本發(fā)明屬于煤層取樣，具體涉及一種自密封自解壓煤層取樣裝置。

背景技術(shù)：

1、煤炭是由植物埋藏在地底，經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代和地殼運(yùn)動，在隔絕空氣的情況下，以及在細(xì)菌，壓力和溫度的作用下逐漸演變而成。而且在煤礦中，煤體或巖體中可能存在一些有害氣體，如甲烷和二氧化碳等對礦工而言具有爆炸、窒息和中毒等危險隱患的氣體。

2、因此，在對煤礦進(jìn)行開采前，需要對煤層進(jìn)行勘探檢測，以使得礦工能夠提前發(fā)現(xiàn)有害氣體的存在和濃度，以及識別煤礦中是否存在的其他安全隱患，并及時采取相應(yīng)的安全措施，從而減少事故的發(fā)生。例如，在檢測到煤層中存在高濃度的甲烷時，可以采取通風(fēng)、滅火等措施來防止煤層爆炸的發(fā)生。

3、目前，現(xiàn)有的煤層取樣裝置通常采用傳統(tǒng)的巖芯管進(jìn)行取樣，這種取樣方式需要先使用普通鉆具施工至取樣點，之后退出鉆桿換上巖芯管，重新再進(jìn)入到取樣點進(jìn)行取樣。因此整個取樣過程復(fù)雜，工藝繁瑣，效率低下，用時遠(yuǎn)超過規(guī)定的5分鐘，從而容易導(dǎo)致取樣結(jié)果因取樣期間瓦斯逸散量難以正確計算而存在較大誤差；同時，在下向孔取樣時，其還容易在退取芯鉆過程中出現(xiàn)煤樣掉落的問題，進(jìn)而造成取樣失敗。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有煤層取樣裝置在使用時存在的工藝繁瑣、取樣結(jié)果誤差大、煤樣易掉落等問題，提出并設(shè)計一種自密封自解壓煤層取樣裝置，以克服上述問題，并簡化現(xiàn)場取樣操作流程，提高樣本可靠性。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種自密封自解壓煤層取樣裝置，其包括鉆頭套，鉆頭套的底部設(shè)置有鉆頭齒，鉆頭套的內(nèi)部安裝有第一球閥，第一球閥的上方設(shè)置有取樣鉆桿，取樣鉆桿滑動安裝在鉆頭套內(nèi)，取樣鉆桿的中部貫穿有取樣腔，取樣鉆桿的底部設(shè)置有取樣鉆齒，且取樣鉆桿底部的取樣鉆齒能夠貫穿第一球閥后與鉆頭齒平齊和位于第一球閥的上方；鉆頭套的頂部連接有取樣筒，取樣筒的側(cè)壁貫穿有通孔，取樣筒內(nèi)滑動安裝有儲煤筒，儲煤筒的底部與取樣鉆桿的取樣腔通過第二球閥連通，儲煤筒的頂部安裝有抽吸筒，抽吸筒的內(nèi)腔從上往下依次設(shè)置有密封儲存桶、抽吸腔，密封儲存桶和抽吸腔通過開關(guān)閥和抽吸泵連通，抽吸腔的外圈貫穿有抽吸孔，抽吸孔能夠與通孔連通；取樣筒的頂部連接有外殼，外殼內(nèi)部安裝有推動機(jī)構(gòu)，推動機(jī)構(gòu)的動力輸出端與抽吸筒的頂部連接，并可推動抽吸筒、儲煤筒、取樣鉆桿一起上下移動。

3、這樣一方面由于本發(fā)明將鉆頭套與取樣鉆桿設(shè)置在一體，并利用第一球閥與第二球閥達(dá)到密封的效果，在取樣使用時，本發(fā)明在鉆孔完成后無需退鉆更換鉆頭，簡化了現(xiàn)場的操作，減少了工人的工作量，并防止了在退取過程中因出現(xiàn)采樣煤塊掉落而造成取樣失敗的現(xiàn)象；另一方面，在煤塊取樣時，本發(fā)明可控制抽吸泵同步工作，將煤層中的煤層氣抽入到密封儲存桶內(nèi)進(jìn)行密封保存，避免因更換鉆頭導(dǎo)致孔內(nèi)取樣位置煤層長時間暴露而出現(xiàn)的煤層氣散發(fā)的問題，從而使取得的樣本更可靠，分析結(jié)果更正確。

