專利名稱：反轉(zhuǎn)密封煤樣取樣器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種煤樣取樣器，特別是關于一種用于測定煤層瓦斯含量的反轉(zhuǎn)密封煤樣取樣器。
背景技術：
煤層瓦斯含量是反映煤層瓦斯賦存情況的重要參數(shù)之一，是計算煤層瓦斯儲量、 預測礦井瓦斯涌出量、進行瓦斯抽采設計和評價煤層煤與瓦斯突出危險性的重要依據(jù)。瓦斯含量測量值的準確性不但制約礦井瓦斯危險程度預測的可靠性，而且影響以瓦斯危險程度預測為依據(jù)而制定的瓦斯防治措施的有效性與經(jīng)濟性，甚至危及礦井安全生產(chǎn)。目前，煤層瓦斯含量測定方法主要有間接法和直接法。間接法根據(jù)實測的煤層瓦斯壓力、煤的吸附常數(shù)、工業(yè)分析等參數(shù)，用朗格繆爾公式計算煤層瓦斯含量。該方法測試周期較長，成本較高，煤礦現(xiàn)場較少采用。在實際煤層瓦斯含量測定中主要采用直接法，直接法是通過鉆孔取煤屑或煤芯，測定和計算取樣過程的瓦斯損失量、解吸瓦斯量和殘存瓦斯量，這三者之和為煤層瓦斯含量。這種方法會有瓦斯量損失過大的缺點，尤其在進行取樣深度大于30米的鉆孔取樣時，取樣深度越大，退鉆過程煤樣暴露時間越長，瓦斯損失量越大。因此如何降低或準確推算瓦斯損失量是一個亟待解決的問題。實驗表明煤屑的瓦斯解吸速度遠大于塊煤。煤屑脫離煤體初期的解吸速度非?？欤绻苋〕鰤K狀煤樣，將極大地減小取樣過程的瓦斯損失量，但是，國內(nèi)的具有突出危險的煤層一般都比較松軟，難以取出完整的塊狀煤樣。此外，雖然國內(nèi)外也開發(fā)了許多直接取樣測量瓦斯含量的裝置，如普通單層取樣管、雙層取樣管，但是其取樣方法及及其原理沒有大的突破，取樣過程中瓦斯損失嚴重，導致測定的煤層瓦斯含量測量結(jié)果存在較大的誤差，不利于瓦斯防治措施的制定與有效實施。
發(fā)明內(nèi)容針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種能夠在測定煤層瓦斯含量時降低取樣過程中瓦斯損失量的反轉(zhuǎn)密封煤樣取樣器。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下技術方案一種反轉(zhuǎn)密封煤樣取樣器，它包括組合鉆頭、煤樣筒、密封盤總成、密封軸總成、封孔撥盤總成和變徑接頭，其中所述煤樣筒上端內(nèi)壁設置有凹臺，底部中心設置有通孔，底面圍繞所述通孔設置有若干凸起的撥塊； 所述煤樣筒上端與所述組合鉆頭固定連接成一體；所述密封盤總成包括壓蓋和密封盤，所述密封盤上開設有若干入煤孔，所述密封盤坐落在所述煤樣筒的凹臺上，所述壓蓋穿入所述煤樣筒壓設在所述密封盤上，并與所述煤樣筒上端固定連接成一體；所述密封軸總成包括一空心軸、密封套、撥鍵、快接裝置和反轉(zhuǎn)密封總成；所述空心軸的頂部封閉，軸身上開有若干排氣孔；所述密封套設置在所述空心軸下部，密封連接在所述煤樣筒的通孔中；所述撥鍵設置在所述密封套的外壁下部；所述快接裝置連接在所述密封套尾端；所述反轉(zhuǎn)密封總成位于所述密封軸總成上部，包括與所述空心軸連接的銷座；所述銷座上穿設有與所述密封盤上每一所述入煤孔對應的封孔銷，所述封孔銷的上端設置有密封頭，在所述密封頭的底部與所述銷座之間設置有壓簧，每一所述封孔銷下部設置有一開孔銷；所述封孔撥盤總成包括撥盤和壓板；所述撥盤呈倒置的筒狀，所述撥盤底部設置有一中心孔，圍繞所述中心孔設置有與所述煤樣筒底部的撥塊配合的撥扇，所述中心孔內(nèi)壁設置有與所述密封套上撥鍵配合的弧形鍵槽；所述壓板穿入所述撥盤，且通過固定件連接在所述煤樣筒底部的撥塊上；所述變徑接頭的上端與所述封孔撥盤總成的撥盤下端固定連接成一體。