CN116517492A - 一种不同深度煤层随钻取芯装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不同深度煤层随钻取芯装置及使用方法，属于矿山机械设备技术领域，包括定位轨，定位轨下部依次设有钻杆、存芯管以及取芯钻头，存芯管中放置有取样芯，取芯钻头包括取芯体、钻端以及取芯体，钻端通过其底部安装的卡槽体固定安装在所述取芯体上，取芯体两侧设有取芯电机，取芯电机输出端连接有取芯丝杆，取芯丝杆上套接有取芯滑块，取芯滑块上固定安装有取芯板。本发明通过取芯钻头中的取芯体实现随钻取芯，同时存芯管及取芯钻头中的翻转/取芯结构达到多芯便捷存储，以此实现变更不同深度煤层取芯步骤，达到一杆多次取芯存芯的目的，减少中间不同深度的退杆环节，提高工作效率；通过安装柄及卡槽体实现钻端的便捷装卸更换。

Description

一种不同深度煤层随钻取芯装置及使用方法

技术领域

本发明涉及矿山机械设备技术领域，具体涉及一种不同深度煤层随钻取芯装置及使用方法。

背景技术

煤是非常重要的能源，也是冶金、化学工业的重要原料。它是三大化石能源之一，是重要的能源组成部分，更是在能源消费结构中占据很高比重。煤炭对于现代化工业来说，无论是重工业，还是轻工业；无论是能源工业、冶金工业、化学工业、机械工业，还是轻纺工业、食品工业、交通运输业，都发挥着重要的作用，各种工业部门都在一定程度上要消耗一定量的煤炭。

煤的开采是一项艰苦的工作，当前正在花较大的力量来改善工作条件。由于煤炭资源的埋藏深度不同，开采方式一般包括矿井开采和露天开采，采煤以矿井开采为主，其开采的作业环境较深，存在一定的危险性，深部煤炭开采具有高应力、高瓦斯压力、高瓦斯含量等特点，在开采过程中存在煤与瓦斯突出的潜在风险，如何有效预防煤矿事故的发生是煤矿安全生产的重中之重，因此在日常生产中需要同时开展大量的取芯作业进行煤与瓦斯突出预测、瓦斯抽采效果检验及瓦斯抽采达标评判等方面的检测工作。

申请号为CN200420030614.6的专利申请提供了一种随钻取芯工具，采用在钻柱下端的外筒总成内由下而上依次设置内岩芯总成、内筒打捞器总成和取芯钻头的方案，解决了每取一次岩芯必取下一次钻具的问题，还克服了普通取芯工具在间断取芯时需起出取芯工具并更换钻头才可全面钻进的缺点，由于随钻取芯工具简化了工艺过程，且节省了钻井时间，并能降低钻井成本，因此可广泛用于钻井取芯作业。

申请号为CN202211097760.X的专利申请提供了一种复合钻进钻头及随钻取芯方法，包括钻头基体和设置在钻头基体上的多个刀翼，相邻两个刀翼之间构成排屑通道，且其中一个或多个所述刀翼内端设有复合取芯齿，多个刀翼内端共同形成复合取芯孔。该发明使复合钻进钻头在复合钻进的同时也能实现岩样取芯，使得复合钻进过程中不需要更换钻头即可实现取芯，使得取芯更加简单，达到随钻取芯的目的，避免了因更换钻头影响钻井周期的问题。

虽然该技术在一定程度上实现了随钻取芯，提高了工作效率，但是存在一些问题。第一，同一位置不同深度进行取芯时需要多次退杆取芯，“钻孔→取芯→退杆→钻孔→取芯→退杆→…退杆”作业流程繁琐，工作效率低；第二，现有钻头损坏时需要更换整个钻头，成本高。

综上所述，对现有煤层瓦斯含量测定随钻取芯装置进行改进是有必要的。

发明内容

为全面解决上述问题，尤其是针对现有技术所存在的不足，本发明提供了一种不同深度煤层随钻取芯装置及使用方法，能够全面解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

本发明提供一种不同深度煤层随钻取芯装置，包括定位轨，所述定位轨一侧连接有导向驱动电机，所述导向驱动电机输出端连接有定位丝杆，所述定位丝杆上部套接有导向板，所述定位轨前方两侧连接有连接架，所述连接架底部连接有定位环，所述导向板底部连接有钻孔驱动电机，所述钻孔驱动电机输出端连接有钻杆，所述钻杆穿过定位环，所述钻杆前方连接有存芯管，所述存芯管前方连接有取芯钻头；

