[发明专利]一种煤矿井下一体化测定瓦斯含量的定点取样装置及方法

说明书

一种煤矿井下一体化测定瓦斯含量的定点取样装置及方法，包括取样管及固定在取样管一端的截割头；截割头上有截割齿(5)和导流槽(6)，进煤孔(7)开设在截割头的中心位置；锥形螺纹密封(3)固定在取样管内部，中空结构的导杆(4)内腔与样品罐(9)连通，且样品罐与取样管通过滑动密封圈密封，导杆穿接在锥形螺纹密封内部，且导杆上内孔道(2)处的外径与锥形螺纹密封的内径过盈配合，弹簧(8)的一端抵接在锥形螺纹密封上，另一端抵接在样品罐上，在弹簧的处于压缩状态时，导杆远离样品罐的一端始终与进煤孔贴合；本发明可以实现煤层原位快速定点取样，并可将样品在密封状态下破碎，实现井下精准定点取样和瓦斯含量测定的一体化。

技术领域

本发明涉及一种取样装置，具体是一种煤矿井下一体化测定瓦斯含量的定点取样装置及方法，属于煤矿参数测定技术领域。

背景技术

煤层瓦斯含量直接测定是煤矿瓦斯灾害防治工作中的主要组成部分，对于了解煤层内部瓦斯赋存情况具有重要意义。煤样取样装置是瓦斯含量测量环节中用于解吸瓦斯量测定的常用设备。传统的测定工作，大多是先使用螺旋取样钻杆取得煤样，并在孔口接取煤样，放入密封罐后带至实验室粉碎后进行解吸测定。这种方法一方面成本消耗大、耗时长，另一方面不能准确定点采集所需位置煤样。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤矿井下一体化测定瓦斯含量的定点取样装置及方法，可以实现煤层原位快速定点取样，并保持密闭，并可将样品在密封状态下进行破碎，测量样品瓦斯含量，提高定点取样准确性，大幅减少取样过程中瓦斯散失，实现井下定点取样和瓦斯含量测定的一体化。

为了实现上述目的，本发明提供一种煤矿井下一体化测定瓦斯含量的定点取样装置，包括取样管以及固定在取样管一端的截割头；还包括锥形螺纹密封、导杆和弹簧，在截割头上设有截割齿和导流槽，进煤孔开设在截割头的中心位置；锥形螺纹密封固定在取样管内部，中空结构的导杆与样品罐连通后设置在取样管内部，且样品罐与取样管之间通过滑动密封圈密封，导杆穿接在锥形螺纹密封内部，且导杆上内孔道处的外径与锥形螺纹密封的内径过盈配合，弹簧的一端抵接在锥形螺纹密封上，弹簧的另一端抵接在样品罐上，当弹簧的处于压缩状态时，导杆远离样品罐的一端始终与进煤孔贴合，进煤孔关闭；当放松钻杆推挤力时，导杆向远离截割头的方向滑动，进煤孔打开；样品罐底部装设有刀片，刀片轴的内孔里安装有气门芯，底座通过螺纹与样品罐旋接。

为了加快导杆内部的进煤量，本发明在导杆上开设有相对的两个内孔道。

截割头为锥形截割头，材料为金刚石复合片。

弹簧的材料为不锈钢，螺距10mm，线径12mm，弹簧外径60mm，弹簧长度140mm，最大可支承压力大于等于200kg。

样品罐单次可装煤样至少为1000g，耐压高于5MPa。

气门芯采用美式气门。

一种煤矿井下一体化测定瓦斯含量的定点取样方法，包括以下步骤：

①采用普通打钻工艺，使用煤矿普通钻头、钻杆，钻进至待取样点前方5m左右，形成底孔，然后退出钻杆、钻头；

②将普通钻头取下，安装取样装置，将取样装置的底座与钻杆连接，再把装好的取样装置重新放入底孔；

③截割头在步骤①底孔的基础上继续掘进3-4m，钻杆钻进过程中导杆所受的推力大于弹簧的反弹力，弹簧处于压缩状态，故导杆始终与进煤孔贴合，从而封堵住进煤孔，此阶段钻下的煤样经截割头外部导流槽排出；

④截割头到达取样部位后，适当放松钻杆推挤力，继续钻进1-2m，此时导杆所受的推力小于弹簧的反弹力，弹簧缓慢回弹，在弹簧回弹力的作用下，导杆向远离截割头的方向滑动，进煤孔打开，此阶段煤样从截割头的进煤孔流入并挤入导杆上的内孔道，最终通过导杆内腔流入取样装置内的样品罐；