一种矿用深孔定点密闭取样装置及取样方法与流程-尊龙凯时官方app下载

文档序号:36404892发布日期:2023-12-16 10:56阅读:16来源:国知局
一种矿用深孔定点密闭取样装置及取样方法与流程

1.本发明属于煤矿开采技术领域,具体涉及一种矿用深孔定点密闭取样装置及取样方法



背景技术:

2.井下长距离定点密闭取样技术,是指采用定向长钻孔探明取样区域内的煤层起伏变化规律后,制定定向孔轨迹及孔内取样点布置设计方案,并按要求钻孔和精准提取孔内指定点煤样的密闭取样技术

在定向孔轨迹及孔内取样点位于煤层较薄且起伏变化较大的区域进行长距离定点密闭取样,并实现取样点的精确控制,密闭取样装置必须具有较高的密封性和保压性,且装置的动作序列控制必须精确

灵敏

3.公开号为
cn107806341b
的中国专利公开了一种煤矿深孔定点密闭取样装置,采用内



外三筒结构设计,取芯钻进过程,取芯外筒带动取芯钻头钻取煤样,煤芯通过取芯薄壁钻头

球阀,进入取芯内筒,达到取芯长度后停钻,通入高压水,高压水通过止回阀后作用在截断阀上,当水压产生推力切断销钉后,截断阀及取芯中筒前移,带动球阀开关及球阀旋转从而截断取芯煤柱,将煤样及瓦斯气体封存在取芯内筒中,取芯结束后,连接井下解吸仪,即可现场解吸;该取样装置在使用时难以判断销钉是否被剪断,球阀开关是否被打开,取样成功率低,并且该取芯内筒的储存空间较小,一次取样量较小,取样效率低



技术实现要素:

4.本发明的目的在于提供一种矿用深孔定点密闭取样装置,以解决现有取样装置取样成功率低

取样量少,取样效率低的问题

5.为了解决上述技术问题,本发明提供以下技术方案:
6.一种矿用深孔定点密闭取样装置,包括同轴依次设置的钻头

取芯部

储芯部和连接部;
7.取芯部包括连接筒和取样阀门,连接筒固定连接在钻头上,连接筒上设有长圆孔,长圆孔的边缘上设有齿槽;取样阀门包括可转动安装在连接筒内的阀座,阀座与储芯部固定连接;阀座内可转动安装有球型阀芯,球型阀芯上设有贯穿球型阀芯的开口;长圆孔的齿槽上啮合有齿轮,齿轮穿过阀座与球型阀芯连接;
8.储芯部内设有用于储存样品的储芯区,连接部用于安装钻杆,连接部与钻杆之间为非螺纹固定连接

9.本发明的技术原理为:
10.初始状态时,取样阀门处于关闭状态,球型阀芯的开口紧贴阀座内壁,切断钻头与储芯部的连接通道;使用时,将本取样装置安装在钻杆上,通过钻机正转推进钻杆,将取样装置送至取样点后;钻机的推进压力使取样装置前端的钻头用力顶在岩壁上,岩壁对钻头的反作用力使钻头和连接筒停止转动,同时通过钻机反向转动钻杆,钻杆带动连接部

储芯部反向转动,阀座跟随储芯部与连接筒发生相对转动,齿轮与连接筒的齿槽相互配合,使球
型阀芯的开口转动至与钻头和储芯部的储芯区连通,取样阀门则处于开启状态;钻机持续反转推进取样,样品自钻头通过球型阀芯的开口进入储芯部,取样完成后,通过钻机正向转动钻杆,钻杆带动连接部

储芯部正向转动,阀座跟随储芯部与连接筒发生相对转动,齿轮与连接筒的齿槽相互配合,使球型阀芯的开口恢复至初始状态,取样阀门关闭

11.进一步地,所述连接筒上还设有导向孔,阀座上设有限位销,限位销可滑动安装在导向孔内

12.进一步地,所述连接部设有取样通道,取样通道的两端分别与储芯区和外界连通,取样通道内可拆卸安装有密封塞

13.进一步地,所述连接部包括与储芯部连接的连接头,连接头上设有相互连通的第一取样孔和第二取样孔,第一取样孔与外界连通,密封塞安装于第一取样孔内,第二取样孔与储芯区连通,第一取样孔和第二取样孔构成取样通道