所述取芯钻头包括第一取芯体，所述第一取芯体前方外侧可拆卸连接有多组圆周分布的钻端，所述第一取芯体内连接有翻转电机，所述翻转电机的输出端通过转杆连接第二取芯体，所述第二取芯体内开设有取芯槽，所述第二取芯体的两侧连接有取芯电机，所述取芯电机的输出端连接有取芯丝杆，所述取芯丝杆通过取芯滑块连接有取芯板，所述取芯电机通过取芯丝杆带动取芯板与取芯槽活动插接。

本发明进一步的优选方案：所述钻杆包括钻体，所述钻体与存芯管的相连侧开设有第一螺纹连接槽和压槽。

本发明进一步的优选方案：所述存芯管包括存芯体，所述存芯体上部卡接有存芯盖，所述存芯体内部底侧开设有压轨，所述压轨内连接有存芯驱动电机，所述存芯驱动电机传动连接有存芯带，所述存芯带承载取样芯。

本发明进一步的优选方案：所述存芯体一侧连接有第一螺纹接口，所述存芯体另一侧开设有第二螺纹连接槽。

本发明进一步的优选方案：所述存芯盖两侧对称安装有四组弹簧卡座，所述存芯盖通过弹簧卡座与存芯体卡接，所述存芯盖上部内嵌有拉杆。

本发明进一步的优选方案：所述存芯带上安装有多组均匀分布的伸缩弹簧隔离板，所述存芯带两侧设有与存芯体内壁连接的存芯板。

本发明进一步的优选方案：所述第一取芯体一侧连接有第二螺纹接口，所述第一取芯体另一侧连接有前端，所述前端上开设有多组圆周分布的安装槽，所述安装槽中开设有两组卡槽孔。

本发明进一步的优选方案：所述钻端上部连接有多组均匀分布的钻刀，所述钻端底部及侧面分别连接有卡体，所述卡体两侧嵌套有卡槽体，所述钻端上部插接有安装柄，所述安装柄的底部通过拉绳与卡槽体连接。

本发明进一步的优选方案：所述钻端的内侧连接有导向环，所述导向环与拉绳滑动连接，所述卡槽体与卡体之间通过复位弹簧连接。

一种不同深度煤层随钻取芯装置的使用方法，所述使用方法的步骤如下：

步骤1：移动调整：将装置移动到矿井下需要测量的位置，调整钻杆与煤岩体间的切削角度，切削角度选用15°；

步骤2：安装存芯管：通过螺纹旋转连接将存芯管装在钻杆前方；

步骤3：安装取芯钻头：通过螺纹旋转连接将取芯钻头装在存芯管前方；

步骤4：转换钻孔模式：取芯电机正向启动，取芯电机通过取芯丝杆带动取芯板密封取芯槽的端口，使得取芯槽处于密封状态；

步骤5：钻孔作业：钻杆转动，钻杆带动存芯管和取芯钻头转动，同时装置沿着定位轨往前移动；

步骤6：转换取芯模式：到达设定深度后，转换取芯模式，取芯电机反向启动，取芯电机通过取芯丝杆带动取芯板远离取芯槽的端口，这样取芯板与取芯槽形成取芯桶；

步骤7：取芯作业：取芯钻头快速转动，取样芯进入步骤6中形成的取芯桶内，进行取芯作业，取芯完成后，翻转电机通过转杆带动第二取芯体旋转180°，使得取芯桶的端口与存芯体对应，取芯电机再次正向启动，取芯电机通过取芯丝杆带动取芯板推动取样芯进入存芯体内的存芯带上，存芯带在存芯驱动电机的驱动下带动取样芯进入存芯体的内部进行存储，翻转电机通过转杆再次带动第二取芯体旋转180°，重复作业步骤5-步骤7，可以实现不同深度煤层快捷取芯存储。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明通过取芯钻头中的取芯体实现随钻取芯，同时存芯管及取芯钻头中的翻转/取芯结构达到多芯便捷存储，以此实现变更不同深度煤层取芯步骤，达到一杆多次取芯存芯的目的，减少中间不同深度的退杆环节，提高工作效率。

2. 本发明的取芯钻头可拆卸连接有多组圆周分布的钻端，某个钻端损坏时，只需更换对应损坏的钻端即可，无需钻头整体更换，有效降低钻头的使用成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明钻杆的结构示意图；

