CN111579314A - 一种煤矿用深孔密闭保压取样器 - Google Patents

Abstract

一种煤矿用深孔密闭保压取样器，包括外管组件、芯轴、存样组件和驱动组件，所述芯轴分为第一轴段、第二轴段和第三轴段三部分，第二轴段和第三轴段之间设置第一凸台，驱动组件包括第一活塞、第二活塞、推进套管和能够控制存样组件开闭的传动机构，第二轴段与外套管之间设置第一活塞，芯轴外侧套设推进套管，推进套管的一端顶靠第一活塞，另一端向芯轴凸起并顶靠所述传动机构，第三轴段与所述推进套管之间设置第二活塞。相对于现有技术，本申请采用双活塞与轴段上设置的凸台配合使得活塞能够进行两次独立的移动，使得存样组件能够实现闭合、打开、闭合状态的转换，在取样前防止存样组件被污染，在取样后使得存样组件被密封。

Description

一种煤矿用深孔密闭保压取样器

技术领域

本发明属于煤层瓦斯含量检测技术领域，具体涉及一种煤矿用深孔密闭保压取样器。

背景技术

煤层瓦斯含量是衡量煤层瓦斯赋存情况的一个重要指标，是预测矿井瓦斯涌出量、指导煤矿瓦斯抽采设计、进行瓦斯治理效果评判的重要参考依据。目前，煤层瓦斯含量测定方法主要有间接法和直接法，间接法是根据实测的煤层瓦斯压力、煤的吸附常数、工业分析等参数，用朗格缪尔公式计算煤层瓦斯含量。该方法测试周期较长，成本较高，煤矿现场较少采用。在实际煤层瓦斯含量测定中主要采用直接法，直接法是通过在孔口接取煤屑或在孔底钻取煤芯取样，测定和计算取样过程的瓦斯损失量、解吸瓦斯量和残存瓦斯量，这三者之和为煤层瓦斯含量。孔口接取煤屑通过向孔内压风排煤粉的方式完成，工艺简单，易于操作，但孔壁残余煤粉对取样准确性的影响较大、煤样完整度较差，特别是在松软煤层或者钻孔深度较大情况下，孔壁残余煤粉对含量的准确性影响更大。该取样方式不能保证取得规定深处的煤样，主要用于浅孔取煤样测定瓦斯含量。钻取煤芯测定瓦斯含量方法是指先用钻机开孔到预定深度，再换上取样器钻取煤芯，取样器一般包括取芯筒和与取芯筒配套的取样钻头，现有取样器一般为敞口式，普遍难以满足取样前取芯筒密闭、取样时开启、取样后再次密闭的密闭保压取样要求，使得将取样器敞口送入钻孔的过程中容易在到达孔底取样前将孔中的碎煤、岩屑灌入取样筒中，使取样器中取到的样品含有大量的钻孔返渣，钻孔越深，样品中的渣块越多，有效采样越少，且由于退钻过程中不能密闭，煤样暴露造成煤样解析出的瓦斯损失量难以计量，影响煤样瓦斯含量的测定准确度，导致测定的煤层瓦斯含量结果存在较大的误差，不利于瓦斯防治措施的制定与实施。尤其在进行取样深度大于30米的钻孔取样时，取样深度越大，返钻过程煤样暴露时间越长，瓦斯损失量越大。因此，如何满足深孔密闭保压取样的要求，减少取样过程中的瓦斯损失量是准确测量深孔煤层瓦斯含量的关键。

