[发明专利]一种煤层定点封闭取样的打钻-取样一体化装置

说明书

本发明公开了一种煤层定点封闭取样的打钻‑取样一体化装置，包括前端面设有钻头破煤机构的钻头筒体，钻头筒体后端的端盖将其内腔分为后腔与前腔，钻头筒体的筒壁内开有若干连通后腔的水气通道，钻头筒体的前腔内设有能够前后滑动的取样仓，取样仓后端固定有液压杆，液压杆远离取样仓的一端连通有进液软管，取样仓前端设有能够盖合密封的且截面呈梯形的密封盖，取样仓的腔体中部还设固定支架，固定支架与密封盖之间连接有弹簧，钻头筒体前端开有若干用于煤样进入的梯形孔，前端盖的前端面通过连杆固定有与梯形孔适配的堵头，本装置打完钻孔后无需更换钻头，能够实现打钻后定点取样，样品处于封闭的取样仓内，解决了煤层高效定点取样的问题。

技术领域

本发明涉及用于煤矿开采领域，具体涉及一种煤层定点封闭取样的打钻-取样一体化装置。

背景技术

煤矿瓦斯基础参数的测定是认识煤矿赋存特性的基础，而准确有效地采取煤样，是准确测定煤层瓦斯基础参数的前提条件。目前，煤层瓦斯含量井下直接测定方法主要采用解吸法，具体过程分为三步[1]:第一步通过石门或岩石巷道打钻孔至煤层采集煤样，或者在本煤层打深钻孔至煤层内部采集煤样；第二步井下自然解吸瓦斯量测定；第三步实验室残存瓦斯含量测定。其中第二步、第三部步理论成熟，如能严格按照标准执行，对瓦斯含量测值产生的影响很小，可忽略不计。

步骤一涉及定点取样方式合理性及瓦斯损失量的计算科学性是瓦斯含量测值误差的主要来源。现场取样方式主要有孔口接样法和煤心取样法，孔口接样法便于操作，现场应用较多，但其最大的问题在于无法实现定点取样，孔口接住的煤粉是来自取样时刻的钻头处，还是钻孔形成过程中之前钻进过程中遗留的部分煤粉，无法分辨，也无法准确统计这些煤粉暴露的时间。

煤芯取样法一般是在取样钻孔施工完毕后，快速退出钻具并将取芯管送至孔底钻进取芯，取样时依靠取芯管与煤层的摩擦钻进完成取样，取样完成后退出钻杄并取出煤样装入特制的煤罐内。该方法能实现定点取煤样，但操作复杂，对于较深的钻孔，从打钻完成，卸钻杆，换取煤芯钻头，装钻杆，用时远超过《GBT 23250煤层瓦斯含量井下直接测定方法》中规定的5分钟，期间瓦斯逸散量难以正确计算，并且在松软煤层中，取得完整煤芯较为困难，该方法实际应用较少。

因此，设计一种无需更换的打钻、取样一体化钻头，直接打钻后定点取样，并进行封闭，是解决高效煤层定点取样问题的关键。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种煤层定点封闭取样的打钻-取样一体化装置，其在打完钻孔后无需更换钻头，实现了打钻后定点取样，并将样品进行封闭，减少煤样中瓦斯的解析损失，解决了煤层高效定点取样的难题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种煤层定点封闭取样的打钻-取样一体化装置，包括前端面设有钻头破煤机构和钻头刀齿的钻头筒体，所述钻头筒体后端螺纹连接有端盖将其内腔分为后腔与前腔，所述钻头筒体的筒壁内开有若干连通后腔且贯穿其前端面的水气通道，所述水气通道位于前端的出口处连接有喷嘴；

所述钻头筒体的前腔内设有能够前后滑动的取样仓，所述取样仓后端固定有液压杆，所述液压杆远离取样仓的一端连通有进液软管，所述进液软管的进液端穿过端盖并伸出钻头筒体之外，所述取样仓内壁上设有若干起到煤样导向作用的螺旋叶片，所述取样仓前端设有能够盖合密封的且截面呈梯形的密封盖；

所述取样仓的腔体中部还设有固定支架，所述固定支架与密封盖之间连接有弹簧，所述钻头筒体前端开有若干用于煤样进入的梯形孔，所述密封盖的前端面设有若干连杆，所述连杆远离密封盖的一端固定有与梯形孔适配的能够对其起到封堵作用的堵头，所述密封盖的前端中部还设有顶杆。

优选地，所述固定支架为“十”字形状或者“一”字形状,其留有供煤样穿过的空间。

优选地，所述弹簧嵌套在一个能够伸缩的保护套筒内部，所述保护套筒的两端分别固定在固定支架和密封盖上。