图4是本发明钻杆的装配图；

图5是本发明取芯钻头的结构示意图；

图6是本发明取芯钻头的装配图；

图7是本发明取芯钻头装配的主视图；

图8是本发明钻端的结构示意图；

图9是本发明钻端的局部剖视图；

图10是本发明钻端的内部结构示意图；

图11是图10中A处的局部放大图；

图12是本发明第二取芯体的装配图；

图13是本发明存芯管的结构示意图；

图14是本发明存芯管的主视图；

图15是本发明存芯管的装配图；

图中：

1、导向驱动电机；2、定位丝杆；3、定位轨；4、导向板；5、连接架；6、定位环；7、钻孔驱动电机；8、钻杆；9、存芯管；10、取芯钻头；81、钻体；82、第一螺纹连接槽；83、压槽；91、存芯体；92、存芯盖；93、存芯带；94、取样芯；911、第一螺纹接口；912、第二螺纹连接槽；913、压轨；921、弹簧卡座；922、拉杆；931、存芯驱动电机；932、伸缩弹簧隔离板；933、存芯板；101、第一取芯体；1011、第二螺纹接口；1012、前端；1013、安装槽；1014、卡槽孔；102、钻端；1021、钻刀；1022、卡体；1023、卡槽体；1024、安装柄；1025、导向环；1026、拉绳；1027、复位弹簧；103、第二取芯体；1031、取芯槽；1032、翻转电机；1033、取芯电机；1034、取芯丝杆；1035、取芯滑块；1036、取芯板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

如附图1至附图6及附图9至附图15所示，本发明的一个实施例中，一种不同深度煤层随钻取芯装置，包括定位轨3,所述定位轨3下部依次设有钻杆8、存芯管9以及取芯钻头10，所述存芯管9中放置有取样芯94，所述取芯钻头10包括第一取芯体101、钻端102以及第二取芯体103，所述钻端102通过其底部安装的卡槽体1023固定安装在所述第一取芯体101上，所述第二取芯体103两侧设有取芯电机1033，所述取芯电机1033输出端连接有取芯丝杆1034，所述取芯丝杆1034上套接有取芯滑块1035，所述取芯滑块1035上固定安装有取芯板1036；所述定位轨3一侧设有导向驱动电机1，所述导向驱动电机1输出端连接有定位丝杆2，所述定位丝杆2上部套接有导向板4，所述定位轨3前方两侧设有连接架5，所述连接架5底部设有定位环6，所述钻杆8穿过定位环6；所述导向板4底部安装有钻孔驱动电机7，所述钻孔驱动电机7输出端连接有钻杆8，所述钻杆8前方螺纹连接有存芯管9，所述存芯管9前方螺纹连接有取芯钻头10；所述钻杆8包括钻体81、第一螺纹连接槽82和压槽83，所述钻体81与存芯管9相连的一侧设有第一螺纹连接槽82和压槽83。

本实例中，转换钻孔模式，取芯电机1033正向启动，取芯电机1033带动取芯丝杆1034转动，取芯丝杆1034带动取芯滑块1035往外移动，取芯滑块1035带动取芯板1036移动到第二取芯体103的端口，这样形成钻孔头。开始钻孔作业，钻孔驱动电机7启动，钻孔驱动电机7带动钻杆8转动，钻杆8带动存芯管9转动，存芯管9带动取芯钻头10转动，同时导向驱动电机1启动带动装置沿着定位轨3往前移动。

如附图2至附图5及附图8至附图15所示，本发明的一个实施例中，具体的，所述存芯管9包括存芯体91、存芯盖92、存芯带93以及取样芯94，所述存芯体91上部卡接有存芯盖92，所述存芯体91内部底侧设有存芯带93，所述存芯带93的一面抵接取样芯94的端面；所述存芯体91一侧设有第一螺纹接口911，所述存芯体91另一侧设有第二螺纹连接槽912，所述存芯体91内部底侧设有压轨913，所述存芯盖92两侧对称安装有四组弹簧卡座921，所述存芯盖92上部内嵌有拉杆922，所述存芯带93一侧设有存芯驱动电机931，所述存芯带93上部安装有伸缩弹簧隔离板932，所述存芯带93两侧设有存芯板933。

本实施例中，当到达设定深度后，转换取芯模式，取芯电机1033反向启动，取芯板1036往内移动到第二取芯体103的最内端，这样取芯板1036与第二取芯体103内部形成取芯桶，接着，取芯钻头10快速转动，取样芯94进入取芯钻头10，然后，第二取芯体103旋转180°，取芯板1036旋转至第二取芯体103的端口，取芯电机1033启动，取芯板1036往内移动到第二取芯体103的最内端且将取样芯94推到存芯管9中存储，重复以上操作，实现不同深度煤层快捷取芯存储。