14.进一步地,所述连接部上设有若干进水孔;储芯部包括外筒,外筒内部固定有内筒,外筒和内筒之间存在过水间隙,外筒的内壁上设有若干与过水间隙连通的凹槽,外筒上还设有若干与凹槽连通的第一过水孔;连接筒上设有若干第二过水孔;钻头上设有若干出水孔;进水孔

过水间隙

凹槽

第一过水孔

第二过水孔和出水孔能够依次连通形成水流通道

15.进一步地,所述连接部包括连接头,连接头的一端与储芯部连接,连接头的另一端设有用于连接钻杆的安装筒;若干进水孔均包括相互连通的第一进水孔和第二进水孔,第一进水孔设置在安装头的轴向上,第一进水孔与安装筒连通,第二进水孔设置在连接头的径向上,第二进水孔与储芯部的过水间隙连通

16.进一步地,所述储芯部包括大径段和小径段,小径段与阀座固定连接;取芯部还包括与钻头固定连接的保护套,保护套位于取样筒外;取芯部的小径段可转动安装在保护套内,小径段外壁设有环槽,环槽内设有密封圈,密封圈用于加强小径段与保护套之间的密封性

17.进一步地,所述钻头包括固定连接的切削段和连接段,切削段的端面上设有若干切削齿;阀座包括固定连接的第一阀座和第二阀座,第一阀座与钻头的连接段可转动连接,第二阀座与储芯部固定连接;球型阀芯和齿轮通过固定螺栓连接,固定螺栓贯穿第一阀座

第二阀座和连接筒的长圆孔

18.进一步地,所述连接部的安装筒与钻杆采用六方插接或四方插接方式连接

19.一种矿用深孔密封取样方法,采用上述矿用深孔定点密闭取样装置,包括如下步骤:
20.5)
取样孔钻进施工,当取样孔施工完毕后,退出钻杆;
21.6)
将矿用深孔定点密闭取样装置与钻杆连接,此时取样阀门处于关闭状态;开启钻机,钻机带动钻杆正向转动并向前推进,同时向钻杆内供水,水流依次经过钻杆

连接部

储芯部

取芯部从钻头流出;钻机和钻杆配合将矿用深孔定点密闭取样装置送至取样点后,加大供水量,冲去钻头处的杂物;
22.7)
钻机的推进压力将矿用深孔定点密闭取样装置前端的钻头顶在岩壁上,岩壁对钻头的反作用力使钻头和连接筒固定不动;同时,通过钻机使钻杆带动连接部

储芯部反向转动,阀座跟随储芯部与连接筒发生相对转动,齿轮与连接筒的齿槽相互配合,使球型阀芯
的开口转动至与钻头和储芯部连通,取样阀门开启;钻机持续反向转动推进取样,当钻机的推进行程超过矿用深孔定点密闭取样装置的总长度时,将钻机正向转动,使钻杆带动连接部

储芯部正向转动,阀座跟随储芯部与连接筒发生相对转动,齿轮与连接筒的齿槽相互配合,使球型阀芯的开口转动,切断钻头和储芯部之间的通道,取样阀门关闭;
23.8)
持续使钻机正向转动,逐根退钻,直至将矿用深孔定点密闭取样装置回收至钻机处,将矿用深孔定点密闭取样装置从钻杆上取下,即可在符合条件的情况下对所取样品进行分析,得到取样点样品的真实情况

24.与现有技术相比,本发明具有以下技术效果:
25.1、
现有取样装置通过高压泵驱动高压水剪切销钉来实现阀门开闭,操作者无法判断销钉是否被剪断,也无法判断取样是否成功,并且该种取样装置对钻杆的密封性要求较高;而本发明通过钻机的正转和反转

以及岩壁对取样装置的反作用力控制取样阀门的启闭,取样阀门的可控性好,确保取样阀门到达取样点后才开启,离开取样点时关闭,有效提高了取样成功率,并且无需密封性高的钻杆,取样装置的适用性更高

