CN220869390U - 一种煤矿深孔密闭取样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种煤矿深孔密闭取样装置，包括钻头、开关阀、储芯筒、连接部；开关阀包括连接筒、弹簧、阀座和球型阀芯，连接筒与钻头固定连接，连接筒上对称设有两个长圆孔，两个长圆孔的边缘均设有齿槽；阀座可滑动安装在连接筒内，阀座与储芯筒固定连接；球型阀芯可转动安装在阀座内，球型阀芯上对称固定有两个齿盘，两个齿盘分别位于两个长圆孔内，且啮合于对应齿槽上；弹簧位于钻头和阀座之间；连接部、储芯筒、开关阀、钻头上设有连通的水流通道；以解决现有取样装置取样成功率低、取样量少、取样效率低的问题。

Description

一种煤矿深孔密闭取样装置

技术领域

本实用新型属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种煤矿深孔密闭取样装置。

背景技术

井下长距离定点密闭取样技术，是指采用定向长钻孔探明取样区域内的煤层起伏变化规律后，制定定向孔轨迹及孔内取样点布置设计方案，并按要求钻孔和精准提取孔内指定点煤样的密闭取样技术。在定向孔轨迹及孔内取样点位于煤层较薄且起伏变化较大的区域进行长距离定点密闭取样，并实现取样点的精确控制，密闭取样装置必须具有较高的密封性和保压性，且装置的动作序列控制必须精确、灵敏。

公开号为CN107806341B的中国专利公开了一种煤矿深孔定点密闭取样装置，采用内、中、外三筒结构设计，取芯钻进过程，取芯外筒带动取芯钻头钻取煤样，煤芯通过取芯薄壁钻头、球阀，进入取芯内筒，达到取芯长度后停钻，通入高压水，高压水通过止回阀后作用在截断阀上，当水压产生推力切断销钉后，截断阀及取芯中筒前移，带动球阀开关及球阀旋转从而截断取芯煤柱，将煤样及瓦斯气体封存在取芯内筒中，取芯结束后，连接井下解吸仪，即可现场解吸；该取样装置在使用时难以判断销钉是否被剪断，球阀开关是否被打开，取样成功率低，并且该取芯内筒的储存空间较小，一次取样量较小，取样效率低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种煤矿深孔密闭取样装置，以解决现有取样装置取样成功率低、取样量少、取样效率低的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供以下技术方案：

一种煤矿深孔密闭取样装置，包括同轴依次设置的钻头、开关阀、储芯筒、连接部；

开关阀包括连接筒、弹簧、阀座和球型阀芯，连接筒与钻头固定连接，连接筒上对称设有两个长圆孔，两个长圆孔的边缘均设有齿槽；阀座可滑动安装在连接筒内，阀座与储芯筒固定连接；球型阀芯可转动安装在阀座内，球型阀芯上对称固定有两个齿盘，两个齿盘分别位于两个长圆孔内，且啮合于对应齿槽上；弹簧位于钻头和阀座之间；

连接部用于连接钻杆，连接部上设有若干进水孔；储芯筒内设有用于储存样品的储芯区，储芯筒上设有若干与进水孔连通的过水孔；连接筒上设有若干导向孔，若干导向孔内均固定有导向管，若干导向管分别可移动安装在储芯筒的若干过水孔内；钻头上设有若干与导向孔连通的出水孔；进水孔、过水孔、导向管以及出水孔形成水流通道。

进一步地，所述连接部上设有与储芯筒的储芯区连通的取样通道，取样通道口可拆卸安装有密封塞。

进一步地，所述储芯筒包括外筒，外筒内固定有内筒，内筒内部为储芯区，外筒和内筒之间存在过水间隙，若干过水孔均设置在外筒靠近开关阀的一端，外筒的内壁上设有与过水孔连通的环槽，且环槽与过水间隙连通。

