CN107355190A - 一种子母钻头定点取样装置 - Google Patents
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Abstract
一种子母钻头定点取样装置，包括取芯管，取芯管包括内层筒和外层筒，取芯管端部设有母钻头，母钻头上间隔固设有钻齿，母钻头上内嵌有子钻头，母钻头和子钻头通过锁紧装置连接；锁紧装置包括锁紧插销、挡板和牵引杆，锁紧插销穿设于母钻头和子钻头上的销孔内，挡板通过销钉与牵引杆连接，锁紧插销外部套设有插销弹簧，牵引杆的上端穿设于子钻头底部；本发明提供的子母钻头定点取芯装置以煤层瓦斯抽采效果检验要求定点快速取样为技术条件，不取样时子母钻头锁紧联动钻进，到达预定取样位置时启动解锁装置，母钻头以取样管的形式进行取样，即节约时间，又能准确定位并避免混样，达到了快速定点取样的目的。
Description
技术领域
本发明属于煤矿瓦斯突出防治的安全技术领域，主要用于煤层瓦斯抽采和防突效果达标检验时的钻孔取样，具体涉及一种子母钻头定点取芯装置及方法。
背景技术
我国高瓦斯矿井和突出矿井约占矿井总数的48%，我国《煤矿安全规程》和《防治煤与瓦斯突出规定》中要求，高瓦斯矿井在开采前和采掘过程中要对煤层进行瓦斯抽采，并且抽采达标后方可回采。突出矿井要求对有突出危险的煤层区域进行大范围瓦斯预抽，预抽效果检验达标后方可进行采掘作业。无论是高瓦斯矿还是突出矿井，检验煤层瓦斯抽采是否达标的一项重要指标就是煤层瓦斯含量，而检验工作的主要工程内容就是打钻到预定位置采取煤样进行瓦斯含量测定。因此，定点取样技术是高瓦斯矿井和突出矿井瓦斯防治安全工作的关键技术之一，其可靠性是关系到矿井安全生产和从业人员生命安全的保障。
煤层顺层钻孔长度一般为10~300m，定点取样要求精确定位并在最短时间内取出该位置的钻屑煤样，取样时间越短越好，并且要避免混样。
目前，煤层钻孔采样普遍采用两种技术，一种是实芯钻头钻进自然排渣孔口接样，另一种是实芯钻头钻进到预定位置后更换取芯钻头取样。
前者由于自然排渣过程中钻屑运移速度不一，部分钻屑长时间滞留在孔中，造成孔口煤样来源位置和滞留时间均存在较大的差异，形成严重的混样现象。虽然采样前清孔可以缓解这一现象，但由于煤层应力作用使钻孔收缩、孔壁破坏脱落，或者钻杆旋翼对孔壁的剐蹭，特别是当钻孔长度较长时，也会造成严重的混样。
后者由于空芯取样管装满煤样后需要及时退出，因此未达到预定位置时，只能采用普通实芯钻头钻进，到达预定位置后，需要将全部钻杆退出、拆卸，更换空芯取芯钻头后再空进到预定位置取样，这样就多了一道“退钻-更换钻头”的繁琐工序，浪费了大量的时间。在这段时间内，预定取样位置的煤炭长时间暴露于空气中，大量的瓦斯散失到空气中，使采到的煤样与实际情况存在极大的差异，导致采样失败。
因此，对于瓦斯含量测定的采样而言，采样时间是决定采样是否成功的关键因素。
发明内容
针对现有采样技术中难以快速定点取样的问题，本发明旨在提供一种子母钻头定点取芯装置。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种子母钻头定点取样装置，包括取芯管，所述的取芯管包括内层筒和外层筒，取芯管端部设有母钻头，母钻头上间隔固设有钻齿，所述的母钻头上内嵌有子钻头，母钻头横向上设有未贯通母钻头的销孔，子钻头横向上设有贯通子钻头的销孔，母钻头和子钻头通过锁紧装置连接；所述的锁紧装置包括锁紧插销、挡板和牵引杆，锁紧插销穿设于母钻头和子钻头上的销孔内，挡板通过销钉与牵引杆连接，锁紧插销外部套设有插销弹簧，牵引杆的上端穿设于子钻头底部，牵引杆与子钻头底部连接处设有弹簧挡托，弹簧挡托上部设有牵引杆弹簧，牵引杆弹簧套设与牵引杆外部，牵引杆下端连接铁丝，铁丝穿设于钻杆接头中。