4、進(jìn)一步地，鉆頭套的內(nèi)壁設(shè)置有兩個定位孔，定位孔內(nèi)設(shè)置有定位組件，取樣鉆桿的外壁的上部和下部均設(shè)置有兩個定位槽，當(dāng)取樣鉆桿的底部位于第一球閥上方時，定位組件與取樣鉆桿的外壁的下部的定位槽配合；當(dāng)取樣鉆桿的底部位于第一球閥下方時，定位組件與取樣鉆桿的外壁的上部的定位槽配合；并可通過定位組件與對應(yīng)位置處的定位槽之間的配合保證取樣鉆桿與鉆頭套之間能夠一起進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

5、進(jìn)一步地，定位組件包括安裝在定位孔外側(cè)的堵頭，堵頭的內(nèi)側(cè)連接有定位彈簧，定位彈簧上遠(yuǎn)離堵頭的一端連接有定位座，定位座滑動安裝在定位孔內(nèi)，且定位座上遠(yuǎn)離堵頭的一端滾動安裝有定位滾珠，定位滾珠能夠與對應(yīng)的定位槽卡接，并對取樣鉆桿起到定位效果。

6、進(jìn)一步地，取樣鉆桿的上端設(shè)置有法蘭邊，鉆頭套的內(nèi)壁在第一球閥的上方位置處設(shè)置有臺階限位槽，當(dāng)取樣鉆桿的底部貫穿第一球閥后，法蘭邊與臺階限位槽抵接，以對取樣鉆桿的移動位置進(jìn)行限位，避免取樣鉆桿從鉆頭套內(nèi)滑落。

7、進(jìn)一步地，推動機(jī)構(gòu)包括安裝在外殼內(nèi)部的伺服電機(jī)，伺服電機(jī)的動力輸出端傳動連接有螺紋套，螺紋套的端部通過軸承座轉(zhuǎn)動安裝在隔板上，隔板固定安裝在外殼的內(nèi)壁上；螺紋套的內(nèi)部螺紋連接有螺紋桿，螺紋桿的底部貫穿隔板后固定安裝在抽吸筒的頂部。這樣其可通過螺紋桿與螺紋套之間的螺紋配合推動抽吸筒、儲煤筒、取樣鉆桿一起上下移動，并完成對應(yīng)的取樣工作。

8、進(jìn)一步地，通孔的外側(cè)安裝有一級過濾網(wǎng)，通孔的內(nèi)側(cè)安裝有二級過濾網(wǎng)，抽吸孔內(nèi)安裝有三級過濾網(wǎng)，并通過一級過濾網(wǎng)、二級過濾網(wǎng)和三級過濾網(wǎng)的三重過濾，有效地防止煤渣進(jìn)入到抽吸腔內(nèi)影響抽吸泵的正常工作。

9、進(jìn)一步地，抽吸筒的頂部開設(shè)有安裝凹槽，密封儲存桶安裝在安裝凹槽內(nèi)，且安裝凹槽的頂部安裝有鎖板。這樣其可通過鎖板與安裝凹槽配合的可拆卸結(jié)構(gòu)便于工作人員將密封儲存桶取出。

10、進(jìn)一步地，外殼的頂部設(shè)置有連接器，并可通過該連接器將本發(fā)明與其他外部設(shè)備相連接，以進(jìn)行對應(yīng)的作業(yè)。