进一步地，所述连接部包括安装头，安装头的一端与储芯筒的内筒螺纹连接，安装头的另一端设有用于连接钻杆的安装筒；若干进水孔均包括第一进水孔和第二进水孔，第一进水孔设置在安装头的轴向上，第二进水孔设置在安装头的径向上，第二进水孔的两端分别与第一进水孔和储芯筒的过水间隙连通。

进一步地，连接部包括安装头，安装头的外壁上设有凸缘，凸缘与储芯筒连接；取样通道包括气孔和取样孔，气孔设置在安装头的中心线上，取样孔设置在凸缘的外壁上，密封塞可拆卸安装在取样孔内，气孔的两端分别与储芯筒的储芯区和取样孔连通。

进一步地，所述开关阀还包括外保护套，外保护套套设于连接筒上，外保护套的一端与钻头固定连接，外保护套的另一端滑动套设于储芯筒的外壁上。

进一步地，所述阀座包括固定连接的左阀座和右阀座，左阀座和右阀座可滑动安装在连接筒内，球型阀芯可转动安装在左阀座和右阀座内部；球芯阀芯和齿盘通过固定螺栓连接，固定螺栓贯穿左阀座、右阀座和连接筒的长圆孔；弹簧位于钻头和左阀座之间。

进一步地，所述钻头的一端端面上设有若干切削齿，钻头的另一端端面上设有连接杆，连接杆外套设有内保护套，弹簧套设在内保护套上。

本实用新型的技术原理为：

初始状态时，开关阀处于关闭状态，球芯阀芯的开口处与连接筒的内壁相抵，切断钻头与储芯筒内筒的连接通道；取样时，将钻杆连接在安装筒上，通过钻机和钻杆的配合，将本装置送至取样点，使位于前端的钻头与取样点的岩壁相抵，岩壁的反作用力使连接筒克服弹簧的弹力向储芯筒滑动，连接筒上的齿槽带动齿盘转动，球型阀芯随齿盘转动，直至连接筒与储芯筒相抵，弹簧处于压缩状态，球芯阀芯的开口与钻头和储芯筒的储芯区连通，开关阀处于开启状态；钻机持续推进取样，样品自钻头通过球型阀芯的开口处进入储芯区，当钻机的推进行程大于本装置的总长度时，即取样完成，钻机与钻杆配合将本装置退回，使钻头远离岩壁，岩壁对钻头的反作用力消失，弹簧复位，弹力使连接筒向远离储芯筒的方向移动，连接筒上的齿槽带动齿盘反向转动至初始位置，球芯阀芯随之复位，开关阀关闭。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益技术效果：

1、现有取样装置通过高压泵驱动高压水剪切销钉来实现阀门开闭，操作者无法判断销钉是否被剪断，也无法判断取样是否成功，并且该种取样装置对钻杆的密封性要求较高；而本实用新型通过钻机的推进压力和岩壁对取样装置的反作用力实现开关阀的开启和关闭，取样装置到达取样点后可自动开启开关阀，取样完毕后，钻机退杆时开关阀自动关闭，对储芯筒进行密封，对样品的密封、保压效果较好，有效提高了煤矿取样的成功率以及样品的测量准确性，并且本装置对钻杆无任何特殊性要求，取样装置的适用性更高；由于现有取样装置的取样深度受水压的限制，仅适用于去孔深小于120M的样品，而本装置则可取到孔深大于500M的样品，对于煤矿的开采工作具有重要作用。

2、本实用新型的整体结构简单，制造成本低，操作使用方便快捷，将储芯筒设置为内筒和外筒结构，与现有取样装置采用外筒、中筒和内筒的结构相比，本取样装置的可容纳样品空间的横截面积比现有装置大70％左右，增大了一次性取样的样品量，有效提高了取样效率，加快煤矿开采流程。

3、通过在连接部设置取样通道，当取样完毕后，打开取样孔的密封塞即可将储芯区存储的样品中的气体组分抽出，气体抽出后将安装头取下即可取出样品中的固体和液体；样品气体、液体、固体分离操作简单快捷，有效提高了样品的检测效率和检测结果的准确性。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型的正视图及其A-A方向的剖视图；