所述組合鉆頭包括鉆頭座，所述鉆頭座上設置有中心鉆頭和圍繞所述中心鉆頭的若干小鉆頭。所述密封盤上開設有2 4個入煤孔。本實用新型由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點1、本實用新型由于采用反轉(zhuǎn)密封取樣縮短了取樣過程中煤樣暴露的時間，從而極大的減小了取樣過程的瓦斯損失量，提高了瓦斯含量測量值的準確性。2、本實用新型由于采用上端、下端密封煤樣筒進行瓦斯解吸，瓦斯解吸測試過程中無需轉(zhuǎn)移煤樣筒內(nèi)的煤樣，直接通過快接裝置連接解吸設備進行瓦斯解吸，從而減小了井下解吸測試過程中瓦斯損失，有利于準確測定瓦斯含量。3、本實用新型由于采用外擴、內(nèi)鉆組合鉆頭的形式采集煤樣，因此特別適用于中軟突出煤層直接取樣測量煤層瓦斯含量。4、本實用新型可以廣泛用于煤礦煤層瓦斯含量的測定與檢測過程中。

圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本實用新型處于密封狀態(tài)時的結(jié)構(gòu)示意圖圖3是本實用新型組合鉆頭示意圖圖4是圖1的A-A剖視示意圖圖5是圖2的A-A剖視示意圖圖6是現(xiàn)場實施效果比較圖
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。為敘述方便，下文中的 “上”，“下”與附圖中的上、下方向一致，但是在使用過程中，裝置是橫向使用，“上”的方向是朝向煤層。如圖1所示，本實用新型包括一組合鉆頭1、一煤樣筒2、一密封盤總成3、一密封軸總成4、一封孔撥盤總成5和一變徑接頭6。如圖1、圖3所示，本實用新型的組合鉆頭1包括一筒狀的鉆頭座11，在鉆頭座11 的中心位置設置有一中心鉆頭12，以中心鉆頭12為中心，在鉆頭座11的同一圓周上均勻設置四個小鉆頭13，在鉆頭座11筒壁的頂部均勻設置八個小鉆頭14。鉆頭座11的下端內(nèi)壁
設置有螺紋。如圖1所示，本實用新型的煤樣筒2上端內(nèi)壁設置有一圈凹臺21，煤樣筒2的底部中心設置有一通孔22，煤樣筒2的底面圍繞通孔22設置有三個凸起的楔形撥塊23，楔形撥快23與煤樣筒2是一體成型，每一個楔形撥塊23在其垂向上設置有一螺栓孔M。煤樣筒 2的上端通過其上的外螺紋與組合鉆頭1鉆頭座11下端固定連接成一體。[0018]本實用新型的密封盤總成3包括一環(huán)形壓蓋31和一圓形密封盤32。在密封盤32 的同一圓周上開設有圓形入煤孔33，入煤孔33數(shù)量可以是兩個或四個，下面僅以三個為例進行說明。密封盤32坐落在煤樣筒2的凹臺21上，在密封盤32底部與凹臺21接觸的部位設置有密封橡膠圈34。壓蓋31穿入煤樣筒2壓設在密封盤32上，并通過其上的外螺紋與與煤樣筒2上端固定連接成一體。