如附图4至附图12所示，本发明的一个实施例中，具体的，所述第一取芯体101一侧设有第二螺纹接口1011，所述第一取芯体101顶部设有前端1012，所述前端1012上均匀设有安装槽1013，每组所述安装槽1013中设有两组卡槽孔1014；所述钻端102上部设有钻刀1021，所述钻端102底部及侧面分别安装有一组卡体1022，所述卡体1022两侧嵌套有卡槽体1023，所述钻端102上部插接有安装柄1024，所述安装柄1024底部连接有拉绳1026，所述拉绳1026内侧设有导向环1025，所述拉绳1026前方贯穿卡体1022与卡槽体1023连接，所述卡槽体1023与卡体1022之间通过复位弹簧1027连接；所述第二取芯体103内部设有取芯槽1031，所述第二取芯体103一侧中间位置安装有翻转电机1032，所述翻转电机1032输出端通过转杆连接第二取芯体103。

工作原理

一种不同深度煤层随钻取芯装置的使用方法，所述取芯方法步骤如下：

步骤1：移动调整：将装置移动到矿井下需要测量的位置，调整钻杆8与煤岩体间的切削角度，切削角度选用15°；

步骤2：安装存芯管9：通过螺纹旋转连接将存芯管9装在钻杆8前方；

步骤3：安装取芯钻头10：通过螺纹旋转连接将取芯钻头10装在存芯管9前方；

步骤4：转换钻孔模式：取芯电机1033正向启动，取芯电机1033通过取芯丝杆1034带动取芯板1036密封取芯槽1031的端口，使得取芯槽1031处于密封状态；

步骤5：钻孔作业：钻杆8转动，钻杆8带动存芯管9和取芯钻头10转动，同时装置沿着定位轨3往前移动；

步骤6：转换取芯模式：到达设定深度后，转换取芯模式，取芯电机1033反向启动，取芯电机1033通过取芯丝杆1034带动取芯板1036远离取芯槽1031的端口，这样取芯板1036与取芯槽1031形成取芯桶；

步骤7：取芯作业：取芯钻头10快速转动，取样芯94进入步骤6中形成的取芯桶内，进行取芯作业，取芯完成后，翻转电机1032通过转杆带动第二取芯体103旋转180°，使得取芯桶的端口与存芯体91对应，取芯电机1033再次正向启动，取芯电机1033通过取芯丝杆1034带动取芯板1036推动取样芯94进入存芯体91内的存芯带93上，存芯带93在存芯驱动电机931的驱动下带动取样芯94进入存芯体91的内部进行存储，翻转电机1032通过转杆再次带动第二取芯体103旋转180°，重复作业步骤5-步骤7，可以实现不同深度煤层快捷取芯存储。

在钻端102损坏时，用户手拉安装柄1024，安装柄1024底部连接的拉绳1026拉动卡槽体1023从卡槽孔1014移出，这样损坏的钻端102就可以便捷的从安装槽1013中拆卸下来，在更换好钻端102后重复以上操作将卡体1022***卡槽孔1014中，手松开安装柄1024，卡槽体1023在复位弹簧1027作用下***卡槽孔1014，这样钻端102就便捷地安装到前端1012上。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种不同深度煤层随钻取芯装置，其特征在于：包括定位轨（3），所述定位轨（3）一侧连接有导向驱动电机（1），所述导向驱动电机（1）输出端连接有定位丝杆（2），所述定位丝杆（2）上部套接有导向板（4），所述定位轨（3）前方两侧连接有连接架（5），所述连接架（5）底部连接有定位环（6），所述导向板（4）底部连接有钻孔驱动电机（7），所述钻孔驱动电机（7）输出端连接有钻杆（8），所述钻杆（8）穿过定位环（6），所述钻杆（8）前方连接有存芯管（9），所述存芯管（9）前方连接有取芯钻头（10）；

所述取芯钻头（10）包括第一取芯体（101），所述第一取芯体（101）前方外侧可拆卸连接有多组圆周分布的钻端（102），所述第一取芯体（101）内连接有翻转电机（1032），所述翻转电机（1032）的输出端通过转杆连接第二取芯体（103），所述第二取芯体（103）内开设有取芯槽（1031），所述第二取芯体（103）的两侧连接有取芯电机（1033），所述取芯电机（1033）的输出端连接有取芯丝杆（1034），所述取芯丝杆（1034）通过取芯滑块（1035）连接有取芯板（1036），所述取芯电机（1033）通过取芯丝杆（1034）带动取芯板（1036）与取芯槽（1031）活动插接。