11、進(jìn)一步地，鉆頭套的外壁設(shè)置螺旋凹槽，外殼的外壁設(shè)置有螺旋形的擴(kuò)孔導(dǎo)流板，并通過擴(kuò)孔導(dǎo)流板使煤層鉆孔直徑大于外殼的直徑，以便保證鉆頭套、取樣筒和外殼退出時不會產(chǎn)生堵塞。

12、進(jìn)一步地，鉆頭套、取樣筒和外殼從下往上依次可拆卸連接在一起，以便于工作人員對其進(jìn)行拆卸和清理、維護(hù)。

13、以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：一方面由于本發(fā)明將鉆頭套與取樣鉆桿設(shè)置在一體，并利用第一球閥與第二球閥達(dá)到密封的效果，在取樣使用時，本發(fā)明在鉆孔完成后無需退鉆更換鉆頭，簡化了現(xiàn)場的操作，減少了工人的工作量，并防止了在退取過程中因出現(xiàn)采樣煤塊掉落而造成取樣失敗的現(xiàn)象；另一方面，在煤塊取樣時，本發(fā)明可控制抽吸泵同步工作，將煤層中的煤層氣抽入到密封儲存桶內(nèi)進(jìn)行密封保存，避免因更換鉆頭導(dǎo)致孔內(nèi)取樣位置煤層長時間暴露而出現(xiàn)的煤層氣散發(fā)的問題，從而使取得的樣本更可靠，分析結(jié)果更正確。

技術(shù)特征：

1.一種自密封自解壓煤層取樣裝置，包括鉆頭套（1），鉆頭套（1）的底部設(shè)置有鉆頭齒（2）；其特征在于，鉆頭套（1）的內(nèi)部安裝有第一球閥（3），第一球閥（3）的上方設(shè)置有取樣鉆桿（4），取樣鉆桿（4）滑動安裝在鉆頭套（1）內(nèi)，取樣鉆桿（4）的中部貫穿有取樣腔，取樣鉆桿（4）的底部設(shè)置有取樣鉆齒（5），且取樣鉆桿（4）底部的取樣鉆齒（5）能夠貫穿第一球閥（3）后與鉆頭齒（2）平齊和位于第一球閥（3）的上方；鉆頭套（1）的頂部連接有取樣筒（9），取樣筒（9）的側(cè)壁貫穿有通孔（17），取樣筒（9）內(nèi)滑動安裝有儲煤筒（10），儲煤筒（10）的底部與取樣鉆桿（4）的取樣腔通過第二球閥（11）連通，儲煤筒（10）的頂部安裝有抽吸筒（12），抽吸筒（12）的內(nèi)腔從上往下依次設(shè)置有密封儲存桶（16）、抽吸腔（13），密封儲存桶（16）和抽吸腔（13）通過開關(guān)閥（35）和抽吸泵（15）連通，抽吸腔（13）的外圈貫穿有抽吸孔（14），抽吸孔（14）能夠與通孔（17）連通；取樣筒（9）的頂部連接有外殼（19），外殼（19）內(nèi)部安裝有推動機(jī)構(gòu)（20），推動機(jī)構(gòu)（20）的動力輸出端與抽吸筒（12）的頂部連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自密封自解壓煤層取樣裝置，其特征在于，鉆頭套（1）的內(nèi)壁設(shè)置有兩個定位孔（6），定位孔（6）內(nèi)設(shè)置有定位組件（7），取樣鉆桿（4）的外壁的上部和下部均設(shè)置有兩個定位槽（8），當(dāng)取樣鉆桿（4）的底部位于第一球閥（3）上方時，定位組件（7）與取樣鉆桿（4）的外壁的下部的定位槽（8）配合；當(dāng)取樣鉆桿（4）的底部位于第一球閥（3）下方時，定位組件（7）與取樣鉆桿（4）的外壁的上部的定位槽（8）配合。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自密封自解壓煤層取樣裝置，其特征在于，定位組件（7）包括安裝在定位孔（6）外側(cè)的堵頭（23），堵頭（23）的內(nèi)側(cè)連接有定位彈簧（24），定位彈簧（24）上遠(yuǎn)離堵頭（23）的一端連接有定位座（25），定位座（25）滑動安裝在定位孔（6）內(nèi)，且定位座（25）上遠(yuǎn)離堵頭（23）的一端滾動安裝有定位滾珠（26），定位滾珠（26）能夠與對應(yīng)的定位槽（8）卡接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的自密封自解壓煤層取樣裝置，其特征在于，取樣鉆桿（4）的上端設(shè)置有法蘭邊，鉆頭套（1）的內(nèi)壁在第一球閥（3）的上方位置處設(shè)置有臺階限位槽（22），當(dāng)取樣鉆桿（4）的底部貫穿第一球閥（3）后，法蘭邊與臺階限位槽（22）抵接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自密封自解壓煤層取樣裝置，其特征在于，推動機(jī)構(gòu)（20）包括安裝在外殼（19）內(nèi)部的伺服電機(jī)（27），伺服電機(jī)（27）的動力輸出端傳動連接有螺紋套（28），螺紋套（28）的端部通過軸承座（30）轉(zhuǎn)動安裝在隔板（18）上，隔板（18）固定安裝在外殼（19）的內(nèi)壁上；螺紋套（28）的內(nèi)部螺紋連接有螺紋桿（29），螺紋桿（29）的底部貫穿隔板（18）后固定安裝在抽吸筒（12）的頂部。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自密封自解壓煤層取樣裝置，其特征在于，通孔（17）的外側(cè)安裝有一級過濾網(wǎng)（31），通孔（17）的內(nèi)側(cè)安裝有二級過濾網(wǎng)（32），抽吸孔（14）內(nèi)安裝有三級過濾網(wǎng)（33）。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自密封自解壓煤層取樣裝置，其特征在于，抽吸筒（12）的頂部開設(shè)有安裝凹槽，密封儲存桶（16）安裝在安裝凹槽內(nèi)，且安裝凹槽的頂部安裝有鎖板（34）。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自密封自解壓煤層取樣裝置，其特征在于，外殼（19）的頂部設(shè)置有連接器（36）。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自密封自解壓煤層取樣裝置，其特征在于，鉆頭套（1）的外壁設(shè)置螺旋凹槽（21），外殼（19）的外壁設(shè)置有螺旋形的擴(kuò)孔導(dǎo)流板。