母钻头的侧面设有侧向喷水孔。
母钻头上销孔的相对侧设有一小孔。
取芯管的底部设有泄压孔。
所述的母钻头和子钻头上的销孔与外界不相通。
所述的钻齿材质为合金钢。
通过以上技术方案，本发明的有益效果为：本发明提供的子母钻头定点取芯装置以煤层瓦斯抽采效果检验要求定点快速取样为技术条件，不取样时子母钻头锁紧联动钻进，到达预定取样位置时启动解锁装置，母钻头以取样管的形式进行取样，即节约时间，又能准确定位并避免混样，达到了快速定点取样的目的；本发明将传统的取芯管与实芯钻头有机地结合在一起，并实现了由实心钻头向空芯取芯管转换的定点自动切换，与传统取样技术相比，不但做到了定点取样，防止混样，而且省去了退钻-更换钻头的工序和时间，大大缩短了采样时间，保障了采样成功率。
同时本发明提供的子母钻头定点取芯装置简化了打钻工艺，节省了打钻取样时间，节约了大量的劳动力和作业时间，有效地提高了采样成功率。
本发明除钻头外，无需对钻机、钻杆和钻进工艺进行任何改造，不但大大节约了推广应用成本，而且技术适用面宽泛，技术推广前景广阔。
本发明具有操作工艺简单、方便、省工省时和技术适用面宽泛、技术推广前景广阔等优点，它的推广应用，对提高煤层瓦斯抽采效果检验准确性，保证安全生产具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明的示意图。
图2为子钻头解锁状态示意图。
图3为子钻头锁紧状态局部图。
图4为子钻头解锁状态局部图。
图5为取芯管双层筒壁示意图。
图6为母钻头结构示意图。
其中，1-子钻头，2-锁紧插销，3-插销弹簧，4-挡板，5-牵引杆，6-牵引杆弹簧，7-母钻头，8-外层筒， 9-内层筒，10-钻杆接头，11-泄压孔，12-钻齿，13-侧向喷水孔。
具体实施方式
如附图1-6所示，一种子母钻头定点取样装置，包括取芯管，所述的取芯管包括内层筒9和外层筒8，取芯管采用内外层筒双层管壁设计，排渣介质（压水、压风）由环状缝隙进入并从钻头侧部喷出，既起到给钻头降温和排出钻屑的作用，同时又能避免介质通过取样芯腔时对取到煤样的冲刷作用；取芯管端部设有母钻头7，母钻头7上间隔固设有钻齿12，所述的母钻头7上内嵌有子钻头1，母钻头7横向上设有未贯通母钻头7的销孔，子钻头1横向上设有贯通子钻头1的销孔，因此母钻头7和子钻头1上的销孔与外界不相通，避免残渣进入妨碍解锁，母钻头7和子钻头1通过锁紧装置连接；通过锁紧装置能达到子钻头1和母钻头7定点、自动脱离的目的，所述的锁紧装置包括锁紧插销2、挡板4和牵引杆5，锁紧插销2穿设于母钻头7和子钻头1上的销孔内，两个钻头结合成一个实芯钻头，挡板4通过销钉与牵引杆5连接，锁紧插销2外部套设有插销弹簧3，牵引杆5的上端穿设于子钻头1底部，牵引杆5与子钻头1底部连接处设有弹簧挡托15，弹簧挡托15上部设有牵引杆弹簧6，牵引杆弹簧6套设于牵引杆5外部，牵引杆5下端连接铁丝14，铁丝14穿设于钻杆接头10中，解锁时，用位于取芯管内层筒的铁丝14牵引挡板4，锁紧插销2末端的限制解除，在插销弹簧3的作用下，锁紧插销2从母钻头7销孔内弹出，使子钻头1与母钻头7脱离，子钻头1退到取芯管的底部，从而实现由实芯钻头到空芯取芯钻头的转换。
