸阀，设置在推动筒尾端的推动片可沿导向槽滑动，从而推动密封球阀旋钮转动，以关闭密封球阀。

更进一步的，所述三通转换器包括三通转换器本体，所述三通转换器本体上设置有连通的第一接口端、第二接口端和第三接口端，所述第一接口端经第一连通管连接钻杆，第二接口端经高压气管连通压风装置，第三接口端经高压水管连通高压供水设备，靠近第一接口端的转换器本体外壁上还开设有封堵球投放口。

更进一步的，所述第一连通管上设置有压力监测装置。

更进一步的，所述第一连通管、高压气管和高压水管的管径均为32mm。

本实用新型与现有技术相比，有益的技术效果是：

(1)本实用新型通过连接在三通转换器上的高压供水设备和压风装置的组合使用，实现了取样钻进和打压关闭所用介质的切换，解决了现有技术中无法采集到干燥煤样而导致的煤样水分失真问题、同时可以有效避免在碎软煤层中出现喷孔、塌孔等问题，可以实现原位瓦斯赋存、原始含水率的保瓦斯、保水的煤样取样，使瓦斯含量、含水率等测值更真实、更准确。

(2)本实用新型通过结构设计，使得系统在完成取心后，可以借助气体压力或者水压实现取样内筒两端的解吸阀和密封球阀联动关闭，实现取样内筒的密封，从而最大限度缩短煤样暴露的时间，减少了煤样或岩样的气量损失及污染。

(3)本实用新型在取样外筒带动取样钻头旋转的时候，取样内筒和推动筒不发生旋转，从而有效避免了取样内筒旋转而导致的煤心破坏，提高了取样的质量。本实用新型操作简单，施工省时省力，值得推广。

附图说明

图1为本实用新型系统的整体结构示意图；

图2为取样装置的结构示意图；

图3为取样装置的局部结构示意图；

图4为密封球阀结构示意图；

图5为的取样装置内流体走向示意图，其中(a)为投入封堵球之前，(b) 为投入封堵球之后、动力销钉剪断之前，(c)为动力销钉剪断之后；

图中各标号表示为：

1-压风装置，2-高压供水设备，3-三通转换器，4-水便，5-钻杆，6-取样装置， 7-动力销钉，8-阀座，9-轴承组，10-第一连通管，11-高压气管，12-高压水管， 14-封堵球；61-取样外筒，62-取样钻头，63-上接头，64-连接套筒，65-打压球座， 66-取样内筒，67-取样内筒接长段，68-推动筒，69-解吸阀；81-窗口；610-密封球阀，611-液压推动头，612-固定销钉；641-过流孔，651-球座本体；6511-第一通孔；661-导向槽，681-推动块，682-推动片，691-解吸阀旋钮；6101-密封球阀旋钮；652-内腔体；6521-第一腔体，6522-第二腔体，6523-第三腔体，A-限位面。

以下结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型做具体说明。

具体实施方式

遵从上述技术方案，以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。下面结合实施例对本实用新型做进一步详细说明。

本实用新型在进行方位描述时，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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”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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在未作相反说明的情况下，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

需要说明的是，本实用新型中的所有零部件，在没有特殊说明的情况下，均采用本领域已知的零部件。

实施例1：

包括设置在煤矿井下的压风装置1和高压供水设备2，所述压风装置1和高压供水设备2分别连接三通转换器3的入口端，所述三通转换器3的出口端还通过水便4连通设置在钻孔内的钻杆5，所述钻杆5上还连接有取样装置6；

本实施例中所用的压风装置1为空气压缩机，空气压缩机连接井下供风管路，高压供水设备2为泥浆高压泵，泥浆高压泵连接井下供水管路。

所述三通转换器3用于实现压风装置1和高压供水设备2的切换，使得完成取样的取样装置6在压风装置1送入的压风的压力作用下封闭，或者使得完成取样的取样装置6在压风装置1送入的压风和高压供水设备2送入的高压水的共同压力作用下封闭。