为了解决上述问题，申请号为201610072834.2的专利公开了一种气样密闭取样装置，包含外管、内管和二层管，所述外管包含控制泥浆进出通道的连接心轴、钻头以及位于连接心轴和钻头之间的连接管组件，所述内管至少包含连接套、上球阀、密封管和下球阀，所述连接套的一端可旋转的套合于连接心轴，上球阀和下球阀之间设有岩心管作为岩心的储存载体，上球阀和下球阀的关闭能密封岩心管，所述二层管的末端抵靠于连接心轴，且能在连接心轴的控制下前后移动，前端设有控制上球阀和下球阀开闭的控制元件，以通过前进或后退实现上下球阀的开闭。但是该专利提供的技术方案存在一定的技术问题，在取样装置向地下钻进到的过程中，取样装置内管的下球阀处于打开状态使得钻进过程中其他杂质进入到岩心管中，导致样品被污染影响检测效果；在关闭球阀的时候需要把橡胶球放入连接心轴，理论上需要泥浆冲击到橡胶球时橡胶球在冲击力的作用下稳定的位于锥形孔的上方使得橡胶球能够堵塞锥形孔，进而使得泥浆的流动路线发生改变为球阀的关闭提供动力，但是根据流体力学的研究，当泥浆冲击到橡胶球时，泥浆会在橡胶球附近出现湍流现象，此时泥浆对橡胶球施加的冲击力不是稳定并且完全沿着连接心轴的中心轴向下，橡胶球不能够完全稳定的位于锥形孔的上方实现完全堵塞锥形孔的功能，导致无法为球阀的关闭提供一个稳定的动力源，进而影响取样装置的取样工作的稳定性和可靠性；由于所取的样品中含有一定的气体成分，这些气体一部分被样品吸附，一部分从样品中解吸后处于岩心管中，所以在完成取样工作后把样品从取样装置中取出时需要确保气体不会逸散，但是本专利岩心管的密封效果是依靠上球阀和下球阀的关闭实现的，在取出样品时本专利两个球阀会同步转动，无法直接对解吸气体进行收集，此时样品中已经解吸的气体容易逸散掉，导致取样工作出现问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是敞口取样器在取样过程中钻孔中的碎煤岩屑容易进入到取样器中导致煤样被污染的问题，为解决上述问题，本发明提供一种煤矿用深孔密闭保压取样器，采用双活塞结构和推进套管、传动机构配合使得取样器下行过程中存样组件处于关闭状态以及开始采样时一个活塞驱动存样组件转换到打开状态，完成采样后另一个活塞驱动存样组件再次关闭，使得样品不会受到污染。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种煤矿用深孔密闭保压取样器，包括外管组件、芯轴、存样组件和驱动组件，所述外管组件包括依次连接的具有中空结构的钻杆接头、外套管和钻头，所述外管组件内设置芯轴和存样组件，所述芯轴一端与所述钻杆接头连接，另一端与存样组件连接，所述芯轴以及存样组件与所述外套管之间设置驱动组件，所述芯轴内设置用于水流进出的通道，所述芯轴分为第一轴段、第二轴段和第三轴段三部分，所述第二轴段和第三轴段之间设置第一凸台，所述驱动组件包括第一活塞、第二活塞、推进套管和能够控制存样组件开闭的传动机构，第二轴段与外套管之间设置第一活塞，所述芯轴外侧套设推进套管，所述推进套管的一端顶靠第一活塞，另一端向芯轴凸起并顶靠所述传动机构，所述第三轴段与所述推进套管之间设置第二活塞。

所述芯轴的第一轴段和第二轴段内部设置第一流通孔，所述芯轴的第二轴段内部设置第二流通孔。

所述钻杆接头的前端设置第二凸台，所述第二凸台与所述第一流通孔位于第二轴段的开口之间存在空隙。

所述存样组件包括煤样管底座、煤样管、球阀体、球阀阀芯和球阀压盖，所述煤样管底座一端与芯轴连接，另一端连接煤样管，所述煤样管连接球阀体，所述球阀体内设置球阀阀芯，所述球阀阀芯侧面设置能够带动球阀阀芯实现开闭的齿轮。

所述煤样管底座的两端分别设置第一螺孔和第二螺孔，所述第一螺孔和第二螺孔通过第一通孔连通，所述第二螺孔内依次设置压紧螺钉、压缩弹簧和能够被压缩弹簧推动封闭第一通孔的封口钢球，所述压紧螺钉内轴向设置第二通孔。

所述能够控制存样组件开闭的传动机构包括推进齿条管和推进齿条，所述推进齿条管套设在存样组件外侧，所述推进齿条管一端顶靠所述推进套管，所述推进齿条管连接推进齿条，所述推进齿条与所述齿轮啮合。