2.根据权利要求1所述的一种不同深度煤层随钻取芯装置，其特征在于，所述钻杆（8）包括钻体（81），所述钻体（81）与存芯管（9）的相连侧开设有第一螺纹连接槽（82）和压槽（83）。

3.根据权利要求1所述的一种不同深度煤层随钻取芯装置，其特征在于，所述存芯管（9）包括存芯体（91），所述存芯体（91）上部卡接有存芯盖（92），所述存芯体（91）内部底侧开设有压轨（913），所述压轨（913）内连接有存芯驱动电机（931），所述存芯驱动电机（931）传动连接有存芯带（93），所述存芯带（93）承载取样芯（94）。

4.根据权利要求3所述的一种不同深度煤层随钻取芯装置，其特征在于，所述存芯体（91）一侧连接有第一螺纹接口（911），所述存芯体（91）另一侧开设有第二螺纹连接槽（912）。

5.根据权利要求3所述的一种不同深度煤层随钻取芯装置，其特征在于，所述存芯盖（92）两侧对称安装有四组弹簧卡座（921），所述存芯盖（92）通过弹簧卡座（921）与存芯体（91）卡接，所述存芯盖（92）上部内嵌有拉杆（922）。

6.根据权利要求3所述的一种不同深度煤层随钻取芯装置，其特征在于，所述存芯带（93）上安装有多组均匀分布的伸缩弹簧隔离板（932），所述存芯带（93）两侧设有与存芯体（91）内壁连接的存芯板（933）。

7.根据权利要求1所述的一种不同深度煤层随钻取芯装置，其特征在于，所述第一取芯体（101）一侧连接有第二螺纹接口（1011），所述第一取芯体（101）另一侧连接有前端（1012），所述前端（1012）上开设有多组圆周分布的安装槽（1013），所述安装槽（1013）中开设有两组卡槽孔（1014）。

8.根据权利要求1所述的一种不同深度煤层随钻取芯装置，其特征在于，所述钻端（102）上部连接有多组均匀分布的钻刀（1021），所述钻端（102）底部及侧面分别连接有卡体（1022），所述卡体（1022）两侧嵌套有卡槽体（1023），所述钻端（102）上部插接有安装柄（1024），所述安装柄（1024）的底部通过拉绳（1026）与卡槽体（1023）连接。

9.根据权利要求8所述的一种不同深度煤层随钻取芯装置，其特征在于，所述钻端（102）的内侧连接有导向环（1025），所述导向环（1025）与拉绳（1026）滑动连接，所述卡槽体（1023）与卡体（1022）之间通过复位弹簧（1027）连接。

10.一种权利要求1-9中任意一项所述的不同深度煤层随钻取芯装置的使用方法，其特征在于，所述使用方法的步骤如下：

步骤1：移动调整：将装置移动到矿井下需要测量的位置，调整钻杆（8）与煤岩体间的切削角度，切削角度选用15°；

步骤2：安装存芯管（9）：通过螺纹旋转连接将存芯管（9）装在钻杆（8）前方；

步骤3：安装取芯钻头（10）：通过螺纹旋转连接将取芯钻头（10）装在存芯管（9）前方；

步骤4：转换钻孔模式：取芯电机（1033）正向启动，取芯电机（1033）通过取芯丝杆（1034）带动取芯板（1036）密封取芯槽（1031）的端口，使得取芯槽（1031）处于密封状态；

步骤5：钻孔作业：钻杆（8）转动，钻杆（8）带动存芯管（9）和取芯钻头（10）转动，同时装置沿着定位轨（3）往前移动；

步骤6：转换取芯模式：到达设定深度后，转换取芯模式，取芯电机（1033）反向启动，取芯电机（1033）通过取芯丝杆（1034）带动取芯板（1036）远离取芯槽（1031）的端口，这样取芯板（1036）与取芯槽（1031）形成取芯桶；

步骤7：取芯作业：取芯钻头（10）快速转动，取样芯（94）进入步骤6中形成的取芯桶内，进行取芯作业，取芯完成后，翻转电机（1032）通过转杆带动第二取芯体（103）旋转180°，使得取芯桶的端口与存芯体（91）对应，取芯电机（1033）再次正向启动，取芯电机（1033）通过取芯丝杆（1034）带动取芯板（1036）推动取样芯（94）进入存芯体（91）内的存芯带（93）上，存芯带（93）在存芯驱动电机（931）的驱动下带动取样芯（94）进入存芯体（91）的内部进行存储，翻转电机（1032）通过转杆再次带动第二取芯体（103）旋转180°，重复作业步骤5-步骤7，可以实现不同深度煤层取芯存储。