一种冲击式煤层随钻定点无损取样装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于深层煤样获取技术领域，具体是一种冲击式煤层随钻定点无损取样装置及方法。包括依次连接的头部、煤样罐护杆、气动马达护杆、花键连接杆、第三节钻杆以及尾部接头，所述头部用于煤层钻进，头部上设置有进样孔II；所述煤样罐护杆内部设置有煤样罐，煤样罐前部为煤样罐盖，煤样罐盖上设置有进样孔I，煤样罐用于采集煤体深层样品；所述气动马达护杆内设置有气动马达，气动马达驱动煤样罐旋转从而调整进样孔I与进样孔II的相对位置；所述第三节钻杆内设置有冲击器，冲击器前端与花键连接杆连接；所述煤样罐护杆、第三节钻杆和花键连接杆外侧设置有向内凹陷的双螺旋退屑槽，气动马达护杆外侧设有向外凸出中部螺旋叶片。护杆外侧设有向外凸出中部螺旋叶片。护杆外侧设有向外凸出中部螺旋叶片。

【技术实现步骤摘要】
一种冲击式煤层随钻定点无损取样装置及方法


[0001]本专利技术属于深层煤样获取
，具体是一种冲击式煤层随钻定点无损取样装置及方法。

技术介绍

[0002]瓦斯事故严重威胁着煤矿企业的高效生产，在井下采煤生产过程中，需要同时开展煤层的取样作业，进行煤层样品含量检测，以此来评估瓦斯突出安全隐患发生的可能性，以及瓦斯抽采是否达标。
[0003]为了能够准确检测煤层瓦斯含量，对煤层样品的获取、封装尤为重要。当前，煤层瓦斯含量测定方法分为间接法与直接法两种。间接法是将煤样置于实验室测定的仪器中，通过研究煤样的吸附、解析参数，推算出井下煤层瓦斯含量，该方法测定时间较长、测定流程复杂、成本较高。直接测定方法是将井下煤样封存后直接检验，按照取样方式不同，分为钻孔口接样法与钻进取芯法两类。孔口接样法是利用风煤钻安装麻花钻杆，向煤层打孔，在到达指定深度后，在钻孔口接取麻花钻返出的煤粉，并立刻装入煤样罐中封存；钻进取芯法是在钻头到达指定深度后，迅速换上取芯钻头，利用取芯钻头将指定位置的煤样带出后封存于煤样罐内。相对于间接测定法，直接测定法具有简单、高效、方便、快捷等优点。但是，直接测定法在煤样的取得过程中，存在一定缺陷与不足。
[0004]煤层取样过程中存在的问题：
①
危险性较大。深层煤体中瓦斯含量大，瓦斯气体赋存于煤体中，打孔取样过程中的扰动导致瓦斯气体脱出，形成高压瓦斯气体，在取芯钻头更换过程中，大量瓦斯气体涌出，给取样工作带来危险。
②
瓦斯释放导致无法准确测量原始煤样真实的瓦斯含量。主要是瓦斯脱离了煤样导致原有瓦斯含量减少，使测得的瓦斯气体数据不准确；
③
当前我国煤矿煤层瓦斯原始含量的测定方法主要为《煤层瓦斯含量井下直接测定方法》，该方法很难观测，须通过前4个数据拟合的直线求出损失量，而初始数据增长迅速，不容易测量。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了可以实现煤层深层煤样的无损获取，解决取样过程中瓦斯涌出带来的安全风险，同时解决煤样中瓦斯流失，使测得的瓦斯含量数据更加真实可靠的问题，提供一种冲击式煤层随钻定点无损取样装置及方法。
[0006]本专利技术采取以下技术方案：一种冲击式煤层随钻定点无损取样装置，包括依次连接的头部、煤样罐护杆、气动马达护杆、花键连接杆、第三节钻杆以及尾部接头，所述头部用于煤层钻进，头部上设置有进样孔II；所述煤样罐护杆内部设置有煤样罐，煤样罐前部为煤样罐盖，煤样罐盖上设置有进样孔I，煤样罐用于采集煤体深层样品；所述气动马达护杆内设置有气动马达，气动马达驱动煤样罐旋转从而调整进样孔I与进样孔II的相对位置；所述第三节钻杆内设置有冲击器，冲击器前端与花键连接杆连接；所述煤样罐护杆、第三节钻杆和花键连接杆外侧设置有向内凹陷的双螺旋退屑槽，气动马达护杆外侧设有向外凸出中部