所述钻杆接头外侧与外套管接触的位置设置密封圈，所述第一活塞的内侧和外侧均设置密封圈，所述第二活塞的内侧和外侧均设置密封圈，所述推进套管的外侧设置密封圈，所述煤样管底座外侧与煤样管接触的位置设置密封圈，所述球阀体的外侧与煤样管接触的位置设置密封圈，所述球阀体和球阀压盖接触的位置设置密封圈。

相对于现有技术，本申请采用双活塞的结构与轴段上设置的第一凸台配合使得活塞能够进行两次独立的移动，在一个活塞移动后驱动存样组件的开闭后，活塞受到凸台限制不再发生移动，使得存样组件能够持续一定的时间处于设定的状态，需要存样组件的开闭状态进行转换时，驱动另一个活塞运动，此时第一个活塞由于第一凸台限制不会发生移动，另一个活塞移动后驱动存样组件进行开闭状态的转换，通过上述方式实现对存样组件开闭状态的二次转换，现有技术中活塞只能在同一个路径上移动，活塞开始发生移动后只有移动到路径的末端才能实现对存样组件开闭状态的保持，使得存样组件不能够依次在一定时间内稳定的处于闭合、打开、闭合三种状态，只能完成对存样组件开闭状态的一次转换，现有技术中的活塞被驱动后，为了保证最后取样结束时取样器处于闭合状态，现有技术的取样器在进入到取样区域前需要处于敞口状态，取样结束后才能转换到闭合状态，而本申请由于存样组件能够实现三个状态的转换，因此在初始状态存样组件能够设置为闭合状态，防止存样组件内部被污染，当本申请到达需要采样的区域时，第一个活塞运动并推动推进套管移动一定的距离后，推进套管驱动能够控制存样组件开闭的传动机构实现对存样组件开闭状态的转换，使得存样组件从关闭状态切换到打开状态，然后进行取样工作，在完成取样后，第二个活塞移动，在第二个活塞接触推进套管向芯轴凸起的一端时，第二个活塞推动推进套管继续移动，使得推进套管驱动能够控制存样组件开闭的传动机构实现对存样组件开闭状态的再次转换，存样组件从打开状态转换到闭合状态，使得存样组件处于密封保压状态，进而能够确保所取煤样的有效性，提高了取样器的工作效率，提高煤样瓦斯含量测定结果的准确度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中X区域的放大示意图。

图3是图1中Y区域的放大示意图。

图4是图1中推进齿条和齿轮啮合部分的俯视示意图。

图中，1是钻杆接头；2是外套管；3是芯轴；301是第一轴段；302是第二轴段；303是第三轴段；4是第一活塞；5是第二活塞；6是推进套管；7是推进齿条管；8是煤样管底座；9是封口钢球；10是压缩弹簧；11是压紧螺钉；12是煤样管；13是推进齿条；14是齿轮；15是密封圈；16是外钻头；17是内钻头；18是球阀体；19是球阀阀芯；20是球阀压盖；21是第一凸台；22是第二凸台；23是第一流通孔；24是第一流通孔位于第二轴段的开口；25是第二流通孔；26是第二流通孔位于第二轴段的开口；27是第一螺孔；28是第二螺孔；29是第一通孔；30是第二通孔；31-38都是密封圈。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语 “内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，“前” 是钻头所在的方向，“后”是钻杆接头1所在的方向。

