CN111006900B - 一种煤层瓦斯含量测试钻孔定点取样装置及煤层取样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤层瓦斯含量测试钻孔定点取样装置及取样方法，该取样装置包括管筒1，管筒1外壁前后两端为连接螺纹，连接螺纹根部封闭固定设置有磁性挡块2和阻拦块9，在磁性挡块2与阻拦块9之间的管段上套有滑动套筒组件，滑动套筒组件的尾部与阻拦块9密闭粘接，管筒1内壁空心部设有取样腔7，管壁上开有孔口3。该取样方法包括步骤：1、安装取样装置；2、测试钻孔钻进；3、密封取样；4、现场解吸。本发明的技术效果是：钻孔钻进的过程中直接定点采集样品、密封，避免了瓦斯的大幅逸散与损失，提高了煤层瓦斯含气量测试的准确性。

Description

一种煤层瓦斯含量测试钻孔定点取样装置及煤层取样方法

技术领域

本发明属于煤矿安全技术领域，尤其涉及一种煤层瓦斯含量测试钻孔定点取样装置及煤层取样方法。

背景技术

煤层瓦斯含量是矿井瓦斯抽采设计与灾害预报预测的基础参数，随着我国煤矿采深的逐年递增，瓦斯灾害严重威胁煤矿工人的安全，准确地测定煤层瓦斯含量能保证煤矿的安全生产和煤矿工人的生命安全；瓦斯煤层抽采效果直接影响煤层瓦斯含量测定的准确性，使用长钻孔进行预抽，其抽采控制区域和范围显著增加，但较长钻孔孔底位置的瓦斯含量取样测试存在较大误差则严重影响矿井抽采设计与评估。

当前使用直接法对长钻孔孔底的煤样进行瓦斯含量取样测试的装置及取样方法有两类：一是开放式取样，如单层取芯管等直接钻取煤层岩芯进行取样，该取样装置及方法由于退钻换钻时间过长使得计算得出的瓦斯含量误差较大；二是封闭式取样，使用复杂的双层或多层套管机械结构完成取芯以及密封操作，该方法需要更换钻头装置，操作较为复杂，操作不便且成本较高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种煤层瓦斯含量测试钻孔定点取样装置，它能实现钻孔钻进过程中同时实施定点取样，避免换钻期间瓦斯遗失，提高矿井煤层瓦斯含量测定的准确性。本发明还提供一种使用该取样装置的煤层取样方法。

为了解决上述技术问题：

本发明提供的一种煤层瓦斯含量测试钻孔定点取样装置，包括管筒，管筒外壁前后两端为连接螺纹，前端连接螺纹的根部固定设置磁性挡块，后端连接螺纹的根部固定设置阻拦块，在磁性挡块与阻拦块之间的管段上套有滑动套筒组件，滑动套筒组件的尾部与阻拦块密闭粘接，管筒内壁空心部设有取样腔，取样腔管壁上开有孔口，孔口位于滑动套筒组件前方的滑动段上。

本发明提供的使用上述取样装置的煤层取样方法，包括以下步骤：

步骤1、安装取样装置：将上述的取样装置通过前端连接螺纹连接钻头，后端连接螺纹连接第一根钻杆，随后开始打钻；

步骤2、测试钻孔钻进：对钻杆进行正产供风或供水，带压水或风依次通过钻杆、两个单向阀以及取样腔的孔口，将钻头钻下的煤岩层碎屑冲出钻孔；

步骤3、密封取样：钻头带动取样装置钻进到达指定取样位置，取样过程中，停止供风或水，继续旋转钻进，使得堆积煤样灌入取样腔，外拔钻杆，档杆扣住钻孔壁将铁环片前推，铁环片引拉套管前移越过取样腔的孔口，磁性挡块吸引铁环片密封取样腔；

步骤4、取样结束后，拔出钻杆，卸下取样装置，连接井下解吸仪即可进行现场解吸。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

本发明使用简便，能够在钻孔钻进的过程中直接定点采集样品，与钻杆、钻头配套衔接较为容易，具备取样准确的优点，同时能够在孔底通过旋转收集足量煤样，在机械作用下将取样腔中的煤样进行密封，能够避免瓦斯的大幅逸散与损失，提高煤层瓦斯含气量测试的准确性。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的结构示意图；

图2为滑动套筒组件的主视图；

图3为滑动套筒组件的左视图；

图4为钻孔钻进示意图；

图5为本发明的取样密封结构图。

图中，1、管筒；2、磁性挡块；3、孔口；4、弹片；5、档杆；6、塑胶折叠筒；7、取样腔；81、前端连接螺纹；82、后端连接螺纹；9、阻拦块；10、单向阀；11、胶垫；12、关节轴；13、铁环片；14、密封圈；15、套管；16、钻头；17、煤样；18、第一根钻杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

本申请中，为了清楚描述各部件连接及位置关系，使用了“前”、“后”的方位词，“前”是指靠近钻头的位置，“后”指远离钻头、靠近钻杆的位置。

如图1所示，本发明包括管筒1，管筒1外壁前后两端为连接螺纹，前端连接螺纹81的根部固定设置磁性挡块2，后端连接螺纹82的根部固定设置阻拦块9，在磁性挡块2与阻拦块9之间的管段上套有滑动套筒组件，滑动套筒组件的尾部与阻拦块9密闭粘接，管筒1内壁空心部设有取样腔7，取样腔7管壁上开有孔口3，孔口3位于滑动套筒组件前方的滑动段上。前端连接螺纹81用于连接钻头，后端连接螺纹82用于连接钻杆，滑动套筒组件用于打开或封闭取样腔7的孔口。