图3为本实用新型开关阀的***视图；

图4为本实用新型储芯筒的平面视图及其B-B方向的剖视图；

图5为本实用新型连接部的平面视图及其C-C方向的剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：

钻头1，切削齿11，出水孔12，连接杆13，内保护套14；

开关阀2，连接筒21，导向孔211，长圆孔212，齿槽213，球型阀芯22，开口221，齿盘23，左阀座24，右阀座25，弹簧26，外保护套27，导向管28；

储芯筒3，内筒31，储芯区311，外筒32，过水孔321，环槽322，过水间隙33；

连接部4，安装头41，气孔411，第一进水孔412，第二进水孔413，安装筒42，凸缘43，取样孔431，密封塞432。

实施例

如图1所示，一种煤矿深孔密闭取样装置，包括同轴从左至右依次设置的钻头1、开关阀2、储芯筒3、连接部4。

如图1和2所示，钻头1的左端面上一体成型有若干切削齿11，钻头1的右端面上一体成型有连接杆13，连接杆13外部套设有内保护套14，内保护套14用于保护连接杆13，减少连接杆13的机械损伤，延长钻头1的使用寿命。

如图1-3所示，开关阀2包括连接筒21、弹簧26、阀座和球型阀芯22，连接筒21的左端与钻头1固定连接，连接筒21的两侧对称开设有两个长圆孔212，两个长圆孔212的边缘均设有齿槽213；阀座可滑动安装在连接筒21内，阀座包括固定连接的左阀座24和右阀座25，右阀座25的右端与储芯筒3的左端固定连接；球型阀芯22可转动安装在左阀座24和右阀座25内部，球型阀芯22的中心线上设有贯穿球型阀芯22的开口221，球型阀芯22的两侧通过固定螺栓安装有两个齿盘23，固定螺栓贯穿左阀座、右阀座和连接筒21的长圆孔212，两个齿盘23分别位于两个长圆孔212内，两个齿盘23分别啮合于对应齿槽213上；弹簧26安装在连接筒21内，弹簧26套设在钻头1的内保护套14外，弹簧26的两端能够与钻头1和左阀座24相抵。开关阀2还包括外保护套27，外保护套27套设于连接筒21上，外保护套27的左端与钻头1固定连接，外保护套27的右端滑动套设于储芯筒3的外壁上。

初始状态时，开关阀2处于关闭状态，弹簧26处于伸长状态，球型阀芯22的开口221处于竖直状态，球芯阀芯的开口221与左阀座24和右阀座25的内壁相抵，切断钻头1与储芯筒3的通道；当取样装置到达取样点后，通过钻机、钻杆向取样装置施加推进压力，使钻头1顶住取样点的岩壁，岩壁的反作用力使钻头1、连接筒21和外保护套27克服弹簧26的弹力向右移动，由于齿盘23啮合于连接筒21的齿槽213上，连接筒21右移过程中，齿槽213带动齿盘23发生转动，球芯阀芯随之转动，直至连接筒21的右端与储芯筒3的左端相抵，钻头1、连接筒21和外保护套27停止转动，此时球型阀芯22的开口221转动至水平状态，开关阀2处于打开状态，钻头1与储芯筒3的通道连通，弹簧26处于压缩状态；钻机持续推进取样，样品自钻头1通过球型阀芯22的开口221进入储芯筒3内，当钻机的推进行程大于本装置的总长度时，即取样完成，钻机与钻杆配合将本装置退回，使钻头1远离岩壁，岩壁对钻头1的反作用力消失，弹簧26复位，弹力使连接筒21向左移动，连接筒21上的齿槽213带动齿盘23反向转动至初始位置，球芯阀芯随之复位，开关阀2关闭。本实用新型的开关阀2的开启和关闭由钻机直接控制，不受水压限制，取样成功率高，取样深度更深，能够取到孔深大于500M的样品，对煤矿的开采取样工作具有重大意义；并且，取样完成后开关阀2自动关闭，装置的密封性好，保压效果好，能够提高样品的检测准确性。