如图1—4所示，一种煤矿用深孔密闭保压取样器，包括外管组件、芯轴3、存样组件和驱动组件，外管组件包括依次连接的钻杆接头1、外套管2和钻头，钻杆接头1为中空结构，中空结构指的是部件的内部轴向设置有能够连通部件两端的空腔，空腔是中空结构的中空区域，钻杆接头1的中空区域指的是钻杆接头1内部连通钻杆接头1的前后两个端面的空腔，钻杆接头1的中空区域形成能够使高压水流通过的通道，钻杆接头1的一端用于与钻杆进行连接，另一端的外侧套设外套管2，外套管2一端和钻杆接头1连接，外套管2的另一端和钻头连接，钻头包括外钻头16和内钻头17，内钻头17设置在外钻头16内侧，使用内钻头17和外钻头16配合形成的双层钻头结构能够提高煤样的取样效率，同时内钻头17和外钻头16均为中空结构，内钻头17和外钻头16的中空区域形成能够使煤样通过的通道；外管组件内设置芯轴3和存样组件，外管组件为中空结构，轴线附近区域设置有合适大小的空间用来设置芯轴3和存样组件，芯轴3一端与钻杆接头1连接，另一端与存样组件连接，芯轴3以及存样组件与外套管2之间设置驱动组件，根据驱动组件的实际大小在芯轴3和存样组件与外套管2之间设置合适大小的空间使得驱动组件能够设置在芯轴3以及存样组件与外套管2之间；芯轴3内设置用于水流进出的通道，芯轴3分为第一轴段301、第二轴段302和第三轴段303三部分，第一轴段301、第二轴段302和第三轴段303的直径需要根据实际需要选取合适的尺寸，第二轴段302和第三轴段303之间设置第一凸台21，第一轴段301与钻杆接头1连接，在相对最优的情况下第一轴段301外侧面设置的外螺纹和钻杆接头1内侧面设置的内螺纹完全啮合，使得第一轴段301能够和钻杆接头1螺纹连接并且第一轴段301全部位于钻杆接头1的中空区域中，芯轴3的第三轴段303与存样组件连接；驱动组件包括第一活塞4、第二活塞5、推进套管6和能够控制存样组件开闭的传动机构，第二轴段302与外套管2之间设置第一活塞4，第一活塞4为环形结构并套设在第二轴段302上，第一活塞4的内侧紧贴第二轴段302侧面，第一活塞4的外侧紧贴外套管2的内侧面，第一活塞4套能够沿着第二轴段302发生滑动，芯轴3外侧套设推进套管6，推进套管6与芯轴3之间存在一定的空间形成空腔，推进套管6的外侧面紧贴外套管2的内侧面，推进套管6的后端顶靠第一活塞4的前侧面，使得当第一活塞4向前运动时能够对推进套管6产生一个向前的推力，进而带动推进套管6同步向前移动，推进套管6的前端向芯轴3方向凸起并顶靠传动机构，第三轴段303与推进套管6之间设置第二活塞5，第二活塞5为环形结构并套设在第三轴段303上，第二活塞5能够沿着第三轴段303后前滑动，第二活塞5的内侧紧贴芯轴3的第三轴段303，第二活塞5的外侧紧贴推进套管6的内侧面，当第二活塞5沿着第三轴段303向前移动到第三轴段303和推进套管6之间区域的前端时，第二活塞5受到推进套管6前端凸起的阻挡，此时如果第二活塞5继续向前移动，推进套管6前端的凸起会受到第二活塞5向前的推力，使得推进套管6随着第二活塞5的前移而向前移动，传动机构套设在存样组件外侧，传动机构后端顶靠推进套管6的前端，使得推进套管6向前移动时能够对传动机构产生向前的推力，进而推动传动机构随着推进套管6的前移而向前移动，传动机构能够将动力传递到存样组件的开关上，使得传动机构能够控制存样组件的开闭，传动机构控制存样组件开闭的原理是推进套管6把动力传递给传动机构，传动机构把动力传递给存样组件，使存样组件获得对开口的开闭状态进行切换的动力。