26.2、
本发明的储芯部由内筒和外筒组成,与现有取样装置采用外筒

中筒和内筒的结构相比,本取样装置的可容纳样品空间的横截面积比现有装置大
70
%左右,增大了一次性取样的样品量,有效提高了取样效率,加快煤矿开采流程

27.3、
本发明通过在连接部设置第一取样孔和第二取样孔,当取样完毕后,打开连接部的密封塞即可将内筒存储的样品中的气体组分抽出,气体抽出后将连接头取下即可取出样品中的固体和液体;样品气体

液体

固体分离操作简单快捷,有效提高了样品的检测效率和检测结果的准确性

28.4、
目前
sdq
快速取样装置仅能取孔深
120m
以内的样品,而本发明的取样装置的取样深度不受水压的限制,可以取到孔深
500m
甚至千米以上的样品

29.5、
本发明的整体结构简单,制造成本低,操作使用方便快捷,具备较好的密封性,煤样保压效果好,有效提高了样品的测量准确性

附图说明
30.图1为本发明的立体结构示意图;
31.图2为本发明的爆炸视图;
32.图3为本发明的正视图及其
a-a
方向的剖视图;
33.图4为本发明的连接头的正视图及其
b-b
方向的剖视图;
34.图5为与本发明适配的钻杆结构示意图

具体实施方式
35.下面通过具体实施方式进一步详细说明:
36.说明书附图中的附图标记包括:
37.钻头1,切削齿
11
,出水孔
12

38.取芯部2,连接筒
21
,第二过水孔
211
,长圆孔
212
,齿槽
213
,导向孔
214
,球型阀芯
22
,开口
221
,第一阀座
23
,限位销
231
,第二阀座
24
,齿轮
25
,外防护套
26

39.储芯部3,内筒
31
,储芯区
311
,外筒
32
,第一过水孔
321
,凹槽
322
,密封圈
323
,过水
间隙
33

40.连接部4,连接头
41
,第二取样孔
411
,第一进水孔
412
,第二进水孔
413
,安装筒
42
,凸缘
43
,第一取样孔
431
,密封塞
432。
41.实施例
42.如图1所示,一种矿用深孔定点密闭取样装置,包括同轴依次设置的钻头
1、
取芯部
2、
储芯部3和连接部
4。
43.如图
1-3
所示,钻头1包括切削段,切削段的左端面上成型有若干切削齿
11
,切削段的右端面上焊接有连接段,连接段用于与取芯部2连接,连接段包括大直径段和小直径段

44.如图
1-3
所示,取芯部2包括连接筒
21
和取样阀门,连接筒
21
的左端套设于钻头1连接段的大直径段上,并且,连接筒
21
的左端通过螺栓固定安装在切削段的右端面上;连接筒
21
上对称开有两个长圆孔
212
,两个长圆孔
212
的边缘均成型有若干齿槽
213
;取样阀门包括可转动安装在连接筒
21
内的阀座,阀座包括焊接固定的第一阀座
23
和第二阀座
24
,第一阀座
23
的左端与连接段的小直径段间隙配合,第二阀座
24
的右端与储芯部3固定连接;取样阀门还包括球型阀芯
22
,沿球型阀芯
22
的中心线上设有开口
221
,开口
221
贯穿球型阀芯
22
,球型阀芯
22
可转动安装在第一阀座
23
和第二阀座
24
的内部,球型阀芯
22
的两侧分别通过固定螺栓连接有齿轮
25
,固定螺栓贯穿第一阀座
23、
第二阀座
24
和连接筒
21
的长圆孔
212
,两个齿轮
25
分别位于两个长圆孔
212
内,且两个齿轮
25
分别啮合于对应的齿槽
213


45.初始状态时,取样阀门处于关闭状态,球型阀芯
22
的开口
221
处于竖直状态,球型阀芯
22
的开口
221
与第一阀座
23
和第二阀座
24
的内壁相抵,切断钻头1与储芯部3之间的通道,两个齿轮
25
分别位于两个长圆孔
212
的一端;使用时,将钻杆与连接部4连接,通过钻机正转推进钻杆,当取样装置到达取样点后,通过钻机