如图2所示，储芯筒3包括外筒32，外筒32内焊接固定有内筒31，外筒32的左端与右阀座25的右端过盈配合，连接部4包括安装头41，安装头41的左端与储芯筒3的内筒31螺纹连接，安装头41的右端焊接有用于连接钻杆的安装筒42。如图2和4所示，安装头41的右端面上周向开设有若干第一进水孔412，安装头41的外壁上周向设有若干与第一进水孔412连通的第二进水孔413；如图2和5所示，储芯筒3的外筒32和内筒31之间存在与第二进水孔413连通的过水间隙33，外筒32的左端面上周向开设有若干过水孔321，外筒32的内壁上开设有环槽322，环槽322与过水孔321和过水间隙33连通；如图3所示，连接筒21上周向设有若干导向孔211，每个导向孔211内均固定有导向管28，导向管28的右端伸出导向孔211外且滑动安装在外筒32的过水孔321内；如图1所示，钻头1上周向设有若干与导向孔211连通的出水孔12；第一进水孔412、第二进水孔413、过水间隙33、环槽322、过水孔321、导向管28以及出水孔12形成水流通道；本实施例中的第一进水孔412、第二进水孔413均设置6个，过水孔321、导向孔211、导向管28、出水孔12均设置4个。

将钻杆连接在安装筒42上，通过钻杆向取样装置内部供水，水流从水流通道排出钻头1外；通过在连接筒21上设置可相对外筒32移动的导向管28，不仅能够为水流提供流通道路，还能够在开启、关闭开关阀2时，为连接筒21的移动起导向作用，使开关阀2的启闭过程运行流畅，提高取样的成功率。

如图2和5所示，内筒31的内部为用于储存样品的储芯区311；如图2和4所示，连接部4的安装头41的外壁上一体成型有凸缘43，凸缘43与储芯筒3的外筒32通过螺栓固定连接；安装头41的中心线上开设有气孔411，凸缘43的外壁上开设有取样孔431，气孔411的左端与内筒31的储芯区311连通，气孔411的右端与取样孔431连通，取样孔431和气孔411组成取样通道，取样孔431内可拆卸安装有密封塞432，密封塞432用于打开和关闭取样通道，密封塞432可采用耐磨性、耐腐蚀性较好的橡胶材质制成。

当开关阀2开启后，样品自钻头1、开关阀2进入储芯筒3的储芯区311，取样完毕后，样品被密封于储芯区311内，退出钻杆后，将密封塞432取下，通过注射器等装置可将样品的气体组分抽出，然后取下凸缘43上的螺栓，将安装头41拆卸后，可将样品剩余的液体和固体组分取出。本实用新型可实现快速分离样品的气体、液体、固体组分，操作简单快捷，有效提高了样品的检测效率和检测结果的准确性；并且储芯筒3采用内外筒32结构设计，内筒31的储芯区311横截面积比现有装置大70％左右，大大增加了一次性取样的样品量，提高取样效率，加快煤矿开采速度。

具体实施如下：

1、取样孔钻进施工，施工完毕后，退出钻杆；

2、将本装置的安装筒42连接在钻杆上，此时开关阀2关闭；

3、开启钻机，同时向钻杆内通水，水流通过本装置内部的水流通道排出钻头1外，钻机和钻杆配合将本装置送至取样点，加大供水量，冲去钻头1处的杂物；

4、钻机持续推进取样，钻机的推进压力使开关阀2打开，样品进入装置内部的储芯区311内，当钻机的推进行程略超过本装置的总长度时，将钻机保持旋转向后退钻，推进压力消失，开关阀2自动关闭，样品密封储存于储芯区311内；