作为本实施例的一种优选方案，如图3～图5所示，所述取样装置6包括取样外筒61，所述取样外筒61的两端分别设置有与取样外筒61同轴且可拆卸固定连通的取样钻头62和上接头63；

所述上接头63的下端伸至所述取样外筒61内，所述上接头63的尾端依次同轴连通设置有连接套筒64和打压球座65，所述打压球座的下端设置有取样内筒66及取样内筒接长段67；所述打压球座65包括球座本体651，所述球座本体 651内设置有头端和尾端开放的内腔体652；连接套筒64用于实现取样内筒66 与上接头63的搭接，同时可以起到扶正取样内筒66的作用。

所述连接套筒64和取样内筒66外还同轴套装有推动筒68；所述内腔体652 内设置有解吸阀69，所述解吸阀69与取样内筒66相连；所述取样内筒66内靠近取样钻头62的一端设置有密封球阀610；所述连接套筒64的外壁上套设有液压推动头611；

由于连接套筒64的存在，可以确保分别与连接套筒64固定连接的取样内筒 66与推动筒68只能沿轴向滑动，在取样内筒6与推动筒68下行的过程中，取样内筒接长段37能够进入取样钻头62的内腔，使得煤样进去取样内筒66。

由压风装置1送入内腔体的高压气体或高压供水设备2送入内腔体的高压水可通过开设在连接套筒64上的过流孔641后推动液压推动头611轴向移动关闭密封球阀610和解吸阀69。

解吸阀69在取样钻进过程中保持敞开状态，在煤心进入取样内筒66时，取样内筒66里可能存在的水和杂质受到煤心的挤压可经由解吸阀69的内孔排出，从而可以提高煤心采取率并得到相对干燥的煤样；解吸阀69还可以用作取样内筒66的测试接口，在取样结束将取样内筒66从装置中抽出后，可直接将解吸阀 69与测试仪器连接，然后进行解吸测试。密封球阀610在开启时，取样得到的煤岩心可通过密封球阀610进入取样内筒66，密封球阀610在关闭时，起到密封煤岩心、防止煤岩心解吸出的气体逸散损失的作用，此外，密封球阀610还起到剪断煤岩心的作用。

作为本实施例的一种优选方案，所述内腔体652包括由上至下依次连通且的第一腔体6521，第二腔体6522和第三腔体6523，所述第二腔体6522的内侧面形成限位面A。

作为本实施例的一种优选方案，所述取样装置还包括封堵球14，封堵球14 由钻杆5进入第二腔体6522后，由于封堵球的直径大于第二腔体小径端的直径，所以封堵球14可与所述限位面A相接形成环形密封带。

作为本实施例的一种优选方案，所述液压推动头611通过穿设在连接套筒 64外壁内的动力销钉7限位。

液压推动头611内表面与连接套筒64的外表面之间有间隙，液压推动头611 的外表面与取样外筒61的内壁之间也有间隙，所以，在液压推动头611与连接套筒64之间设置有内密封圈，在液压推动头611与取样外筒61之间设置有外密封圈。内密封圈和外密封圈的作用就是填充上述间隙，避免封堵球14投入内腔体652后，从过流孔641流出的气体或液体从上述间隙流过，无法在取样外筒 61、轴承组9、连接套筒64和液压推动头611之间形成密封腔。

在放入封堵球之前的气体走向如图5(a)所示，在放入封堵球之后、动力销钉612被剪断前的气体流向如如图5(b)所示，在动力销钉612被剪断后，液压推动头611向下运动，此时由于连接套筒下端的外径缩小，所以内密封圈 24与连接套筒外壁间隙变大，如图5(c)所示，此时，高压流体从间隙处泄出沿取样内筒66和取样外筒61的环空间隙进入取样钻头62，并由取样钻头62 上的钻头过流孔14排出，从而导致系统压力骤然下降。

