CN218002958U - 一种煤层钻孔保压取样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种煤层钻孔保压取样装置，包括外筒组件、内筒组件，内筒组件设置在外筒组件内且内筒组件可相对于外筒组件滑动；外筒组件包括钻进采样机构、外筒筒体、外筒接头，钻进采样机构设置在外筒筒体前端，外筒接头设置在外筒筒体后端；内筒组件包括存样机构、球阀机构、控制执行机构，存样机构包括内筒筒体、内筒接头；球阀机构设置在内筒筒体的前端，控制执行机构设置在存样机构的后端并通过内筒接头与内筒筒体连接；球阀机构的前端设置有推轴。本装置实现了取样前关闭，取样时打开，取样完关闭的三级动作，保证取到的煤样新鲜，保压性好，取到的煤样瓦斯不会逸散，有效提高了采集煤样的解析结果准确性。

Description

一种煤层钻孔保压取样装置

技术领域

本实用新型涉及煤样采集技术领域，尤其涉及一种煤层钻孔保压取样装置。

背景技术

煤层瓦斯含量是衡量煤层瓦斯赋存情况的一个重要指标，是预测矿井瓦斯涌出量、指导煤矿瓦斯抽采设计、进行瓦斯治理效果评判的重要参考依据。目前，煤层瓦斯含量测定方法主要有间接法和直接法。间接法是根据实测的煤层瓦斯压力、煤的吸附常数、工业分析等参数，用朗格缪尔公式计算煤层瓦斯含量。该方法测试周期较长，成本较高，煤矿现场较少采用。在实际煤层瓦斯含量测定中主要采用直接法，直接法是通过在孔口接取煤屑或在孔底钻取煤芯取样，测定和计算取样过程的瓦斯损失量、解吸瓦斯量和残存瓦斯量，这三者之和为煤层瓦斯含量。孔口接取煤屑通过向孔内压风排煤粉的方式完成，工艺简单，易于操作，但孔壁残余煤粉对取样准确性的影响较大、煤样完整度较差，特别是在松软煤层或者钻孔深度较大情况下，孔壁残余煤粉对含量的准确性影响更大。钻取煤芯测定瓦斯含量方法是指先用钻机开孔到预定深度，再换上取样器钻取煤芯，取样器一般包括取芯筒和与取芯筒配套的取样钻头，现有取样器一般为敞口式，取样口小，不易取样，样品中杂质较多，有效采样少，不适合深孔采样。因此，如何满足深孔密闭保压取样的要求，减少取样过程中的瓦斯损失量是准确测量深孔煤层瓦斯含量的关键。

因此，有必要研究一种煤层钻孔保压取样装置来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型目的是针对上述问题，提供一种结构简单、使用便利的煤层钻孔保压取样装置。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种煤层钻孔保压取样装置，所述煤层钻孔保压取样装置包括外筒组件、内筒组件，所述内筒组件设置在外筒组件内且内筒组件可相对于外筒组件滑动；所述外筒组件包括钻进采样机构、外筒筒体、外筒接头，钻进采样机构设置在外筒筒体前端，外筒接头设置在外筒筒体后端；所述内筒组件包括存样机构、球阀机构、控制执行机构，所述存样机构包括内筒筒体、内筒接头；所述球阀机构设置在内筒筒体的前端，所述控制执行机构设置在存样机构的后端并通过内筒接头与内筒筒体连接；所述球阀机构的前端设置有推轴。

进一步的，所外筒接头的后端通过钻杆与钻机相连接；所述外筒筒体套接在内筒筒体外侧，外筒筒体外侧壁上设置有螺旋排渣槽，外筒接头套在控制执行机构外周，所述内筒筒体与外筒筒体内壁之间有间隙。