本實用新型的密封軸總成4包括一空心軸41、一密封套42、一撥鍵43、一快接裝置44和一反轉(zhuǎn)密封總成45?？招妮S41的頂部封閉，軸身上開有若干個直徑2 4mm的排氣孔46。密封套42設置在空心軸41的下部，與空心軸41 一體制作成型，或焊接成一體，密封套42與煤樣筒2的通孔22之間通過密封橡膠圈47密封連接，密封套42的下部外壁設置有一撥鍵43?？旖友b置44通過螺紋連接在密封套42的尾端，快接裝置44末端設置有一可以開關的氣閥48，在外接瓦斯解吸設備進行瓦斯解吸測試之前，氣閥48始終處于關閉狀態(tài)。反轉(zhuǎn)密封總成45位于密封軸總成4的上部，包括三個與空心軸42連接成一體的銷座451，銷座451的數(shù)量可以是兩個或四個，下面僅以三個為例進行說明。在銷座451上穿設有與密封盤32的入煤孔33數(shù)量對應的三個封孔銷452，每一個封孔銷452的上端設置有一個與入煤孔33配合的橡膠錐面密封頭453，在每一個密封頭453的底部與銷座451之間設置有一壓簧454，每一個封孔銷452的底部插設有一開孔銷455，開孔銷455用于防止封孔銷452在壓簧454的作用下從銷座451中彈出。如圖4、圖5所示，本實用新型的封孔撥盤總成5包括一撥盤51和一壓板52。撥盤51呈一倒置的筒狀，筒底中心開設有一中心孔，圍繞中心孔設置有三個與煤樣筒2底部撥塊23配合的撥扇53，中心孔內(nèi)壁上設置有一與密封套42上的撥鍵43配合的弧形鍵槽 54,筒下端內(nèi)壁設置有螺紋。壓板52上開設有三個通孔55，將壓板52穿入撥盤51，使撥盤 51筒底部頂在煤樣筒2底部，然后通過螺栓與煤樣筒2底部的三個撥塊23固定連接在一起，此時，壓板52和撥塊23之間的固定，不影響撥盤51的轉(zhuǎn)動，撥盤51的旋轉(zhuǎn)角度最大為 30°。本實用新型的變徑接頭6通過其上端的外螺紋與撥盤51下端固定連接成一體。本實用新型使用時，包括以下步驟1)將密封軸總成4從煤樣筒2的頂部插入，使密封套42密封連接在煤樣筒2的通孔22中；2)將撥盤51套設在密封套42上，使撥盤51上的三個撥扇53靠在煤樣筒2底部的三個撥塊23側(cè)部，且使密封套42上的撥鍵43插入撥盤51上的弧形鍵槽M中(如圖4 所示)，再將壓板52套設在密封套上，并通過螺栓與煤樣筒2底部的撥塊23固定連接在一起；3)在煤樣筒2上部的凹臺內(nèi)放入密封盤32，使密封頭453位于密封盤32的底部； 再將壓蓋31通過螺紋與煤樣筒2上端內(nèi)壁連接，且壓設在密封盤32上；4)將組合鉆頭1通過螺紋與煤樣筒2上端外壁固定連接，并將變徑接頭6的上端通過螺紋與撥盤51的下端連接；5)先施工鉆孔至預定深度，退出鉆桿，然后將依照步驟1 4安裝好的本實用新型通過變徑接頭6連接至鉆機及鉆桿，送入鉆孔進行定點取樣；[0029]6)鉆機的鉆桿順時針正轉(zhuǎn)，通過變徑接頭6帶動撥盤51轉(zhuǎn)動，撥盤51通過其上的撥扇53推動撥塊23帶動煤樣筒2轉(zhuǎn)動，煤樣筒2又帶動組合鉆頭1上的中心鉆頭12從煤層上取出塊狀煤樣，小鉆頭13、14再將塊狀煤樣打磨成小于20mm的煤屑，煤屑通過密封盤 32敞開的入煤孔33進入煤樣筒2內(nèi)；7)取樣完成后，鉆機逆時針反轉(zhuǎn)，帶動撥盤51轉(zhuǎn)動30° (如圖5所示)，撥盤51 