基于冷冻取样工艺的煤岩层有害气体含量的直接测试方法技术

本发明专利技术涉及一种基于冷冻取样工艺的煤岩层有害气体含量的直接测试方法，包括以下步骤：S1：将三翼内凹钻头安装在双层端部钻杆的端部，端部钻杆、双层钻杆、尾部接头首尾相接，端部钻杆内安装取样总成，安装在端部钻杆的端部内层管前部，将端部钻杆的后端与双层钻杆的内外层管对应连接，尾部接头与涡流管的冷端管连通；S2：开启钻机对煤体进行切削；S3：待钻进至指定的距离后，停止钻进，并拆除双层钻杆与尾部接头的连接，添加新的双层钻杆后再将双层钻杆与尾部接口进行连接；重复S2～S3，直至钻进至预定取样的位置；S4：取样总成进行取样；S5：将取样后取下储集管，而后打开罗茨真空泵，对煤样进行检测。对煤样进行检测。对煤样进行检测。

【技术实现步骤摘要】
基于冷冻取样工艺的煤岩层有害气体含量的直接测试方法


[0001]本专利技术属于煤矿安全
，涉及一种基于冷冻取样工艺的煤岩层有害气体含量的直接测试方法。

技术介绍

[0002]瓦斯是矿井安全生产的主要威胁之一，其是以甲烷为主要成分的可燃性气体，以吸附和游离的形态赋存于煤层或围岩内。近年来，我国诸多矿区的生产实践中发现，煤矿开采过程中的硫化氢气体与甲烷混合气体已构成了新的灾害。
[0003]硫化氢在标准状况下是一种易燃的酸性气体，无色，低浓度时有臭鸡蛋气味，浓度极低时便有硫磺味，有剧毒。硫化氢气体能溶于水，易溶于醇类、石油溶剂和原油。因此，在该类矿井的生产过程中，需准确掌握煤层甲烷与硫化氢混合气体含量分布，以便于为煤炭的安全稳定供给以及井下作业人员的身心健康提供技术保障。
[0004]我国目前最常用的井下直接法测定的煤层瓦斯含量由煤样井下瓦斯解吸量、实验室残存瓦斯量以及取样过程的瓦斯损失量三部分组成。其中前两者可实测，瓦斯损失量则是根据煤样在井下前几分钟的解吸规律与取芯时间推算得到，瓦斯损失量的推算结果受取样方式的影响很大。
[0005]常用的取样方法有：
[0006](1)钻屑法取样操作简单但易混样，无法保证煤样的纯净，其测定结果的可靠性难以保证；
[0007](2)取芯管法能够实现煤层中定点取样，且取样深度也较长，但取样过程中由于钻头切削煤体以及管壁与钻孔壁摩擦等的生热，导致取芯管壁温度升高，加剧了取样过程煤芯的瓦斯解吸速度，因此真实取芯过程的瓦斯损失量比常温环境推算值更大，当取芯时间较长时，所取样品甚至出现不解吸的情况；此外，该种方法根本不适宜于含硫化氢气体时的有害气体含量测定，这是由于硫化氢气体的活性很强，遇热随即产生反应；
[0008](3)正压反循环压风取样和负压引射取样技术既能够定点取样又可缩短取样时间，但对风压要求较高，而且以煤芯在常压下的解吸规律来推算正压或负压环境下的瓦斯损失量与实际不符；
[0009](4)密闭液密闭等保压取芯技术目的是阻止或减少取芯过程的瓦斯漏失，但密闭液有时不能将煤芯完全包裹，甚至还会污染煤样，此方法尚未被工程应用所接受；
[0010](5)冷冻取芯煤层瓦斯含量测定技术，即当钻进至预定取芯位置后，换上冷冻取芯器完成钻削取样，煤芯在制冷剂作用下迅速降至0℃以下，尽可能地减缓取芯过程中煤芯瓦斯解吸，降低瓦斯损失量，但该技术需在钻进至预定位置后随即退钻，而后更换冷冻取芯装置实施煤样的钻取，因此退钻至更换冷冻取芯装置的过程将导致取样煤体瓦斯产生损失。
[0011]综上所述，目前常用的几种煤岩层有害气体含量的直接测定方法均存在不同程度的不足，其核心在于如何实现钻进过程中的随钻随取，且可消除或尽可能的降低取样过程中的气体损失量是煤岩层有害气体含量的准确可靠测定的关键所在。

