一种用于破碎煤岩体试样的标准取芯装置及施工方法与流程

本发明属于钻孔取芯技术领域，特别涉及一种用于破碎煤岩体试样的标准取芯装置及施工方法。

背景技术：

目前，地下工程所面临的大多数是破碎岩体，尤其是地下采矿工程当中的，随着开采条件的复杂化，越来越多的松散破碎煤岩体巷道产生大变形，稳定性极差。为了更深入地研究这种破碎煤岩体的力学特性，以便给巷道支护提供基础数据，需要获取一些岩体样品进行力学试验。一般来讲，主要借助钻孔取芯取出相应样品再进行加工，但是，从现有取芯技术来看，目前较多的取芯钻机主要适用于各种硬岩或岩性较为完善的岩体中，而对于破碎煤体或者岩体等的取样，尤其是要保持原位煤岩体物理力学特性是非常困难的。

因此，为了解决破碎煤岩体取样难和失真程度大等问题，在不破坏样品本身状况的情况下完好地取出破碎煤岩体，形成标准试件，直接为岩石力学实验所用，本专利提供一种专门获取破碎煤岩体试件的标准取芯装置及施工方法。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单，操作方便，能确保煤样现场状况的完整性，还能确保取出的岩芯不漏出、不挤压、不破坏的用于破碎煤岩体试样的标准取芯装置及施工方法。

本发明采用的技术方案是：一种用于破碎煤岩体试样的标准取芯装置，包括取芯钻杆、取芯套筒、取芯钻头及取芯封口机构；所述取芯钻杆的前端与取芯套筒的后端连接；所述取芯套筒为空心圆柱筒结构，取芯套筒的前端与取芯钻头连接，所述取芯钻头为空心钻头；所述取芯封口机构位于取芯套筒内，能够对取芯后的取芯钻头中心孔封堵。

上述的用于破碎煤岩体试样的标准取芯装置中，所述的取芯封口机构，包括两个控制杆、两个弹簧助力器及两个半圆环切齿挡片；所述的两个弹簧助力器对称设置在取芯套筒侧壁上，位于取芯套筒底部；弹簧助力器包括销轴及套装在销轴上的弹簧，销轴的外端与取芯套筒侧壁螺接；所述的取芯套筒侧壁上设有两个控制杆孔，两个控制杆孔分别与两个弹簧助力器的销轴孔连通，控制杆孔沿取芯套筒轴线设置；控制杆插装在控制杆孔内，控制杆朝向销轴的一端设有卡槽，卡槽卡在销轴上，弹簧的内端与控制杆接触；所述的两个半圆环切齿挡片置于取芯钻头上端面上，弹簧能够推动两个半圆环切齿挡片堵住取芯钻头的中心孔。

上述的用于破碎煤岩体试样的标准取芯装置中，所述的控制杆孔后端处设有内螺纹，所述的控制杆后端设有凸缘，空心螺帽套在控制杆上，空心螺帽与控制杆孔螺接后，能够卡住控制杆后端的凸缘，防止控制杆在钻进时退出。

上述的用于破碎煤岩体试样的标准取芯装置中，所述的个半圆环切齿挡片相对端设有锯齿状的切削刃。

上述的用于破碎煤岩体试样的标准取芯装置的施工方法，包括以下步骤：

1）取芯钻杆、取芯钻头、取芯套筒的选取：

首先根据不同煤矿的地质特征和现场情况，选取合理安全的取芯钻头和取芯钻杆，然后根据取芯体积的需要选择取芯套筒；

2）取芯封口机构的组装：

设置取芯封口机构，取芯封口机构设置在取芯套筒底部，首先需要在取芯套筒内钻出两个圆柱中空筒用于控制杆的放置，然后将控制杆插入取芯套筒中并与底部销轴卡好，使得销轴上的弹簧处于压缩状态，最后让半圆环切齿挡片依次紧贴弹簧助力器；

3）取芯装置钻进操作：

将取芯套筒后端与取芯钻杆连接，取芯套筒前端与取芯钻头连接，待取芯套筒连接好取芯钻杆和取芯钻头后，将取芯钻头平稳对准要钻取的位置开启电机匀速钻进，使得煤样随取芯钻头切割进入取芯套筒内部，当钻进面快接近取芯钻杆时，停止电机，准备进行煤样取出；

4）岩芯取出：

停止电机后，抽出取芯套筒内的控制杆，使弹簧杆释放推动半圆环切齿挡片向里并合，然后继续开启电机慢速钻动，并同步回抬整个取芯装置，抬回的过程中由于电机的运行，取芯封口机构切掉多余的煤样，直至两半圆环切齿挡片吻合，最后关闭电机，取下取芯钻杆，用收集装置从取芯套筒内倒出封堵好的煤样。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明的用于破碎煤岩体试样的标准取芯装置结构简单，操作简便，可随意搭配各种类型的取芯钻头，钻取方便。