为了解决钻头上的出水孔喷出的高压水对钻屑的冲排而导致煤样难以进入取芯管的问题，母钻头7的侧面设有侧向喷水孔13，即排渣介质从钻头径向喷出，既避免了排渣介质直接冲排刷，又能起到钻头进行降温、防止摩擦发热引燃钻屑的目的。
母钻头7上销孔的相对侧设有一小孔16，子母钻头上的销孔对齐后，将锁紧插销2***子钻头1，用一钢针通过该小孔16即可将锁紧插销2推入母钻头7上的销孔内，将子母钻头锁紧，方便操作。
煤样进入取芯管时，像活塞一样会对取芯管内的气体产生压缩作用，气体压缩的反作用力就是阻止煤样进入取芯管内，为此，取芯管的底部设有泄压孔11，其作用就是要排除取样时管内的气体，解决样品装入受阻的问题。
钻齿12材质为合金钢，增强其耐用性，在钻齿的作用下钻芯或钻屑被装入取样管后随退钻取出。
本发明的工作过程为：
首先，将子钻头1的销孔与母钻头7的销孔对准，通过母钻头7销孔对面的小孔16，用钢针将插销带入母钻头7销孔内，然后挡板4向上弹起挡住锁紧2插销，完成子钻头1与母钻头7的锁紧。
其次，将锁紧的子母钻头安装在钻杆上，并将牵引用的铁丝15穿入钻杆空芯内，将其安装到钻机上，再接上水辫。每钻进一根钻杆在后部续接一根钻杆和牵引铁丝。
当钻进到预定采样位置时，打开水辫，牵引铁丝15，启动解锁装置，并将子钻头1拉止取芯管底部。
最后，采样完毕后退出钻杆，将取芯管内的煤样放入固定装置中收集起来，将子钻头1推至母钻头7前端，通过钢针将锁紧插销2带入销孔内，挡板4弹起挡住锁紧插销2，即完成反锁，取样工作结束。
Claims (5)
1.一种子母钻头定点取样装置，包括取芯管，其特征在于，所述的取芯管包括内层筒（9）和外层筒（8），取芯管端部设有母钻头（7），母钻头（7）上间隔固设有钻齿，所述的母钻头（7）上内嵌有子钻头（1），母钻头（7）横向上设有未贯通母钻头（7）的销孔，子钻头（1）横向上设有贯通子钻头（1）的销孔，母钻头（7）和子钻头（1）通过锁紧装置连接；所述的锁紧装置包括锁紧插销（2）、挡板（4）和牵引杆（5），锁紧插销（2）穿设于母钻头（7）和子钻头（1）上的销孔内，挡板（4）通过销钉与牵引杆（5）连接，锁紧插销（2）外部套设有插销弹簧（3），牵引杆（5）的上端穿设于子钻头（1）底部，牵引杆（5）与子钻头（1）底部连接处设有弹簧挡托（15），弹簧挡托（15）上部设有牵引杆弹簧（6），牵引杆弹簧（6）套设与牵引杆（5）外部，牵引杆（5）下端连接铁丝（14），铁丝（14）穿设于钻杆接头中。
2.根据权利要求1所述的子母钻头定点取样装置，其特征在于，母钻头（7）的侧面设有侧向喷水孔（13）。
3.根据权利要求2所述的子母钻头定点取样装置，其特征在于，母钻头（7）上销孔的相对侧设有一小孔（16）。
4.根据权利要求1所述的子母钻头定点取样装置，其特征在于，取芯管的底部设有泄压孔（11）。
5.根据权利要求1所述的子母钻头定点取样装置，其特征在于，所述的钻齿（12）材质为合金钢。
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Application publication date: 20171117 |