芯轴3的第一轴段301和第二轴段302内部设置第一流通孔23，第一流通孔23一部分位于第一轴段301的内部，另一个部分位于第二轴段302的内部，第一流通孔23后侧的开口位于第一轴段301的后端面上，第一流通孔23前侧的开口位于第二轴段302的侧面，使得第一流通孔23能够连通钻杆接头1内部空腔的区域和钻杆接头1与第一活塞4之间的区域，根据实际的工作需要可以对第一流通孔23的内径尺寸进行设定，根据实际的工作需要也可以对第一流通孔23开口的数量进行设定；芯轴3的第二轴段302内部设置第二流通孔25，第二流通孔位于第二轴段的开口26设置在第二轴段302的侧面，该开口的位置需要满足的条件是当第一活塞4向前移动到第一凸台21位置时开口正好位于第一活塞4的后侧，第二流通孔25前侧的开口位于第一凸台21的前端面，使得第一活塞4接触到第一凸台21时，第二流通孔25能够连通钻杆接头1与第一活塞4之间的区域和第二活塞5与第一凸台21之间的区域，根据实际的工作需要可以对第二流通孔25的内径尺寸进行设定，根据实际的工作需要也可以对第二流通孔25开口的数量进行设定。

钻杆接头1的前端设置第二凸台22，第二凸台22与第一流通孔位于第二轴段的开口24之间存在空隙，使得第一活塞4的后端贴合钻杆接头1的前端时，第一流通孔位于第二轴段的开口24不会被第一活塞4封堵，高压水流能够沿着第一流通孔23进入到第一活塞4的后侧，进而能够从后侧对第一活塞4施加向前的推力推动第一活塞4向前移动。

存样组件包括煤样管底座8、煤样管12、球阀体18、球阀阀芯19和球阀压盖20，煤样管底座8用于承载煤样管12并对煤样管12的一端进行封闭防止煤样管12中的煤样和瓦斯泄漏，煤样管底座8的后端与芯轴3的第三轴段303连接，煤样管底座8的前端与煤样管12的后端连接，煤样管12的前端与球阀体18的后端连接，球阀体18连接球阀压盖20，球阀阀芯19设置在球阀体18和球阀压盖20之间，球阀阀芯19侧面设置齿轮14，齿轮14与球阀阀芯19的转动轴连接，使得齿轮14转动时能够带动球阀阀芯19同步转动，使得球阀阀芯19能够在齿轮14的作用下完成打开和关闭状态的切换。

煤样管底座8的后前两端分别设置第一螺孔27和第二螺孔28，第一螺孔27位于煤样管底座8后端，第二螺孔28位于煤样管底座8前端，煤样管底座8的内部设置通孔，使得第一螺孔27和第二螺孔28通过该通孔连通，第二螺孔28内设置压紧螺钉11，压紧螺钉11的外螺纹与第二螺孔28的内螺纹互相匹配，使得压紧螺钉11能够旋转进入第二螺孔28中，第二螺孔28中依次设置压紧螺钉11、压缩弹簧10和封口钢球9，当压紧螺钉11安装到第二螺孔28后，压紧螺钉11在向后进入的过程中能够向后压缩压缩弹簧10，压缩弹簧10同步向后挤压封口钢球9，封口钢球9受到压缩弹簧10向后的弹力，使得压缩弹簧10能够推动封口钢球9封闭第一通孔29，确保煤样管12处于密闭保压状态，煤样管12中气体不会从第一通孔29中泄漏，压紧螺钉11内轴向设置第二通孔30，当需要从煤样管12中采集气体时，通过顶针向前顶压封口钢球9，解除第一通孔29的封闭状态，煤样管12中气体能够沿着第二通孔30进入到第二螺孔28中，并经过第一通孔29后排出，能够很便利地实现掉煤样管12中煤样解吸的瓦斯量的准确测量，不需要借助额外的气体提取工具，相对于现有技术中直接打开球阀进行气体提取的情况本申请能够更有效的降低发生瓦斯泄漏的概率。

能够控制存样组件开闭的传动机构包括推进齿条管7和推进齿条13，推进齿条管7套设在存样组件外侧，推进齿条管7后端顶靠推进套管6的前端，使得推进套管6向前移动时能够对推进齿条管7产生向前的推力，进而推动推进齿条管7随着推进套管6的前移而向前移动，推进套管6的前端连接推进齿条13，使得推进齿条13能够随着推进齿条管7的前移而向前移动，推进齿条13与齿轮14啮合，使得推进齿条13发生移动时能够带动齿轮14发生旋转，同时设定初始状态下推进齿条13与齿轮14啮合时球阀阀芯19处于关闭状态。