通過弧形鍵槽M與撥鍵43的配合推動密封軸總成4轉(zhuǎn)動，使反轉(zhuǎn)密封總成45上的三個密封頭453在轉(zhuǎn)動過程中被壓簧妨4頂入入煤孔33中，將入煤孔33封閉，煤樣密封完成；8)退出鉆桿，將本實用新型從鉆桿上取下，將快接裝置44的氣閥48打開，并將快接裝置44與外部的瓦斯解吸設備連接，此時，煤樣中的瓦斯氣體便通過空心軸41上的排氣孔46進入空心軸41內(nèi)，接著進入外部的瓦斯解吸設備，進行井下現(xiàn)場瓦斯解吸測試。上述實施例中，為了避免鉆頭發(fā)熱加劇煤樣瓦斯解吸，鉆機的轉(zhuǎn)速應該控制在 60 100r/min以內(nèi)，鉆進行程約為0. 6m lm，取樣時間約為3 5分鐘。上述實施例中，煤樣密封完成后，密封后煤樣筒2內(nèi)的耐壓值最高可以達到 1. 5MPa下面對現(xiàn)場試驗使用本實用新型的測試結(jié)果與使用傳統(tǒng)裝置的測試結(jié)果進行比較?，F(xiàn)場試驗在淮北礦業(yè)集團祁南礦715底板巷M號鉆場進行，根據(jù)煤層突出危險區(qū)域劃分研究結(jié)果，715工作面處于突出危險區(qū)。當鉆孔施工至見煤時，記錄煤樣初始暴漏時間，退出鉆桿；將本實用新型與鉆機連接，送入鉆孔，到取樣位置時，記錄取樣開始時間；開始鉆進取樣，轉(zhuǎn)速保持在60 100轉(zhuǎn)/min，避免鉆頭發(fā)熱加劇煤樣瓦斯解吸，鉆進0. 6m lm， 取樣結(jié)束，鉆機逆時針反轉(zhuǎn)30°以上，完成對所取煤樣的密封，并記錄取樣結(jié)束時間；退出鉆桿及本實用新型，無需轉(zhuǎn)移所取煤樣，直接利用本實用新型的末端快接裝置連接瓦斯解吸設備，記錄開始井下解吸時間，進行井下30min瓦斯解吸。在M號鉆場再施工一個取樣鉆孔，但采用傳統(tǒng)的巖心管取樣法進行瓦斯解吸。反轉(zhuǎn)密封取樣過程煤樣暴露時間5min，井下30min解吸量69細1，常壓自然解吸量為2397ml，煤樣質(zhì)量676. 6g ；傳統(tǒng)巖樣管取樣開始至煤樣裝入煤樣罐開始解吸暴露時間25min，井下30min解吸量Manl，常壓自然解吸量為115^1，煤樣質(zhì)量583. 8g。為便于比較分析，將兩種取樣方式井下30min的解吸量都轉(zhuǎn)換為單位質(zhì)量煤標準狀態(tài)下的解吸量 (如圖6所示)，試驗結(jié)果表明本實用新型取樣井下30min瓦斯解吸量明顯高于傳統(tǒng)巖樣管取樣。由于本實用新型取樣法在退鉆過程中煤樣被密封，在取樣筒內(nèi)煤樣瓦斯解吸，導致煤樣筒內(nèi)氣體壓力上升，因此，現(xiàn)場解吸時初始瓦斯解吸量很大，Imin時的瓦斯解吸量達 0. 7823ml/g,是傳統(tǒng)巖樣管取樣煤樣Imin瓦斯解吸量的34. 6倍。與傳統(tǒng)的巖樣管取樣法相比，使用本實用新型可以極大的縮短煤樣暴露時間，減少取樣過程中瓦斯損失量，從而能夠減小因瓦斯損失量的推算過大而導致的瓦斯含量測量誤差，測量結(jié)果更可靠。上述各實施例僅用于說明本實用新型，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式和制作工藝等都是可以有所變化的，凡是在本實用新型技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本實用新型的保護范圍之外。
