本發(fā)明屬于煤礦安全防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種液氮制冷式煤瓦斯取樣器，適用于煤田開發(fā)過程中對(duì)含瓦斯煤進(jìn)行定點(diǎn)取樣。

背景技術(shù)：

中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 106124243 A于2016年11月16日公開了一種煤層瓦斯含量測(cè)定超前冷凍取樣方法，它包括步驟：1)、采用繩索取芯鉆具鉆進(jìn)至距離目標(biāo)煤層表面0 .2m左右停止鉆進(jìn)作業(yè)；2)、將流體輸送管通過鉆桿中心下放到鉆孔內(nèi)，并使流體輸送管的端部接近鉆孔底部；3)、從地面通過液氮泵將低溫流體通過流體輸送管持續(xù)泵入到鉆孔底部，使鉆孔底部以下3-5m區(qū)域冷凍至零度以下的凍結(jié)狀態(tài)；4)、提出流體輸送管，再下入繩索取芯鉆具的取芯器，快速進(jìn)行取芯鉆進(jìn)操作；5)、鉆進(jìn)3m時(shí)，停止鉆進(jìn)作業(yè)，快速將取芯器提至地表，并迅速將樣品裝入密封罐中。該方法能保證煤層巖心樣品在鉆進(jìn)、運(yùn)移過程中不發(fā)生解吸逸散，可保持煤層樣品的瓦斯原位含量狀態(tài)。

但是，該專利的操作過程繁瑣，煤層巖心的取樣時(shí)間較長(zhǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種自動(dòng)補(bǔ)冷的液氮制冷式煤瓦斯取樣器，它能簡(jiǎn)便、快捷地鉆取獲得低溫冷凍結(jié)冰封存含瓦斯煤樣品，避免取樣過程中的瓦斯損失量，保證煤層瓦斯含量測(cè)量精度。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，它包括有外接頭、鉆管和鉆頭，外接頭開有芯孔，外接頭和鉆頭套接在鉆管兩端口，在鉆管內(nèi)部從外接頭到鉆頭依次裝有液氮補(bǔ)冷控制機(jī)構(gòu)、液氮儲(chǔ)存器和保溫取樣器；保溫取樣器內(nèi)腔與鉆頭中心管對(duì)接連通，以灌滿煤層巖心樣品，保溫取樣器的殼層間設(shè)有液氮冷卻流道；液氮儲(chǔ)存器用于盛裝液氮，液氮儲(chǔ)存器底座與保溫取樣器蓋帽螺紋連接，在保溫取樣器蓋帽中設(shè)有用于液氮流通、并與液氮冷卻流道連通的T型孔；液氮儲(chǔ)存器蓋帽與內(nèi)接頭空腔套接，內(nèi)接頭空腔裝有液氮補(bǔ)冷控制機(jī)構(gòu)，內(nèi)接頭圓柱端與外接頭芯孔的軸向端螺紋連接，外接頭芯孔為十字孔，外接頭側(cè)邊的兩個(gè)十字孔口接通鉆管內(nèi)壁縫隙，鉆管內(nèi)壁縫隙連通鉆頭中心管；

所述液氮補(bǔ)冷控制機(jī)構(gòu)包括蓄電池、控制器、溫度傳感器和電磁控制閥，蓄電池和控制器固定于內(nèi)接頭空腔內(nèi)底，溫度傳感器固定在保溫取樣器上，溫度傳感器通過信號(hào)傳輸線連接控制器；

電磁控制閥安裝在液氮儲(chǔ)存器蓋帽上，電磁控制閥的入口與液氮儲(chǔ)存器內(nèi)腔相通，電磁控制閥的出口通過管線與液氮儲(chǔ)存器底座上的通孔連通，控制器的控制信號(hào)線連接電磁控制閥。

本發(fā)明的工作過程是，在仰孔鉆進(jìn)取樣時(shí)：

步驟1、首先將本發(fā)明安裝在鉆具底端，預(yù)先設(shè)置控制器的起始工作時(shí)間，取樣鉆進(jìn)過程中，液氮補(bǔ)冷控制機(jī)構(gòu)不工作，鉆井液通過外接頭芯孔、鉆管內(nèi)壁縫隙和鉆頭中心管進(jìn)入孔底；

