一种煤层瓦斯含量测定随钻取芯装置及取芯方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种煤层瓦斯含量测定随钻取芯装置及取芯方法，属于矿山机械设备技术领域，滑座上部设有传动空心转杆，传动空心转杆前端连接有取芯钻头。本发明专利技术通过取芯顶板等实现装置在钻孔/取芯模式的转换，同时盘式收纳环便捷样芯的取出，以此实现变更不同深度煤层取芯步骤，由原来的“钻孔

【技术实现步骤摘要】
一种煤层瓦斯含量测定随钻取芯装置及取芯方法


[0001]本专利技术涉及矿山机械设备
，具体涉及一种煤层瓦斯含量测定随钻取芯装置及取芯方法。

技术介绍

[0002]煤是三大化石能源之一，是重要的能源组成部分，更是在中国能源消费结构中占据很高比重，在促进经济发展和建设方面的作用是极其重要的。现阶段，煤矿所采煤炭资源主要用于煤炭发电，2020年中国电力用煤占煤炭消费总量比重在55%以上，如果煤炭的供应链受阻，电力系统也必将受到严峻的挑战，由此可见煤炭在电力系统中的地位非同一般。
[0003]随着科技的发展，煤矿的机械化、自动化程度得到质的提升，煤矿安全管理水平也逐年提升，煤矿生产的安全系数也越来越高。但随着浅层煤炭资源开采殆尽，深部煤炭开采具有高地应力、高瓦斯压力、高瓦斯含量等特点，在开采过程中存在煤与瓦斯突出的潜在风险，如何有效预防煤矿事故的发生是煤矿安全生产的重中之重，因此在日常生产中需要同时开展大量的取芯作业进行煤与瓦斯突出预测、瓦斯抽采效果检验及瓦斯抽采达标评判等方面的检测工作。
[0004]在煤矿领域，对于煤层瓦斯含量的测定有两种方法，第一种为间接测定法，第二种为直接测定法。由于直接测定法操作简单明了，准确率高，该方法应用非常普遍。但直接法测定采用普通取样。常规的取芯方法首先要使用普通钻头钻至目标位置，然后进行退钻更换取芯钻头，再钻进到预定位置后取芯，整个工艺流程需要：进钻
→
退钻
→
换取芯钻头
→
进钻
→
取芯
→
退钻等多个环节，需要两个进退工作循环，具有耗费时间、工作量大、瓦斯井下损失量大等诸多缺点。
[0005]申请号为 CN202110917185.2的专利申请提供了一种煤层钻孔随钻取芯的方法及装置，利用高低压水转换原理，以内嵌式取芯套管为基础，实现钻进过程中的钻孔煤样采集，采用取芯钻头装置、高压密封钻杆、小型高压水泵等装置，在井下需要取芯的指定位置打孔时，将高压密封钻杆与取芯钻头装置利用螺纹连接，并利用钻机将高压密封钻杆与取芯钻头装置钻进到需要取芯的位置，通过小型高压水泵进行加压，使得取芯钻头内的取芯筒可以探出钻头伸入煤体获取煤芯，随后减小水压则可使取芯筒复位，最后退钻即获得煤样。解决了现行取芯工艺需要两个进退工作循环，耗费时间、工作量大、瓦斯井下损失量大等诸多问题。
[0006]虽然该技术在一定程度上实现了随钻取芯，提高了工作效率，但是存在一些问题。第一，在取芯失败或同一处不同深度进行取芯时，需要多次退钻进钻作业，工作效率低；第二，现有技术中稳定方式单一，无法对钻孔作业中晃动进行缓冲。
[0007]综上所述，对现有煤层瓦斯含量测定随钻取芯装置进行改进是有必要的。