5、持续使钻机旋转，逐根退钻，直至将本装置回收至钻机处，将本装置从钻杆上取下，取下连接部4的密封塞432，抽出样品的气体组分，再取下连接部4，分离样品中的固体和液体组分，即可在符合条件的情况下对所取样品进行分析，得到取样点样品的真实情况。

本实用新型的整体结构简单，制造成本较低，使用时操作方便快捷，取样成功率和取样效率均优于现有取样装置，并且对钻杆等其他装置无特殊性能要求，适用度高，有利于投入实际煤矿开采工作中。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种煤矿深孔密闭取样装置，包括同轴依次设置的钻头、开关阀、储芯筒、连接部，其特征在于：

开关阀包括连接筒、弹簧、阀座和球型阀芯，连接筒与钻头固定连接，连接筒上对称设有两个长圆孔，两个长圆孔的边缘均设有齿槽；阀座可滑动安装在连接筒内，阀座与储芯筒固定连接；球型阀芯可转动安装在阀座内，球型阀芯上对称固定有两个齿盘，两个齿盘分别位于两个长圆孔内，且啮合于对应齿槽上；弹簧位于钻头和阀座之间；

连接部用于连接钻杆，连接部上设有若干进水孔；储芯筒内设有用于储存样品的储芯区，储芯筒上设有若干与进水孔连通的过水孔；连接筒上设有若干导向孔，若干导向孔内均固定有导向管，若干导向管分别可移动安装在储芯筒的若干过水孔内；钻头上设有若干与导向孔连通的出水孔；进水孔、过水孔、导向管以及出水孔形成水流通道。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿深孔密闭取样装置，其特征在于：所述连接部上设有与储芯筒的储芯区连通的取样通道，取样通道口可拆卸安装有密封塞。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿深孔密闭取样装置，其特征在于：所述储芯筒包括外筒，外筒内固定有内筒，内筒内部为储芯区，外筒和内筒之间存在过水间隙，若干过水孔均设置在外筒靠近开关阀的一端，外筒的内壁上设有与过水孔连通的环槽，且环槽与过水间隙连通。

4.根据权利要求3所述的一种煤矿深孔密闭取样装置，其特征在于：所述连接部包括安装头，安装头的一端与储芯筒的内筒螺纹连接，安装头的另一端设有用于连接钻杆的安装筒；若干进水孔均包括第一进水孔和第二进水孔，第一进水孔设置在安装头的轴向上，第二进水孔设置在安装头的径向上，第二进水孔的两端分别与第一进水孔和储芯筒的过水间隙连通。

5.根据权利要求2所述的一种煤矿深孔密闭取样装置，其特征在于：连接部包括安装头，安装头的外壁上设有凸缘，凸缘与储芯筒连接；取样通道包括气孔和取样孔，气孔设置在安装头的中心线上，取样孔设置在凸缘的外壁上，密封塞可拆卸安装在取样孔内，气孔的两端分别与储芯筒的储芯区和取样孔连通。

6.根据权利要求1所述的一种煤矿深孔密闭取样装置，其特征在于：所述开关阀还包括外保护套，外保护套套设于连接筒上，外保护套的一端与钻头固定连接，外保护套的另一端滑动套设于储芯筒的外壁上。

7.根据权利要求1所述的一种煤矿深孔密闭取样装置，其特征在于：所述阀座包括固定连接的左阀座和右阀座，左阀座和右阀座可滑动安装在连接筒内，球型阀芯可转动安装在左阀座和右阀座内部；球芯阀芯和齿盘通过固定螺栓连接，固定螺栓贯穿左阀座、右阀座和连接筒的长圆孔；弹簧位于钻头和左阀座之间。

8.根据权利要求1所述的一种煤矿深孔密闭取样装置，其特征在于：所述钻头的一端端面上设有若干切削齿，钻头的另一端端面上设有连接杆，连接杆外套设有内保护套，弹簧套设在内保护套上。