技术实现思路

[0012]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种能够解决上述问题的基于冷冻取样工艺的煤岩层有害气体含量的直接测试方法。
[0013]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0014]一种基于冷冻取样工艺的煤岩层有害气体含量的直接测试方法，包括以下步骤：
[0015]S1：将三翼内凹钻头安装在双层端部钻杆的端部外层管前端，将用于采取煤样的取样总成安装在端部钻杆的端部内层管前部，将端部钻杆的后端与双层钻杆的内外层管对应连接，而后将双层钻杆外侧一端与钻机上的夹持装置连接，并将双层钻杆的末端与尾部接头连接；将尾部接头的尾部外管接口和尾部接头的尾部内管接口分别与涡流管的冷端管连通；将煤矿井下的压风风管与涡流管的喷嘴端连通；
[0016]S2：开启钻机对煤体进行切削；在此过程中，煤矿井下的压风通过涡流管的涡流室进行冷、热分离后，冷空气分别进入双层管的内管空间和双层管之间的空间内，对煤体进行冷却以及排出煤渣；
[0017]S3：待钻进至一定的距离后，停止钻进，并拆除双层钻杆与尾部接头的连接，添加新的双层钻杆后再将双层钻杆与尾部接头进行连接；重复S2～S3，直至钻进至预定取样的位置；
[0018]S4：待钻进至预定取样的位置后，关闭双层钻杆内层管的进风口，持续钻进，在此过程中取样总成进行取样，取样完毕后，关闭压风风源并拆除尾部内管接口与涡流管的连接，而后将橡胶球经由内管接头放入尾部接头内；而后再次将尾部内管接头与涡流管的一端通过高压胶管进行连接，并打开压风的风源，使得橡胶球在冷风的作用下进入至取样总成的球座上，并驱动密封执行块体切断储集管进口处的煤屑，同时与支撑架连接为一体的密封橡胶压入储集管的后端开口，并对储集管进行密封；
[0019]S5：将取样总成从端部钻杆上拆下，取下储集管，并将储集管上设置的针形阀与试验管道上设置的硅胶管连接，而后打开罗茨真空泵，对煤样进行检测。
[0020]进一步的，步骤中提到的取样总成包括输送管、带有螺旋叶片的内置钻杆，内置钻杆的外圆周上固定螺旋叶片，内置钻杆置于输送管内部与输送管同轴心，输送管的尾端固定在圆柱定位块体的前端，圆柱定位块体固定在端部内层管的内壁上，圆柱定位块体后方设置有密封执行块体，密封触发杆依次穿过密封执行块体和圆柱定位块体，密封执行块体后方固定有与输送管相对应的储集管，增压框架为密封触发杆提供动力，密封触发杆的移动能够实现密封执行块体对储集管的前端进行密封。
[0021]进一步的，密封触发杆从前到后依次包括一体设计的触发杆前部、触发部和触发杆后部，触发杆前部为水平杆，触发杆前部的尾端与触发部的前端一体连接，触发部为一个倾斜的连接杆，触发部的后端朝向端部内层管的轴线倾斜，触发杆后部为水平杆，触发部的尾端与触发杆后部的前端一体连接，密封触发杆的横断面为矩形面，相对应的密封执行块体上开有与触发部相配合的触发槽，触发槽包括垂直贯穿密封执行块体的矩形槽，矩形槽的前部靠近密封执行块体外壁的一侧设置有与矩形槽连通的前倾斜槽，矩形槽的后部靠近半圆柱型块的一侧设置有与矩形槽连通的后倾斜槽，前倾斜槽和后倾斜槽连通，前倾斜槽和后倾斜槽连通后正好与触发部相配合。
[0022]进一步的，密封触发杆的后端通过支撑架进行固定连接，支撑架的中部朝向储集
管的一侧固定密封橡胶，储集管的后端开有开口，密封橡胶与此开口相配合且能够对此开口进行封堵，推杆的前端固定在支撑架的中部后端上，推杆的后端与增压框架内设置的输出斜体连接。
[0023]进一步的，增压框架内从前到后依次设置有能够滑动的输出斜体、传力圆块和输入斜体，推杆的后端穿过增压框架的前侧框架后进入增压框架内部固定在输出斜体的前端面上，输出斜体的前端面与增压框架相对的侧壁之间的推杆上套有弹簧一，输入斜体的后端延伸到增压框架的外侧后设置有与输入斜体一体的限位台阶，限位台阶与增压框架的后端侧壁之间设置有弹簧二，限位台阶的后端侧壁上固定开口朝后的球座，球座与橡胶球相配合。