钻杆接头1外侧与外套管2接触的位置设置密封圈31，第一活塞4的内侧设置密封圈32和外侧设置密封圈33，第二活塞5的内侧设置密封圈35和外侧设置密封圈34，推进套管6的外侧设置密封圈36，煤样管底座8外侧与煤样管12接触的位置设置密封圈37，球阀体18的外侧与煤样管12接触的位置设置密封圈38，球阀体18和球阀压盖20接触的位置设置密封圈15，根据实际工作要求选择合适的密封圈型号，通过钻杆接头1外侧与外套管2接触的位置设置密封圈31提高钻杆接头1外侧与外套管2之间的密封效果，防止高压水沿着钻杆接头1外侧与外套管2的间隙渗出影响高压水对第一活塞4的推动效果；通过在第一活塞4的内侧和外侧均设置密封圈提高第一活塞4的内侧和第二轴段302之间的密封效果以及第一活塞4外侧和外套管2之间的密封效果，防止高压水沿着第一活塞4和第二轴段302以及外套管2之间的间隙渗入到第一活塞4的前侧，降低高压水对第一活塞4向前的推力；通过在第二活塞5的内侧和外侧均设置密封圈提高第二活塞5的内侧和第三轴段303之间的密封效果以及第二活塞5的外侧和推进套管6之间的密封效果，防止高压水流沿着第二活塞5和推进套管6以及第三轴段303之间的间隙渗入到第二活塞5前侧的区域，降低高压水流推第二活塞5向前的推力；通过在推进套管6的外侧设置密封圈36提高推进套管6和外套管2之间的密封效果，防止高压水流沿着推进套管6和外套管2之间的间隙渗入到推进套管6前侧的区域，降低高压水流的压力；通过在煤样管底座8外侧与煤样管12接触的位置设置密封圈37提高煤样管底座8和煤样管12之间的密封效果，防止煤样管12中煤样所含的瓦斯气体沿着煤样管底座8和煤样管12之间的间隙发生泄漏，造成安全事故或者影响检测效果；通过在球阀体18的外侧与煤样管12接触的位置设置密封圈38提高球阀体18和煤样管12之间的密封效果，防止煤样管12中煤样所含的瓦斯气体沿着球阀体18和煤样管12之间的间隙发生泄漏，造成安全事故或者影响检测效果；球阀体18和球阀压盖20接触的位置设置密封圈15，提高球阀体18和球阀压盖20之间的密封性能。