權(quán)利要求1.一種反轉(zhuǎn)密封煤樣取樣器，其特征在于它包括組合鉆頭、煤樣筒、密封盤總成、密封軸總成、封孔撥盤總成和變徑接頭，其中所述煤樣筒上端內(nèi)壁設置有凹臺，底部中心設置有通孔，底面圍繞所述通孔設置有若干凸起的撥塊；所述煤樣筒上端與所述組合鉆頭固定連接成一體；所述密封盤總成包括壓蓋和密封盤，所述密封盤上開設有若干入煤孔，所述密封盤坐落在所述煤樣筒的凹臺上，所述壓蓋穿入所述煤樣筒壓設在所述密封盤上，并與所述煤樣筒上端固定連接成一體；所述密封軸總成包括一空心軸、密封套、撥鍵、快接裝置和反轉(zhuǎn)密封總成；所述空心軸的頂部封閉，軸身上開有若干排氣孔；所述密封套設置在所述空心軸下部，密封連接在所述煤樣筒的通孔中；所述撥鍵設置在所述密封套的外壁下部；所述快接裝置連接在所述密封套尾端；所述反轉(zhuǎn)密封總成位于所述密封軸總成上部，包括與所述空心軸連接的銷座；所述銷座上穿設有與所述密封盤上每一所述入煤孔對應的封孔銷，所述封孔銷的上端設置有密封頭，在所述密封頭的底部與所述銷座之間設置有壓簧，每一所述封孔銷下部設置有一開孔銷；所述封孔撥盤總成包括撥盤和壓板；所述撥盤呈倒置的筒狀，所述撥盤底部設置有一中心孔，圍繞所述中心孔設置有與所述煤樣筒底部的撥塊配合的撥扇，所述中心孔內(nèi)壁設置有與所述密封套上撥鍵配合的弧形鍵槽；所述壓板穿入所述撥盤，且通過固定件連接在所述煤樣筒底部的撥塊上；所述變徑接頭的上端與所述封孔撥盤總成的撥盤下端固定連接成一體。
2.如權(quán)利要求1所述的一種反轉(zhuǎn)密封煤樣取樣器，其特征在于所述組合鉆頭包括鉆頭座，所述鉆頭座上設置有中心鉆頭和圍繞所述中心鉆頭的若干小鉆頭。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種反轉(zhuǎn)密封煤樣取樣器，其特征在于所述密封盤上開設有2 4個入煤孔。
專利摘要本實用新型涉及一種反轉(zhuǎn)密封煤樣取樣器，本實用新型包括組合鉆頭、煤樣筒、密封盤總成、密封軸總成、封孔撥盤總成和變徑接頭；組合鉆頭與煤樣筒上端連接，密封盤總成的壓盤將密封盤壓設在煤樣筒的凹臺上，密封盤上開設有入煤孔，密封軸總成的密封套密封連接在煤樣筒的通孔中，封孔撥盤總成的撥扇通過與煤樣筒底部的撥塊的配合帶動煤樣筒轉(zhuǎn)動，弧形鍵槽通過與密封套上的撥塊的配合帶動密封軸總成轉(zhuǎn)動，整個取樣器通過變徑接頭連接至鉆桿，當鉆機反轉(zhuǎn)時，密封頭進入密封盤的入煤孔，完成煤樣密封，煤樣中的瓦斯通過通過密封軸總成末端的快接裝置進入瓦斯解吸設備，進行井下現(xiàn)場瓦斯解吸測試。本實用新型可以廣泛應用于煤礦煤層瓦斯含量的測定與檢測過程中。
文檔編號G01N1/08GK202177524SQ201120263569
公開日2012年3月28日 申請日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者于猛, 宋壽江, 郭銀龍, 陳紹杰 申請人:華北科技學院