进一步的，所述钻进采样机构包括采样钻头；所述球阀机构包括球阀阀体、球阀、球阀阀杆、球阀开关件；球阀阀体的一端与取样钻头相连接，球阀阀体的另一端与内筒筒体相连接，球阀阀体内设置有可在球阀阀体内转动的球阀控制件；所述球阀控制件中心位置设置有贯穿通孔；当球阀控制件呈打开状态时，贯穿通孔的轴线方向与内筒筒体的轴线方向相重合，当球阀控制件呈关闭状态时，贯穿通孔的轴线方向与内筒筒体的轴线方向相垂直；球阀控制件的径向两端均固定连接有球阀开关件，球阀开关件呈圆形状且球阀开关件的边缘设置有第一齿牙；所述外筒筒体内侧壁上对称设置有长条凹槽，长条凹槽的长度方向与外筒筒体的轴线方向相一致，长条凹槽内侧壁上设置有第二齿牙；所述球阀开关件的一端与球阀控制件固定连接，球阀开关件的另一端穿过球阀阀体侧壁后伸入长条凹槽内，球阀开关件边缘的第一齿牙与长条凹槽内侧壁的第二齿牙相啮合。

进一步的，所述控制执行机构包括活塞杆、止回阀、复位弹簧；所述活塞杆与存样机构一端通过螺纹连接，活塞杆与所述外筒筒体内侧壁的限位凸环之间装有复位弹簧，活塞杆内腔端部安装有止回阀，当水压作用在活塞杆端部，止回阀阀芯运动，堵住活塞杆内腔孔，活塞杆向前移动，推动内筒向前运动，球阀打开；当去掉水压，活塞杆在复位弹簧力的作用下，活塞杆向后移动，拉动内筒向后运动，球阀关闭。

进一步的，所述内筒接头上设置有解吸阀，解吸阀与内筒筒体内部相连通。

进一步的，所述采样钻头为内旋式钻头。

与现有技术相比，本实用新型具有的优点和积极效果是：

本实用新型在进行钻进操作时，首先使用球阀机构将内筒筒体进行封闭，在需要进行采样操作时，通过控制执行机构推动内筒组件进行移动，打开球阀机构，并通过钻进采样机构将采集的煤样送入内筒筒体中，接着通过控制执行机构带动内筒组件进行回位，令球阀机构进行关闭，最终将采集的煤样取出，实现了深孔煤样的采集操作，整个操作过程简单快捷，其避免了内筒筒体内出现煤样流失及气体逸散的状况，保证了煤样采集的完整性，并且，整个取样过程中取样机构实现了取样前关闭，取样时打开，取样完关闭的三级动作，保证取到的煤样新鲜，同时其保压性好，保证取到的煤样瓦斯不会逸散，有效提高了采集煤样的解析结果准确性，进一步提高了本实用新型的使用效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的剖视结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

如图1至图2所示，本实施例公开了一种煤层钻孔保压取样装置，包括外筒组件1、内筒组件，内筒组件设置在外筒组件1内且内筒组件可相对于外筒组件1滑动；所述内筒组件设置在外筒组件内且内筒组件可相对于外筒组件滑动；所述外筒组件1包括钻进采样机构3、外筒筒体4、外筒接头2，钻进采样机构设置在外筒筒体前端，外筒接头设置在外筒筒体后端；所述内筒组件包括存样机构、球阀机构8、控制执行机构9，所述存样机构包括内筒筒体6、内筒接头7、推轴5；所述球阀机构设置在内筒筒体的前端，所述控制执行机构设置在存样机构的后端并通过内筒接头与内筒筒体连接；所述球阀机构的前端设置有推轴5。