钻杆的推进压力使钻头1抵住前方岩壁,岩壁的反作用力使钻头1和连接筒
21
固定不动,同时改变钻机转动方向,使钻杆

储芯部
3、
第一阀座
23
和第二阀座
24
反向转动,储芯部3与连接筒
21
发生相对转动,带动齿轮
25
从长圆孔
212
的一端转动至另一端,转动过程中齿槽
213
带动齿轮
25
沿自身中心线自转,使球型阀芯
22
的开口
221
转动至水平状态,钻头1与储芯部3之间的通道连通,取样阀门开启;钻机持续反转推进取样,样品自钻头1通过球型阀芯
22
的开口
221
进入储芯部3的储芯区
311
,当钻机的推进形成大于本装置的总长时,即取样完成;此时,再次改变钻机的转动方向,使钻杆

储芯部
3、
第一阀座
23
和第二阀座
24
正向转动,储芯部3与连接筒
21
发生相对转动,带动齿轮
25
转动复位至初始位置,转动复位过程中,齿槽
213
带动齿轮
25
自转,球型阀芯
22
的开口
221
转动至竖直状态,取样阀门即关闭

46.本发明的取样阀门的开启和关闭由钻机直接控制,不受水压限制,取样成功率高,取样深度更深,能够取到孔深大于
500m
的样品,对煤矿的开采取样工作具有重大意义;并且,取样完成后取样阀门即关闭,装置的密封性好,保压效果好,能够提高样品的检测准确性

47.如图2所示,连接筒
21
的两侧对称开设有两个导向孔
214
,第一阀座
23
的两侧对称固定连接有四个限位销
231
,两个限位销
231
滑动安装在对应的导向孔
214
内;当取样阀门处于开启和关闭状态时,第一阀座
23
上的限位销
231
分别位于导向孔
214
的两端

通过设置相互配合的限位销
231
和导向孔
214
,能够使储芯部
3、
阀座与连接筒
21
之间的相对转动运行更加平稳,避免取样阀门启闭失效,提高取样装置的取样成功率

48.如图2和3所示,取芯部还包括焊接在钻头1切削段右端面上的保护套,保护套套设于取样筒外;储芯部3包括外筒
32
,外筒
32
的左端和右端分别为小径段和大径段,小径段与第二阀座
24
的右端过盈配合,小径段可转动安装在保护套内,小径段的外壁开有环槽,环槽内粘接有密封圈
323
,密封圈
323
用于加强小径段与保护套之间的密闭性,防止外界杂物进入装置内部,避免杂物堆积导致装置内部的零部件运动失效,避免取样阀门启闭失效,影响取样成功率

连接部4包括连接头
41
,连接头
41
的左端螺纹联接在内筒
31
的右端,连接头
41
的右端焊接有用于连接钻杆的安装筒
42
,安装筒
42
与钻杆采用六方插接或四方插接方式连接,能够避免取样过程中钻杆正

反转,钻杆与取样装置脱落,影响取样成功率,并且,上述连接方式简单

操作方便快捷,提高装置的组装效率

49.如图2和3所示,连接部4上设有若干进水孔,若干进水孔均包括相互连通的第一进水孔
412
和第二进水孔
413
,第一进水孔
412
周向均布于连接头
41
的右端面,第二进水孔
413
周向均布于连接头
41
的外壁上;储芯部3的外筒
32
内焊接固定有内筒
31
,外筒
32
和内筒
31
之间存在与第二进水孔
413
连通的过水间隙
33
,外筒
32
的左端面上周向开设有若干第一过水孔
321
,外筒
32
的内壁上开设有若干凹槽
322
,凹槽
322
与第一过水孔
321
和过水间隙
33
连通

如图2和3所示,连接筒
21
上周向设有若干能够与第一过水孔
321
连通的第二过水孔
211
;钻头1上周向设有若干与导向孔
214
连通的出水孔
12
;第一进水孔
412、
第二进水孔
413、
过水间隙
33、
凹槽
322、
第一过水孔
321、
第二过水孔
211
以及出水孔
12
能够相互导通形成水流通道;本实施例中的第一进水孔
412、
第二进水孔
413
均设置6个,第一过水孔
321、
第二过水孔
211
以及出水孔
12
均设置4个

