一种煤矿井下深孔干式密闭取样方法技术

本发明专利技术公开一种煤矿井下深孔干式密闭取样方法，所述方法通过煤矿井下深孔干式密闭取样系统实现，包括以下步骤：步骤1、安装非取心钻头钻进至取心目标孔深；步骤2、提钻，以试压合格的干燥煤样取样装置替换非取心钻头；步骤3、将干燥煤样取样装置由孔口送至预设的取心点；步骤4、开始压风钻进或水力钻进至干燥煤样取样装置内的压力值持续平稳上升转为突然下降；步骤5、依次退出孔内所有钻具，取出煤样。本发明专利技术方法通过压风装置和高压供水设备的配合，实现取样钻进和打压关闭所用介质的改变，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，有效避免在煤层中取样可能存在的喷孔、塌孔等问题。塌孔等问题。塌孔等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿井下深孔干式密闭取样方法


[0001]本专利技术属于地质勘探及煤矿安全
，涉及一种煤矿井下深孔干式密闭取样系统及方法。

技术介绍

[0002]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。《煤层瓦斯含量井下直接测定方法》标准中规定：瓦斯含量测定的煤样从暴露到被装入煤样罐密封所用的实际时间，不应超过5min。煤矿生产实际中，深孔瓦斯含量煤样采样时间均远大于5min，其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。
[0003]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。因此亟需一种煤矿井下深孔干式密闭取样技术，以满足煤层井下长距离、大区域探测瓦斯赋存信息需求，保障矿井安全高效生产。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术提供了一种煤矿井下深孔干式密闭取样方法，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。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：
[0006]一种煤矿井下深孔干式密闭取样方法，所述方法通过煤矿井下深孔干式密闭取样系统实现，包括以下步骤：
[0007]步骤1、安装非取心钻头钻进至取心目标孔深；
[0008]步骤2、提钻，以试压合格的干燥煤样取样装置替换非取心钻头；
[0009]步骤3、将干燥煤样取样装置由孔口送至预设的取心点；
[0010]步骤4、开始压风钻进或压风联合水力钻进至干燥煤样取样装置内的压力值持续平稳上升转为突然下降；
[0011]步骤5、依次退出孔内所有钻具，取出煤样。
[0012]本专利技术还具有以下技术特征：
[0013]具体的，所述煤矿井下深孔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；
[0014]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。
[0015]更进一步的，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；
[0016]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；
[0017]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；
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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；
[0024]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。
[0025]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，所述第一连通管上设置有压力监测装置。
[0026]更进一步的，所述步骤4具体包括：由封堵球投放口向钻杆内投入封堵球，开启压风装置向钻杆内送入高压气体，封堵球在高压气体作用下被送入内腔体，继续送入高压气体进行打压，高压气体经过流孔进入取样外筒、轴承组、连接套筒和液压推动头围成的密封腔内；
[0027]若在预设时间内，压力监测装置监测到的压力值保持持续平稳，则在达到预设时间后，进行压风装置和高压供水设备的切换，送入高压水进行二次打压，至压力监测装置监测到的压力值由持续平稳上升转为突然下降，则判定动力销钉被剪断，密封球阀和解吸阀关闭；
[0028]若在预设时间内，压力监测装置监测到的压力值由持续平稳上升转为突然下降，则无需进行压风装置和高压供水设备的切换；继续压入高压气体至密封球阀和解吸阀关
闭。
[0029]本专利技术与现有技术相比，有益的技术效果是：
[0030](1)本专利技术方法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。
[0031](2)本专利技术方法在完成取心后，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，实现了取样内筒的密封，可以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。
[0032](3)本专利技术所采用的取样系统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。本专利技术方法操作工艺简单，施工省时省力，值得推广。
附图说明
[0033]图1为本专利技术方法的流程图；
[0034]图2为取样系统的整体结构示意图；
[0035]图3为取样装置的结构示意图；
[0036]图4为取样装置的局部结构示意图；
[0037]图5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下深孔干式密闭取样方法，其特征在于，所述方法通过煤矿井下深孔干式密闭取样系统实现，包括以下步骤：步骤1、安装非取心钻头钻进至取心目标孔深；步骤2、提钻，以试压合格的干燥煤样取样装置替换非取心钻头；步骤3、将干燥煤样取样装置由孔口送至预设的取心点；步骤4、开始压风钻进或压风联合水力钻进至干燥煤样取样装置内的压力值持续平稳上升转为突然下降；步骤5、依次退出孔内所有钻具，取出煤样。2.如权利要求1所述的煤矿井下深孔干式密闭取样方法，其特征在于，所述煤矿井下深孔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)，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。3.如权利要求1所述的煤矿井下深孔干式密闭取样方法，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)。4.如权利要求3所述的煤矿井下深孔干式密闭取样方法，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)。5.如权利要求4所述的煤矿井下深孔干式密闭取样方法，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。6.如权利要求3所述的煤矿井下深孔干...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙威成，陈建，孙四清，刘德贵，陈志胜，周言安，赵继展，毕波，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：