CN104764625B - 一种煤层低温取样装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤层低温取样装置及方法，包括通孔钻头、通孔钻杆、螺旋导渣取样器、空芯导杆、降温箱，通孔钻头与通孔钻杆连接，通孔钻杆腔体内部自前向后设有螺旋导渣取样器、空芯导杆，空芯导杆末端与降温箱连接。其取样方法：应用通孔钻具施工钻孔到煤层取样点，连接低温取样装置，开启供风管开关，降温箱低温输出接口的冷气经空芯导杆腔体送入钻孔底部，对煤层取样点实施降温，启动风动钻机带动空芯导杆旋转取样，退出螺旋导渣取样器将煤样转移到煤样罐中封存。本发明设计新颖，实现了低温密封取煤样，能够减少取样过程中瓦斯的损失量，提高了煤层瓦斯含量测定的准备性。

Description

一种煤层低温取样装置及方法

技术领域

本发明属于矿井瓦斯防治技术领域，具体涉及一种煤层低温取样装置及方法。

背景技术

煤矿井下煤层瓦斯含量测定是煤与瓦斯突出危险性鉴定、瓦斯抽采设计等工作的重要前提，准确的测定煤层瓦斯含量是保障煤矿安全生产的重要前提。煤层瓦斯含量测定之前，需对待测定煤层现场取样并密封保存，采用专用仪器进行测量和计算煤层瓦斯含量。目前，科研人员通过实验室试验、理论计算等方法已经证实了煤矿井下含瓦斯煤层低温环境取煤样，能够减少取样过程中瓦斯的损失量，提高煤层瓦斯含量测定的准确性。但受煤层地质条件、取样钻孔深度等取样环境的限制，取样工具的发展落后于理论研究，现有的取样装置种类较多，但都为常温条件下取样工具。因此，急需一种新的煤层低温取样工具及方法提高煤层瓦斯含量测定的准确性。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供了一种煤层低温取样装置及方法，该装置能够实现密封低温环境取样，能够有效减小取样过程中，煤样瓦斯散逸量，有利于提高煤层瓦斯含量测定的准确性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种煤层低温取样装置，包括通孔钻头、通孔钻杆、螺旋导渣取样器、空芯导杆、降温箱，其特征在于：所述通孔钻头与通孔钻杆连接，通孔钻杆腔体内部自前向后设有螺旋导渣取样器、空芯导杆，空芯导杆末端与降温箱连接；螺旋导渣取样器由钻头、螺旋导渣杆、密封圈、挡圈组成，钻头安装在螺旋导渣杆前端，挡圈安装在螺旋导渣杆后端，密封圈设置在挡圈前端。

所述螺旋导渣杆由导渣杆前接头、螺旋叶片、杆体、导渣杆后接头组成，导渣杆前接头与钻头连接，导渣杆后接头与空芯导杆连接，螺旋叶片设置在螺旋导渣杆前端，螺旋叶片与挡圈之间形成存储钻屑空间。

所述降温箱由涡流管组、进风口、低温输出接口、高温输出接口组成，进风口与供风管连接，低温输出接口与空芯导杆连接。

一种煤层低温取样方法，采用如权利要求1所述的一种煤层低温取样装置，包括以下步骤：

①安装通孔钻头、通孔钻杆，应用钻机施工初始钻孔；

②钻孔施工到设计深度后，将组装完整的螺旋导渣取样器送入通孔钻杆内腔，其后端连接空芯导杆，通过空芯导杆接替连接，穿过通孔钻头将螺旋导渣取样器送入钻孔底部；

③空芯导杆安装在风动钻机上，空芯导杆尾部通过导管与降温箱的低温出气管连接，开启供风管开关，降温箱低温输出接口的冷气经空芯导杆腔体送入钻孔底部，对煤层取样点实施降温10～30分钟，启动风动钻机带动空芯导杆旋转1～2分钟，取样完成；

④.风动钻机夹持空芯导杆退钻，螺旋导渣取样器退到孔口时，将煤样转移到煤样罐中封存。

附图说明

图1是本发明工作状态的结构示意图；

图2是本发明螺旋导渣取样器结构图；

图3是本发明螺旋导渣杆结构图；

图4是本发明降温箱结构图。

具体实施方式

如图1～图4所示，本发明一种煤层低温取样装置及方法，包括通孔钻头1、通孔钻杆2、螺旋导渣取样器3、空芯导杆4、降温箱5，通孔钻头1与通孔钻杆2连接，通孔钻杆1腔体内部自前向后设有螺旋导渣取样器3、空芯导杆4，空芯导杆4末端与降温箱5连接；螺旋导渣取样器3由钻头301、螺旋导渣杆302、密封圈303、挡圈304组成，钻头301安装在螺旋导渣杆302前端，挡圈304安装在螺旋导渣杆302后端，密封圈303设置在挡圈304前端。