[0024]进一步的，输入斜体朝向传力圆块的侧壁为倾斜面，输出斜体朝向传力圆块的侧壁也为倾斜面，输入斜体的倾斜面与水平面的夹角小于输出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于冷冻取样工艺的煤岩层有害气体含量的直接测试方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将三翼内凹钻头(400)安装在双层端部钻杆(100)的端部外层管(110)前端，将用于采取煤样的取样总成(500)安装在端部钻杆(100)的端部内层管(120)前部，将端部钻杆(100)的后端与双层钻杆(200)的内外层管对应连接，而后将双层钻杆(200)外侧一端与钻机上的夹持装置连接，并将双层钻杆(200)的末端与尾部接头(300)连接；将尾部接头(300)的尾部外管接口(311)和尾部接头(300)的尾部内管接口(321)分别与涡流管(700)的冷端管(710)连通；将煤矿井下的压风风管与涡流管(700)的喷嘴端(720)连通；S2：开启钻机对煤体进行切削；在此过程中，煤矿井下的压风通过涡流管(700)的涡流室进行冷、热分离后，冷空气分别进入双层管的内管空间和双层管之间的空间内，对煤体进行冷却以及排出煤渣；S3：待钻进至一定的距离后，停止钻进，并拆除双层钻杆(200)与尾部接头(300)的连接，添加新的双层钻杆(200)后再将双层钻杆(200)与尾部接头(300)进行连接；重复S2～S3，直至钻进至预定取样的位置；S4：待钻进至预定取样的位置后，关闭双层钻杆(200)内层管的进风口，持续钻进，在此过程中取样总成(500)进行取样，取样完毕后，关闭压风风源并拆除尾部内管接口(321)与涡流管(700)的连接，而后将橡胶球(597)经由尾部内管接口(321)放入尾部接头(300)内；而后再次将尾部内管接口(321)与涡流管(700)的一端通过高压胶管进行连接，并打开压风的风源，使得橡胶球(597)在冷风的作用下进入至取样总成(500)的球座(596)上，并驱动密封执行块体(540)切断储集管(560)进口处的煤屑，同时与支撑架(580)连接为一体的密封橡胶(571)压入储集管(560)的后端开口，并对储集管(560)进行密封；S5：将取样总成(500)从端部钻杆(100)上拆下，取下储集管(560)，并将储集管(560)上设置的针形阀(572)与试验管道上设置的硅胶管连接，而后打开罗茨真空泵(800)，对煤样进行检测。2.根据权利要求1所述的一种基于冷冻取样工艺的煤岩层有害气体含量的直接测试方法，其特征在于：步骤中提到的取样总成(500)包括输送管(510)、带有螺旋叶片(521)的内置钻杆(520)，内置钻杆(520)的外圆周上固定螺旋叶片(521)，内置钻杆(520)置于输送管(510)内部与输送管(510)同轴心，输送管(510)的尾端固定在圆柱定位块体(530)的前端，圆柱定位块体(530)固定在端部内层管(120)的内壁上，圆柱定位块体(530)后方设置有密封执行块体(540)，密封触发杆(550)依次穿过密封执行块体(540)和圆柱定位块体(530)，密封执行块体(540)后方固定有与输送管(510)相对应的储集管(560)，增压框架(590)为密封触发杆(550)提供动力，密封触发杆(550)的移动能够实现密封执行块体(540)对储集管(560)的前端进行密封。3.根据权利要求2所述的一种基于冷冻取样工艺的煤岩层有害气体含量的直接测试方法，其特征在于：密封触发杆(550)从前到后依次包括一体设计的触发杆前部(551)、触发部(552)和触发杆后部(553)，触发杆前部(551)为水平杆，触发杆前部(551)的尾端与触发部(552)的前端一体连接，触发部(552)为一个倾斜的连接杆，触发部(552)的后端朝向端部内层管(120)的轴线倾斜，触发杆后部(553)为水平杆，触发部(552)的尾端与触发杆后部(553)的前端一体连接，密封触发杆(550)的横断面为矩形面，相对应的密封执行块体(540)
上开有与触发部(552)相配合的触发槽，触发槽包括垂直贯穿密封执行块体(540)的矩形槽(542)，矩形槽(542)的前部靠近密封执行块体(540)外壁的一侧设置有与矩形槽(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：程波，张志刚，黄瑞峰，
申请(专利权)人：华北科技学院，
类型：发明
国别省市：