内筒接头7与内筒筒体6的一端密封连接，内筒筒体6的另一端通过球阀机构8与推轴5的一端固定连接，推轴5的另一端插入钻进采样机构3内。

内筒接头7中心安装有解吸阀701，取样后可直接进行解吸，不需转移至煤样罐，避免转移过程中出现煤气泄漏。

所述外筒组件包括钻进采样机构3、外筒筒体4、外筒接头2，钻进采样机构3一端与外筒筒体4的一端固定连接，外筒筒体4的另一端与外筒接头2的一端相连接，外筒接头2的另一端通过钻杆与钻机相连接；所述外筒筒体4套接在内筒筒体6外侧，外筒筒体4外侧壁上设置有螺旋排渣槽，外筒接头2套接在控制执行机构9外侧；内筒筒体6与外筒筒体4内壁之间有1mm间隙，可以允许一定流量的压风通过，辅助排粉除渣。

所述球阀机构8包括球阀阀体801、球阀802、球阀阀杆803、球阀开关件804；球阀开关件804连接内筒筒体6和外筒筒体4。

在内筒筒体6推动球阀机构8进行运动时，球阀开关件804在条形齿的作用下转动，转动90度后，随同球阀开关件804一同转动的球阀802呈开启状态，此时可以进行取样操作；在内筒筒体6拉动球阀机构8反向运动时，球阀开关件804在条形齿的作用下反向转动，转动90度后，随同球阀开关件804一同转动的球阀802呈关闭状态。

所述控制执行机构9包括活塞杆901、止回阀902、复位弹簧11；所述活塞杆901与内筒接头7通过螺纹连接，活塞杆901与所述外筒筒体4内侧壁的限位凸环之间装有复位弹簧11，活塞杆901内腔端部安装有止回阀902，当水压作用在活塞杆端部，同时作用在阀芯9021上，克服弹簧903的弹力，使阀芯9021运动，堵住活塞杆901内腔孔，活塞杆901向前移动，推动内筒组件向前运动，球阀打开；当去掉水压，活塞杆901在复位弹簧11力的作用下，活塞杆向后移动，拉动内筒组件向后运动，球阀关闭。活塞杆901周部设置有密封圈10。

该煤层钻孔保压取样装置的初始状态为：内筒复位弹簧11压缩执行机构9，使球阀机构8处于关闭状态，存样机构处于封闭状态，止回阀902处于关闭状态；

该煤层钻孔保压取样装置的常规送钻状态为：钻机带动外筒组件旋转，外筒组件上的钻进采样机构开始钻进操作；同时，对钻具内部通入压风，压风打开止回阀，使风通过止回阀进入活塞杆内孔，再进入外筒筒体内壁与内筒筒体外壁之间的间隙、到达钻进采样机构钻孔内，其在钻进过程可以对钻头进行降温，同时可以起到辅助排渣的作用；当然，此过程也可通水；

该煤层钻孔保压取样装置的取样钻进状态为：向钻具内部通入高压水，高压水使止回阀芯运动到底部，密封住活塞杆内部通水孔；此时高压水开始推动控制执行机构向钻头方向运动，通过活塞的带动，取样机构和球阀机构都随着活塞运动；由于齿轮齿条的作用，球阀控制件在径向运动的同时伴随旋转运动，旋转90°后完全打开，同时，钻进采样机构的运动令破煤之后煤样会向钻头中心聚集，穿过推轴、球阀控制件的贯穿通孔后进入内筒，而不会向外扩散。

该煤层钻孔保压取样装置的取样结束状态为：停止供应高压水，活塞失去高压水的挤压力后在内筒复位弹簧11强大的回弹力下，活塞、存样机构、球阀机构开始向反向运动；球阀机构运动的同时球阀控制件反向旋转，球阀关闭，此时煤样全部储存在内筒筒体内，并严密保压；之后取出取样装置，拆卸下来外筒接头以及控制执行机构，解析仪插入解吸阀内，即可进行现场解析，不需要对煤样进行转移，防止了转移过程中出现煤样泄露导致解析结果准确性降低的状况发生。