螺旋叶片。
[0007]在一些实施例中，头部上设置有多组齿座，齿座侧面设置有齿座侧面合金片，齿座通过齿座固定螺丝与头部固定，齿座前端设有齿座头部合金片，头部外环侧设置多组出煤槽。
[0008]在一些实施例中，煤样罐尾端中部设置有与气动马达连接的罐底轴，罐底轴与定位联轴器连接，定位联轴器前端通过定位法兰I与煤样罐护杆连接；煤样罐尾端周侧与煤样罐护杆之间设置有轴承；所述定位联轴器尾端通过定位法兰与气动马达护杆连接，定位联轴器上设置有旋转挡板，定位法兰II上安装有两个定位柱作为旋转边界，旋转挡板在定位柱之间转动。
[0009]在一些实施例中，煤样罐上设置有测试针孔。
[0010]在一些实施例中，冲击器前端设固定有与花键连接杆连接的冲击头，冲击器前后端通过前后端固定板固定，前后端固定板上设置有过线孔II和气管孔，所述花键连接杆与冲击器连接的一端设置有过线孔I。
[0011]一种冲击式煤层随钻定点无损取样装置的取样方法，包括以下步骤，S100：使用钻机带动所述取样装置，向煤层旋转打孔，使取样器大部分进入钻孔后，停止钻进；S200：所述取样装置尾部接头上安装高压软管1#和高压软管2#；S300：安装延长钻杆1#，并将高压软管1#和高压软管2#从该延长钻杆1#中间穿过；S400：使用钻机带动延长钻杆1#向煤层旋转打孔，使延长钻杆1#大部分进入钻孔后，停止钻进，再次安装高压软管、快速接头、延长钻杆
……
以此类推，直至到达指定取样位置；S500：停止钻机旋转，保持取样装置外部钻杆相对静止；通过风压，使气动马达旋转，气动马达带动驱动煤样罐及煤样罐盖旋转，使进样孔I与进样孔II位置重合，而后关闭气动马达；S600：冲击器沿钻孔方向前后冲击，冲击器带动头部前后冲击，头部冲击煤层，迫使掉落下的实体煤进入煤样罐，实现煤样与外界空气不接触取样；S700：煤样封存完成后，旋转钻杆，退出取样装置，从煤样罐护杆与气动马达护杆处旋开，取下煤样罐护杆和头部，煤样罐内存储的煤样与瓦斯供检测仪器进行检验。
[0012]步骤S500中，在气动马达旋转前，先通过观察记录钻机上的液压表读数判断煤屑是否堆积成功：液压钻机的溢流压力为20MPa，在钻进过程中，前期压力表的读数稳定在8
‑
10MPa，随着钻进的深入，煤屑堆积形成，增大了增进扭力，液压表读数缓慢增加，最终稳定在18
‑
20MPa，说明煤屑堆积成功。
[0013]当液压表读数在18
‑
20MPa时，则认为中部螺旋叶片处形成煤屑堆积，可以进行后续工作；当液压表读数小于18MPa时，则认为中部螺旋叶片处没有形成煤屑堆积，此时增加钻机推力，再次加装钻杆后打钻直至液压表读数达到要求。
[0014]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：（1）旋转打孔过程中，在钻头部位形成保压区间。取样器旋转打孔，在中部螺旋叶片向后的排出煤屑的作用下，在其后部形成煤屑堆积，堆积的煤屑可隔绝钻孔内外气体流
通，形成保压区间，有效阻挡钻孔内的高压强瓦斯气体向钻孔外涌出，保证钻孔前端煤层原始瓦斯气体压力。