作为本实施例的一种优选方案，所述液压推动头611通过固定销钉612与所述推动筒68相连。

所述解吸阀69顶端设置有解吸阀旋钮691，所述解吸阀旋钮691穿入开设在打压球座本体651上的第一通孔6511；

所述密封球阀610设置在阀座8中，所述阀座8嵌装在取样内筒66中，所述密封球阀610上设置有密封球阀旋钮6101，所述密封球阀旋钮6101通过开设在阀座8上的窗口81穿出阀座，所述窗口81与沿取样内筒66轴向开设的导向槽661连通；在推动筒68沿轴向移动的过程中，设置在推动筒68内壁上的推动块681可推动解吸阀旋钮691旋转以关闭解吸阀69，设置在推动筒68尾端的推动片682可沿导向槽661滑动，从而推动密封球阀旋钮6101转动，以关闭密封球阀610。阀座8用于固定密封球阀610，阀座8的一端通过螺纹连接取样内筒 66的筒体，另一端螺纹连接取样内筒接长段67。

其中，根据具体施工条件，第一通孔6511与导向槽661可以同轴设置，也可以不同轴设置。

作为本实施例的一种优选方案，所述上接头63的下端套设有轴承组9，所述轴承组9与所述连接套筒64螺纹连接。导向槽661的作用还包括防止推动片 682在径向上发生偏移，避免推动片682与密封球阀旋钮6101接触不紧密或不接触、从而导致密封球阀610关闭失败。

作为本实施例的一种优选方案，所述三通转换器3包括三通转换器本体，所述三通转换器本体上设置有连通的第一接口端、第二接口端和第三接口端，所述第一接口端经第一连通管10连接钻杆5，第二接口端经高压气管11连通压风装置1，第三接口端经高压水管12连通高压供水设备2，靠近第一接口端的转换器本体外壁上还开设有封堵球投放口，所述第一连通管10上设置有压力监测装置。在第一连通管10、高压气管11和高压水管12上均设置有阀门，可以通过阀门控制第一连通管10、高压气管11和高压水管12的接通或关闭。

作为本实施例的一种优选方案，所述第一连通管10、高压气管11和高压水管12的管径均为32mm。

本实用新型的使用过程如下：

解吸阀69和密封球阀610在打压前均保持敞开状态，向钻杆5的内部投入封堵球14并开始用压风装置1或高压供水设备2打压，封堵球14被送入打压球座65形成环形密封带，进入内腔体652的高压流体经过流孔641流入由液压推动头611、连接套筒64、取样外筒66和轴承组9的端面形成的密封腔，继续泵注高压流体使得密闭取样装置6内压力升高，此时流体压力主要作用于液压推动头611，当压力升高至一定程度后，动力销钉612被剪断，液压推动头611推动推动筒68一起滑行，推动筒68下端的推动片682可推动密封球阀610旋钮转动，推动块981可驱动解吸阀旋钮691转动，从而使得密封球阀610和解吸阀69联动关闭，将煤岩样品密封于取样内筒中。

本实用新型通过取样钻进和打压关闭所用介质的改变，解决了现有技术中无法采集到干燥煤样而导致的煤样水分失真问题、同时可以有效避免在煤层中取样可能存在的喷孔、塌孔等问题，可以实现原位瓦斯赋存、原始含水率的保瓦斯、保水的煤样取样，使瓦斯含量、含水率等测值更真实、更准确。

Claims (10)

1.一种干式密闭取样系统，包括设置在煤矿井下的压风装置(1)和高压供水设备(2)，其特征在于，所述压风装置(1)和高压供水设备(2)分别连接三通转换器(3)的两个入口端，所述三通转换器(3)的出口端经水便(4)连通设置在钻孔内的钻杆(5)的入口端，所述钻杆(5)的出口端连接有取样装置(6)；

所述三通转换器(3)用于实现压风装置(1)和高压供水设备(2)的切换，使得完成取样的取样装置(6)在压风装置(1)送入的压风的压力作用下封闭，或者使得完成取样的取样装置(6)在压风装置(1)送入的压风和高压供水设备(2)送入的高压水的共同压力作用下封闭。