螺旋导渣杆302由导渣杆前接头3021、螺旋叶片3022、杆体3023、导渣杆后接头3024组成，导渣杆前接头3021与钻头301连接，导渣杆后接头3024与空芯导杆4连接，螺旋叶片3022设置在螺旋导渣杆302前端，螺旋叶片3022与挡圈304之间形成存储钻屑空间。

降温箱5由涡流管组501、进风口502、低温输出接口503、高温输出接口组成504，进风口502与供风管连接，低温输出接口503与空芯导杆4连接。

一种煤层低温取样方法，采用如权利要求1所述的一种煤层低温取样装置，包括以下步骤：

①安装通孔钻头1、通孔钻杆2，应用钻机施工初始钻孔；

②钻孔施工到设计深度后，将组装完整的螺旋导渣取样器3送入通孔钻杆2内腔，其后端连接空芯导杆4，通过空芯导杆4接替连接，穿过通孔钻头1将螺旋导渣取样器3送入钻孔底部；

③空芯导杆4安装在风动钻机上，空芯导杆4尾部通过导管与降温箱5的低温出气管连接，开启供风管开关，降温箱5低温输出接口503的冷气经空芯导杆4腔体送入钻孔底部，对煤层取样点实施降温10～30分钟，启动风动钻机带动空芯导杆4旋转1～2分钟，取样完成；

④.风动钻机夹持空芯导杆4退钻，螺旋导渣取样器3退到孔口时，将煤样转移到煤样罐中封存。

下面介绍一下本发明煤层低温取样装置及方法的主要特点：

①根据GB/T 23250-2009《煤层瓦斯含量井下直接测定方法》的规定，煤层取样深度一般规定：在采掘工作面取样时，采样深度应根据采掘工作面的暴露时间来确定，但不应小于12m；在石门或岩石巷道采样时，距煤层的垂直距离应视岩性而定，但不应小于5m。根据现场取样经验，一般为15m～25m，在该钻孔深度范围内，应用本发明降温箱5，冷气经空芯导杆4、螺旋导渣取样器3到达孔底，实现降温，根据需要，可调节降温箱5内涡流管的数量来调整降温箱5的冷气输出流量，考虑冷气输送过程中的温度变化，取样点的最低冷气温度可达-30℃以上。因此，应用本发明煤层低温取样装置，能够实现煤层取样点的快速降温，保障低温环境条件下取样。

②本发明螺旋导渣取样器3由钻头301、螺旋导渣杆302、密封圈303、挡圈304组成，取样时，通过钻头301、螺旋导渣杆302的螺旋叶片结构，煤样快速被导入螺旋叶片3022与挡圈304之间形成存储钻屑空间，根据需要取煤样的多少，可调节螺旋导渣杆302的长度。因此，本发明煤层低温取样装置及方法使取样在通孔钻杆的腔体内完成，且煤样在螺旋叶片3022与挡圈304之间形成存储钻屑空间内不断被挤压，保证了所取煤样的密封保存，能够减少取样过程中瓦斯的损失量，提高煤层瓦斯含量测定的准备性。

Claims (4)

1.一种煤层低温取样装置，包括通孔钻头、通孔钻杆、螺旋导渣取样器、空芯导杆、降温箱，其特征在于：所述通孔钻头与通孔钻杆连接，通孔钻杆腔体内部自前向后设有螺旋导渣取样器、空芯导杆，空芯导杆末端与降温箱连接；螺旋导渣取样器由钻头、螺旋导渣杆、密封圈、挡圈组成，钻头安装在螺旋导渣杆前端，挡圈安装在螺旋导渣杆后端，密封圈设置在挡圈前端。

2.根据权利要求1所述的一种煤层低温取样装置，其特征在于：所述螺旋导渣杆由导渣杆前接头、螺旋叶片、杆体、导渣杆后接头组成，导渣杆前接头与钻头连接，导渣杆后接头与空芯导杆连接，螺旋叶片设置在螺旋导渣杆前端，螺旋叶片与挡圈之间形成存储钻屑空间。

3.根据权利要求1所述的一种煤层低温取样装置，其特征在于：所述降温箱由涡流管组、进风口、低温输出接口、高温输出接口组成，进风口与供风管连接，低温输出接口与空芯导杆连接。

4.一种煤层低温取样方法，采用如权利要求1所述的一种煤层低温取样装置，其特征在于：包括以下步骤：

①安装通孔钻头、通孔钻杆，应用钻机施工初始钻孔；

②钻孔施工到设计深度后，将组装完整的螺旋导渣取样器送入通孔钻杆内腔，其后端连接空芯导杆，通过空芯导杆接替连接，穿过通孔钻头将螺旋导渣取样器送入钻孔底部；

③空芯导杆安装在风动钻机上，空芯导杆尾部通过导管与降温箱的低温出气管连接，开启供风管开关，降温箱低温输出接口的冷气经空芯导杆腔体送入钻孔底部，对煤层取样点实施降温10～30分钟，启动风动钻机带动空芯导杆旋转1～2分钟，取样完成；

④风动钻机夹持空芯导杆退钻，螺旋导渣取样器退到孔口时，将煤样转移到煤样罐中封存。