10.根據(jù)權(quán)利要求1或8或9所述的自密封自解壓煤層取樣裝置，其特征在于，鉆頭套（1）、取樣筒（9）和外殼（19）從下往上依次可拆卸連接在一起。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種自密封自解壓煤層取樣裝置，屬于煤層取樣技術(shù)領(lǐng)域，其包括鉆頭套，鉆頭套內(nèi)部安裝有第一球閥，第一球閥上方設(shè)置有取樣鉆桿，取樣鉆桿滑動安裝在鉆頭套內(nèi)；鉆頭套頂部連接有取樣筒，取樣筒側(cè)壁貫穿有通孔，取樣筒內(nèi)滑動安裝有儲煤筒，儲煤筒底部與取樣鉆桿的取樣腔通過第二球閥連通，儲煤筒頂部安裝有抽吸筒，抽吸筒內(nèi)腔設(shè)置有密封儲存桶、抽吸腔，密封儲存桶和抽吸腔通過開關(guān)閥和抽吸泵連通，抽吸腔外圈貫穿有抽吸孔，抽吸孔與通孔連通；取樣筒頂部連接有外殼，外殼內(nèi)安裝有推動機(jī)構(gòu)，推動機(jī)構(gòu)推動抽吸筒、儲煤筒、取樣鉆桿上下移動。本發(fā)明的有益效果在于，其可簡化現(xiàn)場取樣操作流程，提高樣本可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：鹿強(qiáng),鹿騰,王猛,王登科,李健,孔祥棟,李宵霄,房琦,周榮軍,吳昊飛,馬英豪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東華坤地質(zhì)工程有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10