2.如权利要求1所述的干式密闭取样系统，其特征在于，所述取样装置(6)包括取样外筒(61)，所述取样外筒(61)的两端分别设置有与取样外筒(61)同轴且可拆卸固定连通的取样钻头(62)和上接头(63)；

所述上接头(63)的下端伸至所述取样外筒(61)内，所述上接头(63)的尾端依次同轴连通设置有连接套筒(64)和打压球座(65)，所述打压球座(65)的下端设置有取样内筒(66)及取样内筒接长段(67)；所述打压球座(65)包括球座本体(651)，所述球座本体(651)内设置有头端和尾端开放的内腔体(652)；

所述连接套筒(64)和取样内筒(66)外还同轴套装有推动筒(68)；所述内腔体(652)内设置有解吸阀(69)，所述解吸阀(69)与取样内筒(66)相连；所述取样内筒(66)内靠近取样钻头(62)的一端设置有密封球阀(610)；

所述连接套筒(64)的外壁上套设有液压推动头(611)；

由压风装置(1)送入内腔体的高压气体或高压供水设备(2)送入内腔体的高压水可通过开设在连接套筒(64)上的过流孔(641)后推动液压推动头(611)轴向移动关闭密封球阀(610)和解吸阀(69)。

3.如权利要求2所述的干式密闭取样系统，其特征在于，所述内腔体(652)包括由上至下依次连通且的第一腔体(6521)，第二腔体(6522)和第三腔体(6523)，所述第二腔体(6522)的内侧面形成限位面(A)。

4.如权利要求3所述的干式密闭取样系统，其特征在于，所述取样装置还包括封堵球(14)，所述封堵球(14)可与所述限位面(A)相接形成环形密封带。

5.如权利要求4所述的干式密闭取样系统，其特征在于，所述液压推动头(611) 通过穿设在连接套筒(64)外壁内的动力销钉(7)限位。

6.如权利要求2所述的干式密闭取样系统，其特征在于，所述液压推动头(611)通过固定销钉(612)与所述推动筒(68)相连，所述上接头(63)与连接套筒(64)的外壁上还套装有轴承组(9)。

7.如权利要求2所述的干式密闭取样系统，其特征在于，所述解吸阀(69)顶端设置有解吸阀旋钮(691)，所述解吸阀旋钮(691)穿入开设在打压球座本体(651)上的第一通孔(6511)；

所述密封球阀(610)设置在阀座(8)中，所述阀座(8)嵌装在取样内筒(66)中，所述密封球阀(610)上设置有密封球阀旋钮(6101)，所述密封球阀旋钮(6101)通过开设在阀座(8)上的窗口(81)穿出阀座，所述窗口(81)与沿取样内筒(66)轴向开设的导向槽(661)连通；在推动筒(68)沿轴向移动的过程中，设置在推动筒(68)内壁上的推动块(681)可推动解吸阀旋钮(691)旋转以关闭解吸阀(69)，设置在推动筒(68)尾端的推动片(682)可沿导向槽(661)滑动，从而推动密封球阀旋钮(6101)转动，以关闭密封球阀(610)。

8.如权利要求2所述的干式密闭取样系统，其特征在于，所述三通转换器(3)包括三通转换器本体，所述三通转换器本体上设置有连通的第一接口端、第二接口端和第三接口端，所述第一接口端经第一连通管(10)连接钻杆(5)，第二接口端经高压气管(11)连通压风装置(1)，第三接口端经高压水管(12)连通高压供水设备(2)，靠近第一接口端的转换器本体外壁上还开设有封堵球投放口。

9.如权利要求8所述的干式密闭取样系统，其特征在于，所述第一连通管(10)上设置有压力监测装置。

10.如权利要求8所述的干式密闭取样系统，其特征在于，所述第一连通管(10)、高压气管(11)和高压水管(12)的管径均为32mm。

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