[0015]（2）冲击取样，保证煤样的原始状态。到达取样位置后，打开进样孔，在内置冲击器的作用下，对煤层冲击取样。冲击取样方式可以保证取样器后部及延长钻杆部分固定不动，仅取样器取样部位前后震动，进一步有效保证在取样过程中，取样点煤层瓦斯气体不外泄。
[0016]（3）煤样封存完成后，旋转钻杆，退出取样装置，从煤样罐护杆与气动马达护杆处旋开，取下煤样罐护杆和头部，煤样罐内存储的煤样与瓦斯等气体可供检测仪器进行检验。在煤样罐底部，留有测试口。使用特质不锈钢针头，可从紧固螺丝中央圆孔插入，针头穿过密封垫进入煤样罐内，实现煤样罐与实验仪器的连通。该方法可以保证煤样罐内气体不外泄的前提下，对罐内气体进行测试。
[0017]（4）煤样罐盖与头部的进样孔处安装有密封垫，并且与头部压紧贴合，实现完全密封，其内部可承压1MPa，可满足煤样保压封存条件。
[0018]（5）当煤样罐处于打开状态时，设定好取样时间和取样深度，再次开启钻机和气动阀门本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冲击式煤层随钻定点无损取样装置，其特征在于：包括依次连接的头部（1）、煤样罐护杆（2）、气动马达护杆（3）、花键连接杆（401）、冲击器护杆（5）以及尾部接头（6），所述头部（1）用于煤层钻进，头部（1）上设置有进样孔II（113）；所述煤样罐护杆（202）内部设置有煤样罐（201），煤样罐（201）前部为煤样罐盖（101），煤样罐盖（101）上设置有进样孔I（102），煤样罐用于采集煤体深层样品；所述气动马达护杆（303）内设置有气动马达（304），气动马达（304）驱动煤样罐（201）旋转从而调整进样孔I（102）与进样孔II（113）的相对位置；所述冲击器护杆（503）内设置有冲击器（502），冲击器（502）前端与花键连接杆（401）连接；所述煤样罐护杆（202）、第三节钻杆（5）和花键连接杆（401）外侧设置有向内凹陷的双螺旋退屑槽（7），气动马达护杆（303）外侧设有向外凸出中部螺旋叶片（305）。2.根据权利要求1所述的冲击式煤层随钻定点无损取样装置，其特征在于：所述头部（1）上设置有多组齿座，齿座侧面设置有齿座侧面合金片（114），齿座通过齿座固定螺丝（111）与头部（1）固定，齿座前端设有齿座头部合金片（115），头部（1）外环侧设置多组出煤槽（106）。3.根据权利要求1所述的冲击式煤层随钻定点无损取样装置，其特征在于：所述煤样罐（201）尾端中部设置有与气动马达（304）连接的罐底轴（206），罐底轴（206）与定位联轴器（207）连接，定位联轴器（207）前端与煤样罐护杆（202）连接；煤样罐（201）尾端周侧与煤样罐护杆（202）之间设置有轴承（205）；所述定位联轴器（207）尾端通过定位法兰（302）与气动马达护杆（303）连接，定位联轴器（207）上设置有旋转挡板（306），定位法兰II（302）上安装有两个定位柱（301）作为旋转边界，旋转挡板在定位柱之间转动。4.根据权利要求1或3所述的冲击式煤层随钻定点无损取样装置，其特征在于：所述煤样罐（201）上设置有测试针孔（204）。5.根据权利要求3所述的冲击式煤层随钻定点无损取样装置，其特征在于：所述冲击器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张柏林，张兴华，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：