技术实现思路

[0008]为全面解决上述问题，尤其是针对现有技术所存在的不足，本专利技术提供了一种煤
层瓦斯含量测定随钻取芯装置及取芯方法能够全面解决上述问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术手段：本专利技术提供一种煤层瓦斯含量测定随钻取芯装置，包括支撑架,所述支撑架上部设有滑座，所述滑座上部设有传动空心转杆，所述传动空心转杆前端螺纹连接有取芯钻头，所述取芯钻头后端设有垫圈，所述取芯钻头的取芯内壁上设有第一定位轨，所述取芯钻头内部设有降温水路；所述传动空心转杆内部底端设有第一液压泵，所述第一液压泵底部连接有升降轴，所述升降轴底部安装有取芯顶板，所述取芯顶板四周设有取芯滑块，所述取芯顶板四周设有取芯滑座，所述取芯滑座底部安装有卡顶板，所述卡顶板后部设有第一活塞泵，所述卡顶板上部设有取芯滑轨。
[0010]进一步的，所述滑座一侧设有第一驱动电机，所述第一驱动电机输出端设有丝杆，所述丝杆上套接有第一滑块，所述滑座包括第一滑轨和第二滑轨，所述第一滑块滑动连接第一滑轨。
[0011]进一步的，所述传动空心转杆一端上侧设有取芯门，所述传动空心转杆另一端安装有内接螺纹，所述传动空心转杆内部设有第二定位轨，所述传动空心转杆内壁中设有传输水路。
[0012]进一步的，所述垫圈上部设有滑键，所述滑键与接头水路连接，所述接头水路嵌套在连接水路中，所述连接水路后端设有U型水路，所述U型水路之间设有降温水路，所述取芯钻头后部设有外接螺纹。
[0013]进一步的，所述传动空心转杆前后两端分别套接有第一稳固架和第二稳固架，所述第一稳固架包括固定圆环，所述固定圆环底部固定连接有第一三角架，所述第一三角架两侧底部设有滑架块，所述第二稳固架包括两组固定版圆弧，所述两组固定版圆弧之间通过固定弹簧连接，所述固定版圆弧底部设有第二三角架，所述第二三角架底部设有缓冲弹簧，所述传动空心转杆贯穿其一侧的传动箱。
[0014]进一步的，所述第一滑块上部设有第二驱动电机，所述第二驱动电机一侧设有传动箱且传动箱内部设有传动齿。
[0015]进一步的，所述传动空心转杆后端连接有输水架，所述输水架包括进水管口和回水管口，所述进水管口与进水管路连接，所述进水管路另一端连接有冷凝水箱，所述冷凝水箱上设有输水泵，所述回水管口与回水管路连接，所述回水管路另一端连接有冷凝水箱。
[0016]进一步的，所述第一液压泵上部四侧设有固定板，所述固定板后部设有第二微型活塞泵，所述第一液压泵上部中间位置通过升降绳索与盘式收纳环连接，所述盘式收纳环一侧设有第三驱动电机。
[0017]进一步的，所述支撑架底部通过伸缩轴架固定安装在底座上，所述伸缩轴架一侧设有第二液压泵，所述底座上设有四组轮滑座，所述轮滑座上部设有第四驱动电机，所述轮滑座内滑动连接升降轮，所述底座上安装有控制器。
[0018]进一步的，取芯方法步骤如下：移动调整：启动轮滑座将升降轮与地面接触，移动装置到矿井下需要测量的位置，通过伸缩轴架调整传动空心转杆与煤岩体间的切削角度，切削角度选用15
°
；安装取芯钻头：通过螺纹旋转连接将取芯钻头装在传动空心转杆前端；连接降温水路：滑动滑键将接头水路从连接水路中移出插入传输水路的一端；
转换钻孔模式：第一液压泵启动，升降轴展开，取芯顶板往下移动到取芯钻头最底部，同时取芯滑座沿着第一定位轨、第二定位轨进入取芯钻头中；钻孔作业：第二驱动电机启动，第二驱动电机通过传动箱带动传动空心转杆、取芯钻头转动，同时第一驱动电机启动，带动取芯钻头沿着第二滑轨往前移动，取芯顶板中安装的位移传感器等实时感应钻孔状态；转换取芯模式：到达设定深度后，转换取芯模式，第一液压泵反向启动，升降轴带动取芯顶板升起到取芯钻头顶部，这样取芯顶板与取芯钻头内部取芯内壁形成取芯桶；取芯作业：取芯钻头快速转动，样芯进入取芯钻头，进行取芯作业，卡顶板在第一微型活塞泵的作用下展开卡住底部样芯，固定板收起，第三驱动电机启动，升降绳索收起进入盘式收纳环，以此带动样芯提升到取芯门处，打开取芯门，取出样芯；二次取芯：将第一液压泵降到原处，不需要退杆，重复以上作业，实现在不同深度进行取芯作业；降温：在钻孔取芯作业过程中，输水泵将冷凝水箱中的冷凝水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤层瓦斯含量测定随钻取芯装置，包括支撑架（1）,所述支撑架（1）上部设有滑座（2），其特征在于：所述滑座（2）