本发明的工作过程如下：

本取样器用于钻取煤样，钻杆旋转带动取样器进给取样，在进行煤样取样的过程中封闭球阀，防止钻孔中的碎煤岩屑进入煤样管进而影响煤样的质量，高压水流驱动球阀阀芯19开启、闭合，达到封闭煤样的目的。在进行工作时首先将取样器的各个部件按照上述连接关系进行组装，并把组装好的取样器调整到初始状态，使得第一活塞4向后紧贴钻杆接头1的前端面，第二活塞5向后紧贴第一凸台21的前端面，推进套管6向后紧贴第一活塞4的前端面，推进齿条管7向后紧贴推荐套管的前端面，使得推进齿条13的最前端与齿轮14啮合，并调整球阀阀芯19的位置，使得初始状态时齿轮14连接的球阀阀芯19处于闭合的位置，确保球阀阀芯19在初始状态时处于闭合状态；在完成取样器的组装以及初始状态的调整后把将取样器的钻杆接头1与钻机的钻杆进行连接，用钻机作为取样器工作的动力源，然后启动钻机，钻机进行旋转进给工作并推进钻杆沿着深孔向下移动，钻杆上连接的取样器随着钻杆沿着深孔向下移动，最终到达深孔的孔底，然后暂停钻机的工作；在取样器到达深孔的孔底后启动位于深孔之外的注水泵，高压注水泵开始供应高压水流，高压注水泵通过管道与钻杆接头1的中空区域连接，此时，高压水流进入到钻杆接头1内部中空区域的空腔后，沿着芯轴3第一轴段301内部的第一流通孔23流动，高压水流通过第一流通孔23进入到钻杆接头1和第一活塞4之间的区域，高压水流对第一活塞4的后端面施加向前的推力，使得第一活塞4受到后侧区域高压水流的作用后向前移动，由于推进套管6在初始状态下向后紧贴第一活塞4，因此第一活塞4向前移动的过程中对推进套管6施加向前的推力，推进套管6在第一活塞4的作用下向前移动，同时由于推进齿条管7向后紧贴推进套管6的前端面，因此推进齿条管7受到推进套管6向前的推力作用，使得推进齿条管7在推进套管6的作用下同步向前移动，此时与推进齿条管7连接的推进齿条13也随着推进齿条管7的前移而同步向前移动，由于推进齿条13和齿轮14啮合，因此齿轮14受到推进齿条13的作用发生旋转，球阀阀芯19由于与齿轮14连接，因此也随着齿轮14的旋转而发生转动，使得球阀阀芯19从初始的闭合状态逐渐向开启状态切换；在经时间t₁后，第一活塞4向前移动了距离s₁，使得齿轮14在推进齿条13的作用下旋转90度，球阀阀芯19从闭合状态切换到开启状态，此时，第一活塞4受到芯轴3上第二轴段302和第三轴段303之间的第一凸台21的阻挡而不再向前移动，此时球阀阀芯19继续保持开启状态；然后关闭高压注水泵，再次启动钻机，钻机进行旋转进给工作并通过钻杆带动取样器发生旋转进给，使得取样器上的钻头通过旋转进给能够破碎煤层向下运动，此时需要被钻取的煤样经过钻头中心的通道后进入煤样管12内；与此同时，第一活塞4越过第二流通孔25位于第二轴段302侧面的开口，水流通过该开口进入到第二流通孔25中，并沿着第二流通孔25流到第二流通孔25位于第一凸台21前侧面的开口，此时水流与第二活塞5的后侧面接触，并对第二活塞5产生向前的推力，第二活塞5在水流的作用下向前缓慢移动，在此期间，球阀阀芯19保持开启状态；在取样结束后暂停钻机，并重新启动高压注水泵，继续注入高压水流，高压水流依次通过钻杆接头1、第一流通孔23、第二流通孔25进入到第二活塞5后侧的区域，高压水流对第二活塞5产生向前的推力，第二活塞5在高压水流的作用下向前移动，当第二活塞5向前移动最终与推进套管6的前端接触，此时推进套管6受到第二活塞5向前的推力作用，推进套管6随着第二活塞5的前移而向前移动，推进套管6向前移动时对推进齿条管7施加向前的推力，推进齿条管7受到推进套管6向前的推力作用而向前发生移动，推进齿条13在推进齿条管7的作用下同步向前移动，与推进齿条13啮合的齿轮14在推进齿条13的作用下发生旋转，球阀阀芯19在齿轮14的作用下同步发生旋转，使得球阀阀芯19逐渐从开启状态向闭合状态切换；经时间t₂后，第二活塞5向前推动推进套管6、推进齿条管7和推进齿条13一起移动距离s₂，齿轮14在推进齿条13的作用下旋转90度，球阀阀芯19随着齿轮14的旋转而同步转动由开启状态切换为闭合状态，使得煤样被封闭在煤样管12中；关停高压注水泵不再继续注入高压水流，然后通过钻机的退出功能把取样器从深孔中取出，把取出的取样器从钻机的钻杆上卸下，然后依次卸下钻头、外套管2、钻杆接头1和芯轴3，最后将存样组件整体卸下，此时存样组件中保存的煤样被密封保存在煤样管12中，在把煤样从煤样管12中取出前，需要先把解吸的瓦斯气体进行提取，此时需要把用来测量瓦斯气体的量管上的顶针从第一通孔29的后侧顶入，然后向前顶推封口钢球9，封口钢球9向前移动并弹簧压缩，此时第一通孔29通过第二螺孔28以及第二通孔30与煤样管12连通，煤样管12中已经从煤样中解吸的瓦斯依次通过第二通孔30、第二螺孔28和第一通孔29后进入到量管内，从而实现对煤样解吸瓦斯量的检测，在完成瓦斯气体提取和测量工作后打开煤样管12把煤样管12中的煤样放入相关实验设备中进行分析检验，并结合之前检测的解吸瓦斯量实现对煤样瓦斯总含量的测定，进而实现对煤样所在煤层瓦斯含量的测定。