活塞是尾部活塞结构的核心，活塞外侧安装组合密封组件，确保在采样钻进时能保持高压。

本实用新型在进行钻进操作时，首先使用球阀机构将内筒筒体进行封闭，在需要进行采样操作时，通过控制执行机构推动取样机构进行移动，令采集钻头进行采集操作，同时打开球阀机构，将采集钻头采集的煤样送入内筒筒体中，接着通过控制执行机构带动取样机构进行回位，令球阀机构进行关闭，最终将采集的煤样取出，实现了深孔煤样的采集操作，整个操作过程简单快捷，其避免了内筒筒体内出现煤样流失状况，保证了煤样采集的完整性，并且，整个取样过程中取样机构实现了取样前关闭，取样时打开，取样完关闭的三级动作，保证取到的煤样新鲜，同时其保压性好，保证取到的煤样瓦斯不会逸散，有效提高了采集煤样的解析结果准确性，进一步提高了本实用新型的使用效果。

Claims (5)

1.一种煤层钻孔保压取样装置，其特征在于：所述煤层钻孔保压取样装置包括外筒组件、内筒组件，所述内筒组件设置在外筒组件内且内筒组件可相对于外筒组件滑动；所述外筒组件包括钻进采样机构、外筒筒体、外筒接头，钻进采样机构设置在外筒筒体前端，外筒接头设置在外筒筒体后端；所述内筒组件包括存样机构、球阀机构、控制执行机构，所述存样机构包括内筒筒体、内筒接头；所述球阀机构设置在内筒筒体的前端，所述控制执行机构设置在存样机构的后端并通过内筒接头与内筒筒体连接；所述球阀机构的前端设置有推轴。

2.如权利要求1所述的煤层钻孔保压取样装置，其特征在于：外筒接头的后端通过钻杆与钻机相连接；所述外筒筒体套接在内筒筒体外侧，外筒筒体外侧壁上设置有螺旋排渣槽，外筒接头套在控制执行机构外周，所述内筒筒体与外筒筒体内壁之间有间隙。

3.如权利要求2所述的煤层钻孔保压取样装置，其特征在于：所述钻进采样机构包括采样钻头；所述球阀机构包括球阀阀体、球阀、球阀阀杆、球阀开关件；球阀阀体的一端与取样钻头相连接，球阀阀体的另一端与内筒筒体相连接，球阀阀体内设置有可在球阀阀体内转动的球阀控制件；所述球阀控制件中心位置设置有贯穿通孔；当球阀控制件呈打开状态时，贯穿通孔的轴线方向与内筒筒体的轴线方向相重合，当球阀控制件呈关闭状态时，贯穿通孔的轴线方向与内筒筒体的轴线方向相垂直；球阀控制件的径向两端均固定连接有球阀开关件，球阀开关件呈圆形状且球阀开关件的边缘设置有第一齿牙；所述外筒筒体内侧壁上对称设置有长条凹槽，长条凹槽的长度方向与外筒筒体的轴线方向相一致，长条凹槽内侧壁上设置有第二齿牙；所述球阀开关件的一端与球阀控制件固定连接，球阀开关件的另一端穿过球阀阀体侧壁后伸入长条凹槽内，球阀开关件边缘的第一齿牙与长条凹槽内侧壁的第二齿牙相啮合。

4.如权利要求3所述的煤层钻孔保压取样装置，其特征在于：所述控制执行机构包括活塞杆、止回阀、复位弹簧；所述活塞杆与存样机构一端通过螺纹连接，活塞杆与所述外筒筒体内侧壁的限位凸环之间装有复位弹簧，活塞杆内腔端部安装有止回阀，当水压作用在活塞杆端部，止回阀阀芯运动，堵住活塞杆内腔孔，活塞杆向前移动，推动内筒向前运动，球阀打开；当去掉水压，活塞杆在复位弹簧力的作用下，活塞杆向后移动，拉动内筒向后运动，球阀关闭。

5.如权利要求4所述的煤层钻孔保压取样装置，其特征在于：所述内筒接头上设置有解吸阀，解吸阀与内筒筒体内部相连通。

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