上部设有传动空心转杆（5），所述传动空心转杆（5）前端连接有取芯钻头（6），所述取芯钻头（6）后端设有垫圈（61），所述取芯钻头（6）的取芯内壁（62）上设有第一定位轨（63），所述取芯钻头（6）内部设有降温水路（68）；所述传动空心转杆（5）内部底端设有第一液压泵（9），所述第一液压泵（9）底部连接有升降轴（91），所述升降轴（91）底部安装有取芯顶板（92），所述取芯顶板（92）四周设有取芯滑块（921），所述取芯顶板（92）四周设有取芯滑座（93），所述取芯滑座（93）底部安装有卡顶板（932），所述卡顶板（932）后部设有第一微型活塞泵（933），所述卡顶板（932）上部设有取芯滑轨（931）。2.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯含量测定随钻取芯装置，其特征在于：所述滑座（2）一侧设有第一驱动电机（3），所述第一驱动电机（3）输出端设有丝杆（31），所述丝杆（31）上套接有第一滑块（32），所述滑座（2）包括第一滑轨（21）和第二滑轨（22），所述第一滑块（32）滑动连接第一滑轨（21），所述第一滑块（32）上部设有第二驱动电机（4），所述第二驱动电机（4）一侧设有传动箱（41）且传动箱（41）内部设有传动齿。3.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯含量测定随钻取芯装置，其特征在于，所述传动空心转杆（5）一端上侧设有取芯门（51），所述传动空心转杆（5）另一端安装有内接螺纹（52），所述传动空心转杆（5）内部设有第二定位轨（53），所述传动空心转杆（5）内壁中设有传输水路（54）。4.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯含量测定随钻取芯装置，其特征在于，所述垫圈（61）上部设有滑键（64），所述滑键（64）与接头水路（65）连接，所述接头水路（65）嵌套在连接水路（66）中，所述连接水路（66）后端设有U型水路（67），所述U型水路（67）之间设有降温水路（68），所述取芯钻头（6）后部设有外接螺纹（69）。5.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯含量测定随钻取芯装置，其特征在于，所述传动空心转杆（5）前后两端分别套接有第一稳固架（7）和第二稳固架（8），所述第一稳固架（7）包括固定圆环（71），所述固定圆环（71）底部固定连接有第一三角架（72），所述第一三角架（72）两侧底部设有滑架块（73），所述第二稳固架（8）包括两组固定版圆弧（81），所述两组固定版圆弧（81）之间通过固定弹簧（82）连接，所述固定版圆弧（81）底部设有第二三角架（83），所述第二三角架（83）底部设有缓冲弹簧（84），所述传动空心转杆（5）贯穿其一侧的传动箱（41）。6.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯含量测定随钻取芯装置，其特征在于，所述传动空心转杆（5）后端连接有输水架（15），所述输水架（15）包括进水管口（151）和回水管口（152），所述进水管口（151）与进水管路（16）连接，所述进水管路（16）另一端连接有冷凝水箱（18），所述冷凝水箱（18）上设有输水泵（161），所述回水管口（152）与回水管路（17）连接，所述回水管路（17）另一端连接有冷凝水箱（18）。7.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯含量测定随钻取芯装置，其特征在于，所述第一液压泵（9）上部四侧设有固定板（11），所述固定板（11）后部设有第二微型活塞泵（10），所述第一液压泵（9）上部中间位置通过升降绳索（12）与盘式收纳环（13）连接，所述盘式收纳环（13）一侧设有第三驱动电机（14）。8.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯含量测定随钻取芯装置，其特征在于，所述支撑
架（1）底部通过伸缩轴架（19）...

【专利技术属性】
技术研发人员：李剑锋，王海锋，陈江，张佳乐，刘金虎，张兴华，陈龙勋，辛政阳，杜春应，王志元，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：