所述取样腔7为管道两端封闭构成的腔室，两个端壁分别装有单向阀10。

如图2和图3所示，所述滑动套筒组件包括套管15、塑胶折叠筒6、档杆5和铁环片13，套管15的前端连接铁环片13、尾端连接塑胶折叠筒6，档杆5一端通过关节轴12连在铁环片13，档杆可绕关节轴旋转，半圆形的弹片4嵌在靠近铁环片13的套管15外壁，弹片4的弧面支顶档杆5的下段杆，档杆在弹片支顶下向外伸展。

所述档杆5沿套管15周围均布有4根；所述套管15为金属橡胶复合管，外层是金属、内层为橡胶，有利于密封孔缝。

如图1所示，在磁性挡块2面向滑动套筒组件的侧面贴有胶垫11，靠近磁性挡块2的管筒外壁开有凹槽，凹槽内嵌有密封圈14，铁环片13受档杆推动与磁性挡块2的吸力滑动，能越过孔口3和密封圈14挤压胶垫11，把取样腔7密封。所述孔口3为椭圆形孔洞。

本发明为双层套管结构，滑动套筒组件在取样腔7的外管上相对滑动；取样过程中，钻头带动取样装置到达指定取样位置，停止供风或水，继续旋转使得堆积煤样灌入取样腔，外拔钻杆，档杆扣住钻孔壁将滑动套筒组件前推，磁性挡块2吸引铁环片13使得取样腔体密封；取样结束后，连接井下解吸仪即可进行现场解吸。

使用上述取样装置的煤层取样方法，包括以下步骤：

步骤1、安装取样装置：将上述的取样装置通过前端连接螺纹连接钻头16，后端连接螺纹连接第一根钻杆18，随后开始打钻；

步骤2、测试钻孔钻进：如图4所示，对钻杆进行正产供风或供水，带压水或风依次通过钻杆、两个单向阀以及取样腔的孔口，将钻头钻下的煤岩层碎屑冲出钻孔；

步骤3、密封取样：钻头带动取样装置钻进到达指定取样位置，取样过程中，停止供风或水，继续旋转钻杆，钻进10cm使得堆积煤样17灌入取样腔，外拔钻杆，档杆扣住钻孔壁将铁环片前推，铁环片13引拉套管15前移越过取样腔的孔口，如图5所示，磁性挡块2吸引铁环片13密封取样腔7；

步骤4、取样结束后，拔出钻杆，卸下取样装置，连接井下解吸仪即可进行现场解吸。

Claims (5)

1.一种煤层瓦斯含量测试钻孔定点取样装置，包括管筒（1），其特征是：管筒（1）外壁前后两端为连接螺纹，前端连接螺纹（81）的根部固定设置磁性挡块（2），后端连接螺纹（82）的根部固定设置阻拦块（9），在磁性挡块（2）与阻拦块（9）之间的管段上套有滑动套筒组件，滑动套筒组件的尾部与阻拦块（9）密闭粘接，管筒（1）内壁空心部设有取样腔（7），取样腔为管段两端封闭形成的腔室，取样腔（7）管壁上开有孔口（3），孔口（3）位于滑动套筒组件前方的滑动段上；所述取样腔（7）的两个端壁分别装有单向阀（10）；孔口在取样时用作煤样的进口，在钻孔 进行 通水或 通风时又作为压力水或风的出口，将钻孔的碎屑冲出；管筒既在钻孔 进行 通水或 通风时作为通水通风管，同时在取样时管筒空心部又兼作取样腔，用于储煤。

2.根据权利要求1所述的煤层瓦斯含量测试钻孔定点取样装置，其特征是：所述滑动套筒组件包括套管（15）、塑胶折叠筒（6）、档杆（5）和铁环片（13），套管（15）的前端连接铁环片（13）、尾端连接塑胶折叠筒（6），档杆5一端通过关节轴（12）连在铁环片（13）上，半圆形的弹片（4）嵌在靠近铁环片（13）的套管（15）外壁，弹片（4）的弧面支顶档杆（5）的下段杆，档杆在弹片支顶下向外伸展。

3.根据权利要求2所述的煤层瓦斯含量测试钻孔定点取样装置，其特征是：所述档杆（5）沿套管（15）周围均布有4根；所述套管（15）为金属橡胶复合管，外层是金属、内层为橡胶。

4.根据权利要求3所述的煤层瓦斯含量测试钻孔定点取样装置，其特征是：磁性挡块（2）面向滑动套筒组件的侧面贴有胶垫（11），靠近磁性挡块（2）的管筒外壁开有凹槽，凹槽内嵌有密封圈（14）。

5.一种使用权利要求2至4任一项所述煤层瓦斯含量测试钻孔定点取样装置的煤层取样方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、安装取样装置：将取样装置通过前端连接螺纹连接钻头，后端连接螺纹连接第一根钻杆，随后开始打钻；

步骤2、测试钻孔钻进：对钻杆进行正产供风或供水，带压水或风依次通过钻杆、两个单向阀以及取样腔的孔口，将钻头钻下的煤岩层碎屑冲出钻孔；

步骤3、密封取样：钻头带动取样装置钻进到达指定取样位置，取样过程中，停止供风或水，继续旋转钻进，使得堆积煤样灌入取样腔，外拔钻杆，档杆扣住钻孔壁将铁环片前推，铁环片引拉套管前移越过取样腔的孔口，磁性挡块吸引铁环片密封取样腔；

步骤4、取样结束后，拔出钻杆，卸下取样装置，连接井下解吸仪即可进行现场解吸。

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