一种煤矿井下可拆卸定点取样装置及取样方法

技术领域

本发明属于煤矿取样技术领域，涉及一种煤矿井下可拆卸定点取样装置及取样方法。

背景技术

含瓦斯煤的开采，伴随着大量煤层瓦斯参数的测定工作，以判定煤层是否具有煤与瓦斯突出危险性，如瓦斯含量测参数测定、钻屑瓦斯解吸指标测定等，而这些测定过程都会涉及取样设备及工艺。随着煤矿安全高效工作面的建设，孔口接粉这种取样工艺越来越不适合煤样钻取，特别对于煤层中长钻孔而言，取样过程无法排除煤孔壁钻屑的污染，导致测定瓦斯参数误差大，为整个矿井安全埋下隐患。而目前已有的定点取样装置，虽然能够较好解决该问题，但是在矿井实际使用过程中存在钻杆笨重、运输操作不便等问题，另外钻具结构复杂，其加工工艺也复杂，成本高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于解决现有定点取样装置的不足，结合目前钻具加工工艺，发明一种易于加工及方便井下工人操作的取样钻具，提出一种煤矿井下可拆卸定点取样装置及取样方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种煤矿井下可拆卸定点取样装置，包括取样钻头、钻杆、取样内管、取样尾辫；所述钻杆一端与所述取样钻头连接，另一端与所述取样尾辫连接，所述取样内管设于所述钻杆内，所述钻杆与所述取样内管之间设有环形风流空间，所述取样尾辫上设有进风口，所述进风口与所述环形风流空间相通；所述取样内管上设有引风口，所述引风口一端与所述环形风流空间相通，另一端与所述取样内管的内孔相通；所述取样钻头为中空结构，并与所述取样内管的内孔相通；进入环形风流空间的风流通过所述引风口向远离所述取样钻头的一侧喷出，在取样内管内产生负压，将煤样吸入取样内管中。

进一步，所述取样钻头上设有与所述环形风流空间相通的出风口，进入环形风流空间的风流通过所述出风口向靠近所述取样钻头的一侧倾斜喷出，卷动取样钻头与孔壁空间的煤渣并冷却取样钻头。

进一步，所述取样尾辫包括壳体、密封盖；所述壳体与所述钻杆固定连接，所述进风口设于所述壳体上，所述密封盖与所述壳体可拆卸连接，钻进时，密封盖将壳体端部密封，取样时，将密封盖拆卸，取样内管穿过所述壳体进入钻杆内。

进一步，所述取样内管包括喷射器部件、内管、螺纹固定部件；所述喷射器部件、螺纹固定部件分别设于所述内管的两端；所述引风口设于所述喷射器部件上，所述螺纹固定部件与取样尾辫可拆卸连接。

进一步，所述喷射器部件与取样钻头之间、所述螺纹固定部件与所述取样尾辫之间均通过密封圈进行密封，并与所述钻杆、内管共同形成所述环形风流空间。

进一步，所述螺纹固定部件包括螺杆、固定螺帽；所述螺杆套装于所述内管上，并与内管固定连接；所述固定螺母与螺杆之间通过螺纹连接；所述固定螺母的端面上设有用于安装密封圈的密封槽。

进一步，所述取样内管的外壁上设有沿其轴向间隔布置的滚轮组件，所述滚轮组件包括支撑滚轮、弹簧；所述支撑滚轮位于所述环形风流空间内；所述支撑滚轮一端通过所述弹簧与所述取样内管弹性支撑连接，另一端压贴于所述钻杆的内壁上，并与所述钻杆滚动配合。

进一步，所述出风口设于所述取样钻头的侧壁上，沿取样钻杆径向向取样钻杆前端倾斜布置，环形风流空间内的风流通过出风口向取样钻头前端喷射。

进一步，所述引风口沿取样内管径向向靠近所述取样尾辫侧倾斜，环形风流空间内的风流通过引风口将取样钻头前端的煤样引射吸入取样内管中。

一种煤矿井下定点取样方法，采用如上所述的煤矿井下可拆卸定点取样装置进行取样，包括如下步骤：

S1、正常钻进：将取样钻头、钻杆、取样尾辫安装连接；取样尾辫后端通过密封盖密封；进风口接入压缩空气，正常钻进到目标位置，钻进过程中，新鲜风流自取样尾辫进风口进入通过钻杆达到取样钻头位置，冷却钻头并携带煤渣从孔壁与钻杆之间的空间外排；

S2、取样：当钻进到煤层目标位置时，退钻少许，通风将钻孔吹净，停风，拆下取样尾辫以及取样尾辫的后端口密封盖，顺钻杆内孔安装取样内筒，连接取样尾辫；调整螺纹固定器，压紧内管并密封环形风流空间；取样内管尾部伸出取样尾辫端口，并接入通风；新鲜风流自取样尾辫的进风口进入，在取样钻头处形成内吸外卷的两股风流，将钻头前端的煤样吸入取样内管中，并输送至外部。