2.发明的用于破碎煤岩体试样的标准取芯装置能有效的利用取芯封口机构实现对煤样底部的封堵，封口机构采用对开式半圆环切齿挡片，并利用切齿状可以环切煤样，先卡再切，不需要借助太多的外力就可以实现煤样的完整形态保留。

附图说明

图1为本发明的用于破碎煤岩体试样的标准取芯装置的结构示意图。

图2为本发明的取芯封口机构的结构示意图。

图3为本发明的取芯封口机构的剖面图。

图4为本发明的用于破碎煤岩体试样的标准取芯装置施工示意图。

图5为本发明的取芯封口机构的控制杆后端处的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1-4所示，本发明的用于破碎煤岩体试样的标准取芯装置，包括取芯钻杆1.1、取芯套筒2、取芯钻头4.1及取芯封口机构；所述取芯钻杆1.1的前端与取芯套筒2的后端螺纹连接。所述取芯套筒2为空心圆柱筒结构，取芯套筒2的前端与取芯钻头4.1连接，所述取芯钻头4.1为空心钻头。

所述的取芯封口机构包括两个控制杆3.1、两个弹簧助力器3.2及两个半圆环切齿挡片3.3。所述的两个弹簧助力器3.2对称设置在取芯套筒2的侧壁上，位于取芯套筒2底部。弹簧助力器3.2包括销轴及套装在销轴上的弹簧，销轴的外端与取芯套筒侧壁螺接。所述的取芯套筒2的侧壁上设有两个控制杆孔2.1，两个控制杆孔2.1分别与两个弹簧助力器的销轴孔连通，控制杆孔2.1沿取芯套筒2的轴线设置。控制杆3.1插装在控制杆孔2.1内，控制杆3.1朝向销轴的一端设有卡槽，卡槽卡在销轴上，弹簧的内端与控制杆3.1接触，控制杆3.1使得弹簧处于压缩状态。所述的两个半圆环切齿挡片3.3置于取芯钻头4.1上端面上，弹簧能够推动两个半圆环切齿挡片3.3堵住取芯钻头4.1的中心孔。所述的个半圆环切齿挡片3.3相对端设有锯齿状的切削刃，用于切掉多余的岩芯。

如图5所示，所述的控制杆孔2.1后端处设有内螺纹，所述的控制杆3.1后端设有凸缘3.5，空心螺帽3.4套在控制杆3.1上，空心螺帽3.4与控制杆孔2.1螺接后，能够压住控制杆3.1后端的凸缘3.5，防止控制杆3.1在钻进时退出。

上述的用于破碎煤岩体试样的标准取芯装置的施工方法，包括以下步骤：

1）取芯钻杆1.1、取芯钻头4.1、取芯套筒2的选取：

首先根据不同煤矿的地质特征和现场情况，选取合理安全的取芯钻头4.1和取芯钻杆1.1，然后根据取芯体积的需要选择取芯套筒2。

2）取芯封口机构3的组装：

再选择好取芯套筒2后，开始设置取芯封口器3，整个装置设置在取芯套筒2底部，首先需要在取芯套筒2内钻出两个圆柱中空筒用于控制杆3.1的放置，然后将控制杆3.1插入取芯套筒中并与底部销轴卡好，使得销轴上的弹簧处于压缩状态，最后后让半圆环切齿挡片3.3依次紧贴弹簧助力器。

3）取芯装置钻进操作：

取芯套筒2的前后端分别设有螺纹卡槽，后部卡槽1.2连接取芯钻杆1.1，前部卡槽4.2连接取芯钻头4.1，待取芯套筒2分别螺旋好取芯钻杆1.1和取芯钻头4.1后，将取芯钻头4.1平稳对准要钻取的位置开启电机匀速钻进，使得煤样随钻头切割进入取芯套筒2内部，当钻进面快接近取芯钻杆1.1时，停止电机，准备进行煤样取出。

4）岩芯取出：

停止电机后，抽出取芯套筒2内的控制杆3.1，使弹簧杆3.2释放推动半圆环切齿挡片3.3向里并合，然后继续开启电机慢速钻动，并同步回抬整个取芯装置，抬回的过程中由于电机的运行，半圆环切齿挡片3.3发挥作用切掉多余的煤样，直至两半圆环切齿挡片3.3吻合，最后关闭电机，取下取芯钻杆1.1，用收集装置从取芯套筒2内倒出封堵好的煤样。