50.如图3所示,当取样阀门处于关闭状态时,外筒
32
的所有第一过水孔
321
分别与连接筒
21
的第二过水孔
211
位置对应,第一过水孔
321
和第二过水孔
211
连通,取样装置的水流通道处于导通状态,可通过钻杆向取样装置内部供水,水流从水流通道排出钻头1外;当取样阀门处于打开状态时,第一过水孔
321
与第二过水孔
211
位置错开,取样装置的水流通道处于闭合状态,提高取样装置的密封性,避免取样过程中水流进入内筒内,影响样品的检测结果

51.如图3所示,内筒
31
的内部为用于储存样品的储芯区
311
;如图2和4所示,连接部4的连接头
41
的外壁上一体成型有凸缘
43
,凸缘
43
与储芯部3的外筒
32
通过螺栓固定连接;凸缘
43
上开有第一取样孔
431
,第一取样孔
431
与外界连通,连接头
41
的中心线上开有第二取样孔
411
,第二取样孔
411
的两端分别与储芯区
311
和第一取样孔
431
连通,第一取样孔
431
和第二取样孔
411
组成取样通道;第一取样孔
431
内可拆卸连接有密封塞
432
,密封塞
432
用于打开和关闭取样通道,密封塞
432
可采用耐磨性

耐腐蚀性较好的橡胶材质制成

52.当取样阀门开启后,样品自钻头
1、
取芯部2进入储芯部3的储芯区
311
,取样完毕后,样品被密封于储芯区
311
内,退出钻杆后,将密封塞
432
取下,通过注射器等装置可将样品的气体组分抽出,然后取下凸缘
43
上的螺栓,将连接头
41
拆卸后,可将样品剩余的液体和固体组分取出

本发明可实现快速分离样品的气体

液体

固体组分,操作简单快捷,有效提高了样品的检测效率和检测结果的准确性;并且,储芯部3采用内筒
31
和外筒
32
的双层结构设计,内筒
31
的储芯区
311
横截面积比现有装置大
70
%左右,大大增加了一次性取样的样品量,提高取样效率,加快煤矿开采速度

53.一种矿用深孔密封取样方法,采用上述矿用深孔定点密闭取样装置,包括如下步
骤:
54.1)
取样孔钻进施工,当取样孔施工完毕后,退出钻杆;
55.2)
将矿用深孔定点密闭取样装置与如图5所示的钻杆采用六方插接方式固定连接,此时取样阀门处于关闭状态;开启钻机,钻机带动钻杆正向转动并向前推进,同时向钻杆内供水,水流依次经过钻杆

连接部
4、
储芯部
3、
取芯部2从钻头1流出;钻机和钻杆配合将矿用深孔定点密闭取样装置送至取样点后,加大供水量,冲去钻头1处的杂物;
56.3)
钻机的推进压力将矿用深孔定点密闭取样装置前端的钻头1顶在岩壁上,岩壁对钻头1的反作用力使钻头1和连接筒
21
固定不动;同时,改变钻机输出方向,通过钻机使钻杆带动连接部
4、
储芯部3反向转动,阀座跟随储芯部3与连接筒
21
发生相对转动,齿轮
25
与连接筒
21
的齿槽
213
相互配合,使球型阀芯
22
的开口
221
转动至与钻头1和储芯部连通,取样阀门开启;钻机持续反向转动推进取样,当钻机的推进行程超过矿用深孔定点密闭取样装置的总长度时,再次改变钻机输出方向,通过钻机使钻杆带动连接部
4、
储芯部3正向转动,阀座跟随储芯部3与连接筒
21
发生相对转动,齿轮
25
与连接筒
21
的齿槽
213
相互配合,使球型阀芯
22
的开口
221
转动,切断钻头1和储芯部之间的通道,取样阀门关闭;
57.4)
持续使钻机正向转动,逐根退钻,直至将矿用深孔定点密闭取样装置回收至钻机处,将矿用深孔定点密闭取样装置从钻杆上取下,取下连接部4的密封塞
432
,将样品中的气体组分抽出,再取下连接部4,将样品中的固体和液体进行分离,即可在符合条件的情况下对所取样品进行分析,得到取样点样品的真实情况

58.以上所述的仅是本发明的实施例,方案中公知的具体技术方案和
/
或特性等常识在此未作过多描述

应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明技术方案的前提下,还可以作出若干变形和改进,这些也应该视为本发明的保护范围,这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性

本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准,说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容

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