本发明的有益效果在于：本发明采用引射原理，利用引射产生的负压吸入煤样进行取样，钻杆与内管之间形成环形分流空间与内管内孔空间两个通道，形成独特的双壁钻杆结构，并利用两个通道间的气流流向关系，取样速度快，能够提高煤层瓦斯参数测定的准确度。取样方法操作简单，适用范围广，装置结构简单，重量轻，易于运输，装置加工工艺简单。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明中的可拆卸定点取样装置结构示意图；

图2为钻进过程示意图；

图3为取样内管结构示意图；

图4为取样尾辫结构示意图；

图5为滚轮组件示意图；

图6为取样钻头示意图。

附图标记：1-取样钻头；2-钻杆；3-取样尾辫；4-喷射器部件；5-内管；6-螺纹固定部件；7-进风口；8-出风口；9-引风口；10-滚轮组件；11-密封圈；12-锥螺纹；101-支撑滚轮；102-弹簧；31-壳体；32-密封盖；61-螺杆；62-固定螺母。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～6，为一种煤矿井下可拆卸定点取样装置，包括取样钻头1、钻杆2、取样内管、取样尾辫3；钻杆2一端与取样钻头1通过锥螺纹12连接，另一端与取样尾辫3通过螺纹连接，取样内管安装在钻杆2内，钻杆2与取样内管之间设置有环形风流空间，取样尾辫3上设置有进风口7，进风口7与环形风流空间相通；取样内管上设置有引风口9，引风口9一端与环形风流空间相通，另一端与取样内管的内孔相通；取样钻头1为中空结构，并与取样内管的内孔相通；引风口9沿取样内管径向向靠近取样尾辫3侧倾斜，由进风口7引入的风流，进入环形风流空间的风流通过引风口9向远离取样钻头1的一侧喷出，在取样内管内产生负压，将煤样从取样钻头1前端吸入取样内管中。

其中，取样钻头1上设置有与环形风流空间相通的出风口8，出风口8沿取样钻杆2径向向取样钻杆2前端倾斜布置，进入环形风流空间的风流通过出风口8向靠近取样钻头1的一侧倾斜喷出，卷动取样钻头1与孔壁空间的煤渣并冷却取样钻头1。

其中，取样尾辫3包括壳体31、密封盖32；壳体31与钻杆2通过螺纹连接，进风口7设置在壳体31上，密封盖32与壳体31通过螺栓可拆卸连接，钻进时，密封盖32将壳体31端部密封，取样时，将密封盖32拆卸，取样内管穿过壳体31进入钻杆2内。

其中，取样内管包括喷射器部件4、内管5、螺纹固定部件6；喷射器部件4、螺纹固定部件6分别固定设置在内管5的两端；引风口9设置在喷射器部件4上，螺纹固定部件6与取样尾辫3通过螺栓可拆卸连接。取样钻头1的内孔直径小于内管5的内径，防止取样内管伸出取样钻头1，同时便于密封。

本实施例中，喷射器部件4与取样钻头1之间、螺纹固定部件6与取样尾辫3之间均通过密封圈11进行密封，并与钻杆2、内管5共同形成环形风流空间。螺纹固定器包括螺杆61、固定螺帽；螺杆61套装在内管5上，并与内管5焊接固定；固定螺母62与螺杆61之间通过螺纹连接；固定螺母62的端面上设置有用于安装密封圈11的密封槽，取样内管安装时，固定螺母62与取样尾辫3通过螺栓连接。

取样内管的外壁上设置有沿其轴向间隔布置的滚轮组件10，滚轮组件10包括支撑滚轮101、弹簧102；支撑滚轮101位于环形风流空间内；支撑滚轮101一端通过弹簧102与内管5弹性支撑连接，另一端压贴在钻杆2的内壁上，并与钻杆2滚动配合，其中内管5可随钻杆2一起弯曲，并通过滚轮组件10自动进行支撑调节。

一种煤矿井下定点取样方法，采用本实施例中的煤矿井下可拆卸定点取样装置进行取样，包括如下步骤：

S1、正常钻进：将取样钻头1、钻杆2、取样尾辫3安装连接；取样尾辫3后端通过密封盖32密封；将进风口7接入压缩空气，正常钻进到目标位置，钻进过程中，新鲜风流自取样尾辫3进风口7进入通过钻杆2达到取样钻头1位置，冷却钻头并携带煤渣从孔壁与钻杆2之间的空间外排；

S2、取样：当钻进到煤层目标位置时，退钻少许，通风将钻孔吹净，停风，拆下取样尾辫3以及取样尾辫3的后端口密封盖32，顺钻杆2内孔安装取样内筒，连接取样尾辫3；调整螺纹固定器，压紧内管5并密封环形风流空间；取样内管尾部伸出取样尾辫3端口，并接入通风；新鲜风流自取样尾辫3的进风口7进入，在取样钻头1处形成内吸外卷的两股风流，将钻头前端的煤样吸入取样内管中，并输送至外部，完成取样。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。