步驟2、到控制器預(yù)先設(shè)置的起始工作時(shí)間時(shí)，取樣鉆進(jìn)停止，在控制器的控制下使電磁控制閥打開，液氮儲(chǔ)存器的液氮由于重力作用流入管線，在管線中吸熱相變成為氮?dú)?，相變后的氮?dú)膺M(jìn)入到液氮儲(chǔ)存器中，使液氮儲(chǔ)存器中壓力升高，液氮儲(chǔ)存器的液氮由于壓力作用進(jìn)入到T型孔中，流入保溫取樣器的液氮冷卻流道，當(dāng)溫度傳感器的溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，控制器控制電磁控制閥關(guān)閉，停止向保溫取樣器提供液氮，液氮相變吸熱實(shí)現(xiàn)對(duì)保溫取樣器內(nèi)腔中樣品的冷凍，液氮相變后產(chǎn)生的氮?dú)馔ㄟ^排氣孔排出；

步驟3、當(dāng)溫度傳感器處溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，控制器控制電磁控制閥打開，重復(fù)步驟2，使液氮冷卻流道始終充滿液氮，保持對(duì)保溫取樣器中樣品的持續(xù)冷凍，直至取到地表進(jìn)行人工處理。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)便、快捷地凍結(jié)冰封含瓦斯煤樣品中的瓦斯氣體，且自動(dòng)補(bǔ)冷以控制樣品冷凍，減少了取樣過程中的瓦斯損失量，提高了煤層瓦斯含量測(cè)量精度。

附圖說明

本發(fā)明的附圖說明如下：

圖1為本發(fā)明在仰孔鉆進(jìn)取樣時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中的保溫取樣器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1中的液氮儲(chǔ)存器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明在下向孔鉆進(jìn)取樣時(shí)的液氮儲(chǔ)存器結(jié)構(gòu)圖。

圖中：1.外接頭；11.芯孔；2.鉆管；21.鉆管內(nèi)壁縫隙；3.內(nèi)接頭；31.內(nèi)接頭空腔；

4.液氮補(bǔ)冷控制機(jī)構(gòu)；41.蓄電池；42.控制器；43.溫度傳感器；44.信號(hào)傳輸線；45. 電磁控制閥；46. 管線；

5. 液氮儲(chǔ)存器；51.液氮儲(chǔ)存器內(nèi)腔；52. 液氮儲(chǔ)存器底座；53. 通孔；54.液氮儲(chǔ)存器蓋帽；55. 桶形內(nèi)缸；56. 管狀外缸；57. 導(dǎo)管；58. 滑動(dòng)活塞；

6.保溫取樣器；61.保溫取樣器內(nèi)腔；62.液氮冷卻流道；63. 保溫取樣器蓋帽；64. T型孔；65. 內(nèi)管；66. 外管；67. 取芯管；68. 保溫取樣器底座；69. 排氣孔；

7.鉆頭；71.鉆頭中心管。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

如圖1所示，本發(fā)明包括有外接頭1、鉆管2和鉆頭7，外接頭1開有芯孔11，外接頭1和鉆頭7套接在鉆管2兩端口，在鉆管2內(nèi)部從外接頭1到鉆頭7依次裝有液氮補(bǔ)冷控制機(jī)構(gòu)4、液氮儲(chǔ)存器5和保溫取樣器6；保溫取樣器內(nèi)腔61與鉆頭中心管71對(duì)接連通，以灌滿煤層巖心樣品，保溫取樣器6的殼層間設(shè)有液氮冷卻流道62；液氮儲(chǔ)存器5用于盛裝液氮，液氮儲(chǔ)存器底座52與保溫取樣器蓋帽63螺紋連接，在保溫取樣器蓋帽63中設(shè)有用于液氮流通、并與液氮冷卻流道62連通的T型孔64；液氮儲(chǔ)存器蓋帽54與內(nèi)接頭空腔31套接，內(nèi)接頭空腔31內(nèi)裝有液氮補(bǔ)冷控制機(jī)構(gòu)4，內(nèi)接頭3圓柱端與外接頭芯孔11的軸向端螺紋連接，外接頭芯孔11為十字孔，外接頭側(cè)邊的兩個(gè)十字孔口接通鉆管內(nèi)壁縫隙21，鉆管內(nèi)壁縫隙21連通鉆頭中心管71；