在上述整个过程中封口钢球9在压缩弹簧10和压紧螺钉11的作用下一直能够封闭第一螺孔27和第二螺孔28之间的第一通孔29，在完成取样工作球阀阀芯19关闭后把取样器从深孔中退出的过程中，煤样管12一直处于密闭保压状态，煤样解吸出的瓦斯不会发生泄漏。

在上述实施过程中所提到的距离s₁、s₂及时间t₁、t₂是根据生产要求通过地面试验以及井下注水压力的情况经过分析和计算后优选得出的，在实际生产中需要根据实际情况进行调整。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种煤矿用深孔密闭保压取样器，包括外管组件、芯轴、存样组件和驱动组件，所述外管组件包括依次连接的具有中空结构的钻杆接头、外套管和钻头，所述外管组件内设置芯轴和存样组件，所述芯轴一端与所述钻杆接头连接，另一端与存样组件连接，所述芯轴以及存样组件与所述外套管之间设置驱动组件，所述芯轴内设置用于水流进出的通道，所述芯轴分为第一轴段、第二轴段和第三轴段三部分，其特征在于：所述第二轴段和第三轴段之间设置第一凸台，所述驱动组件包括第一活塞、第二活塞、推进套管和能够控制存样组件开闭的传动机构，第二轴段与外套管之间设置第一活塞，所述芯轴外侧套设推进套管，所述推进套管的一端顶靠第一活塞，另一端向芯轴凸起并顶靠所述传动机构，所述第三轴段与所述推进套管之间设置第二活塞。

2.如权利要求1所述的煤矿用深孔密闭保压取样器，其特征在于：所述芯轴的第一轴段和第二轴段内部设置第一流通孔，所述芯轴的第二轴段内部设置第二流通孔。

3.如权利要求2所述的煤矿用深孔密闭保压取样器，其特征在于：所述钻杆接头的前端设置第二凸台，所述第二凸台与所述第一流通孔位于第二轴段的开口之间存在空隙。

4.如权利要求1-3之一所述的煤矿用深孔密闭保压取样器，其特征在于：所述存样组件包括煤样管底座、煤样管、球阀体、球阀阀芯和球阀压盖，所述煤样管底座一端与芯轴连接，另一端连接煤样管，所述煤样管连接球阀体，所述球阀体内设置球阀阀芯，所述球阀阀芯侧面设置能够带动球阀阀芯实现开闭的齿轮。

5.如权利要求4所述的煤矿用深孔密闭保压取样器，其特征在于：所述煤样管底座的两端分别设置第一螺孔和第二螺孔，所述第一螺孔和第二螺孔通过第一通孔连通，所述第二螺孔内依次设置压紧螺钉、压缩弹簧和能够被压缩弹簧推动封闭第一通孔的封口钢球，所述压紧螺钉内轴向设置第二通孔。

6.如权利要求5所述的煤矿用深孔密闭保压取样器，其特征在于：所述能够控制存样组件开闭的传动机构包括推进齿条管和推进齿条，所述推进齿条管套设在存样组件外侧，所述推进齿条管一端顶靠所述推进套管，所述推进齿条管连接推进齿条，所述推进齿条与所述齿轮啮合。

7.如权利要求6所述的煤矿用深孔密闭保压取样器，其特征在于：所述钻杆接头外侧与外套管接触的位置设置密封圈，所述第一活塞的内侧和外侧均设置密封圈，所述第二活塞的内侧和外侧均设置密封圈，所述推进套管的外侧设置密封圈，所述煤样管底座外侧与煤样管接触的位置设置密封圈，所述球阀体的外侧与煤样管接触的位置设置密封圈，所述球阀体和球阀压盖接触的位置设置密封圈。

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