所述液氮補(bǔ)冷控制機(jī)構(gòu)4包括蓄電池41、控制器42、溫度傳感器43和電磁控制閥45，蓄電池41和控制器42固定于內(nèi)接頭空腔31內(nèi)底，溫度傳感器43固定在保溫取樣器6上，溫度傳感器43通過信號(hào)傳輸線44連接控制器42；

電磁控制閥45安裝在液氮儲(chǔ)存器蓋帽53上，電磁控制閥45的入口與液氮儲(chǔ)存器內(nèi)腔51相通，電磁控制閥45的出口通過管線46與液氮儲(chǔ)存器底座52上的通孔53連通，控制器42的控制信號(hào)線連接電磁控制閥45。

如圖2所示，上述的保溫取樣器6包含由內(nèi)管65與外管66焊接構(gòu)成真空保溫層，內(nèi)管66用螺紋套接在保溫取樣器蓋帽63的前端大圓臺(tái)上，取芯管67置于內(nèi)管65內(nèi)，取芯管67與保溫取樣器蓋帽63的小圓柱端用螺紋連接，取芯管67與內(nèi)管65間的中空部構(gòu)成液氮冷卻流道62，保溫取樣器蓋帽63中心處開有連通液氮儲(chǔ)存器5的T型孔64，保溫取樣器底座68的內(nèi)壁用螺紋套接取芯管67口部外圓周上，保溫取樣器底座68的端面與內(nèi)管65和外管66前端焊接，溫度傳感器43嵌入保溫取樣器底座68中的與液氮冷卻流道62位置對(duì)應(yīng)的鉆孔內(nèi)，保溫取樣器底座68上還開設(shè)有與液氮冷卻流道62連通的排氣孔69。

如圖3所示，上述液氮儲(chǔ)存器5包括桶形內(nèi)缸55和管狀外缸56，桶形內(nèi)缸55位于管狀外缸56內(nèi)部，桶形內(nèi)缸55的口部與液氮儲(chǔ)存器底座52焊接連接，管狀外缸56兩端口分別與液氮儲(chǔ)存器底座52和液氮儲(chǔ)存器蓋帽54焊接連接，桶形內(nèi)缸55與管狀外缸56之間的空隙構(gòu)成真空保溫層，在液氮儲(chǔ)存器內(nèi)腔51內(nèi)，有一導(dǎo)管57自液氮儲(chǔ)存器底座52伸入桶形內(nèi)缸55內(nèi)底，導(dǎo)管57與保溫取樣器蓋帽63的T型孔64相連通。

在下向孔鉆進(jìn)取樣時(shí)，液氮儲(chǔ)存器內(nèi)腔51內(nèi)的液氮積存在液氮儲(chǔ)存器底座52一邊，導(dǎo)管口部和電磁控制閥的入口不能接觸液面，一方面無法向保溫取樣器輸送低溫液氮，另一方面與電磁控制閥相接的管線46不能獲得吸熱相變的液氮。

為克服該問題，如圖4所示，在液氮儲(chǔ)存器的桶形內(nèi)缸55安裝有滑動(dòng)活塞58。滑動(dòng)活塞58將液氮儲(chǔ)存器內(nèi)腔51分成兩部分，面向電磁控制閥45一側(cè)的腔體為液氮儲(chǔ)存部分，管線中吸熱相變的氮?dú)?，從滑?dòng)活塞58另一側(cè)推壓滑動(dòng)活塞58，使液氮受壓向?qū)Ч芸诓亢碗姶趴刂崎y的入口溢流。