一种煤矿井下联动密封保压取芯装置

本发明涉及到煤炭开采复杂背景后的井下煤屑瓦斯含量测定安全防治，具体为井下用定点煤层煤屑保压取芯工具。

背景技术：

1、我国一直以来都是世界上的开采大国，长期以来煤炭行业的发展，一直受到国家高度重视和社会的广泛关注。近两年，国家也加大了煤炭资源开采与开发管理力度。煤炭是我国消耗的主体能源，且在未来相当长的时期内煤炭都将作为主体能源。煤炭工业是关系国家经济命脉能源安全的重要基础产业。然而煤炭中的瓦斯一直是制约我国煤炭安全生产的重大难题，由瓦斯引起的煤与瓦斯冲突瓦斯爆炸事故长期对人民的财产安全构成了巨大威胁，也影响了煤矿的正常生产，瓦斯爆炸事故会造成大范围大程度的危害。煤层瓦斯含量也是预测煤层瓦斯突出危险性的重要参数之一。所以煤层瓦斯含量测定工作是一切瓦斯防治措施的基础，具有不可替代的重要地位。煤层瓦斯含量测定的准确性不但制约着矿井瓦斯危险性预测的可靠性，而且将影响以此为依据而制定的瓦斯综合防治措施的有效性和经济性。煤层中瓦斯含量是引起矿井下瓦斯突出的直接因素，当煤层中的瓦斯含量达到一定的数值，煤层才会具有突出的可能性，有效的解决于煤矿瓦斯的灾害防治，才能保障煤炭安全的高效开采。而对于煤矿瓦斯突出的预防与治理的关键在于快速准确测定预测煤层的瓦斯含量。

2、目前对于定点煤屑取样以及瓦斯含量保压保温检测样技术，现有煤炭取芯技术的问题主要包括：1、取样和钻进无法同时开展和进行；2、取样时间长，装置保压密封性较差，导致取样过程中瓦斯的泄漏，使得含量的测定不够准确；3、取样量较少，煤样中瓦斯含量较难准确测定；4、煤炭取样多为取煤屑，煤样粉碎程度较高，瓦斯在井下即逸散。上述原因会造成瓦斯含量测定不准确，影响煤矿井下实际瓦斯危险程度的评定和后续开采煤炭的安全。为解决上述问题，设计发明了此井下用煤屑定点保压取芯工具

技术实现思路

1、本设计发明的目的是为了解决上述背景技术所提出现如今所存在的一系列问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：井下用煤屑定点取样工具，包括光面钻杆，液压动力装置，取样桶机械传动装置，齿条取样筒结构、齿轮球阀机构。

3、钻杆选择光面钻杆，钻杆连接母接头与钻杆连接公接头分别设置在光面钻杆的两端位置，该钻杆公接头与其他普通钻杆相连，连接母接头与金刚石取芯钻头相接。

4、动力装置为仿液压结构。在该装置的掘进过程中，外部通入较低的水压，此时低压水流无法将带弹簧的锥形橡胶塞冲下外套管的平面，则水流会经由外套管的镂空孔洞冲到钻头处，以此排开粘附在掘进过程中的不需要的煤；在该装置的取样过程前，外部短暂的通入一定的高压水，该高压水流冲击带弹簧的锥形橡胶塞使其被水压压到取样桶密封平面上，因此高压水流会被引流到取样桶密封端表面上，并使固定取样桶和齿条板的螺栓冲断，使取样桶和齿条板移动，再通过齿条套筒相连的锥型水压防漏塞装置，通过高压水压冲击锥型水压防漏塞以达到带动齿条取芯筒向下运动的目的，所述动力装置为取样钻杆的取样工作提供工作动力；

5、机械传动装置，包括齿条板，取样桶，挂环，齿轮球阀。所述齿条套筒由一个挂环和一对齿条板组成、齿条紧贴悬挂在取芯筒两边，并通过挂环浮动固定在取芯桶外部；而齿轮球阀则是一由与上述齿条可以完全配合的不完全齿轮和一球阀球体连接组成的齿轮球阀。通过动力装置提供工作动力，将锥形水压防漏塞子推至向下运动从而带动取芯筒向下运动，套筒两侧的齿条与球阀上的齿轮配合进行传动，从而带动球阀的转动，实现取样、密封的要求。

6、取样装置，为取芯筒、球阀以及钻头的向前钻进，球阀的旋转以及套筒的移动将煤样推进套筒中然后通过球阀的旋转进行密封，取样筒由于高压水流压力推动下向下移动，定位销钉在取样筒的移动下被剪断。齿条上连着一环紧扣悬挂在取芯筒两侧，当到达煤屑取样指定位置时，钻头继续前进，首先齿条取样筒下降，取样筒两侧的齿条下降与球阀两侧的的不完全齿轮啮合带动球阀旋转，经严格计算与设计，球阀旋转到打开通孔，取样筒紧密贴合在球阀表面上，以达到取样的目的。

7、防取样筒滑移装置，提出一种防滑动锁闩，由锁闩板和锁闩弹簧组成，取样筒边缘卡到锁闩机构下方，防止取样筒滑移。

8、取样密封装置,通过套筒的移动通过齿条与齿轮的啮合带动球阀的转动等取样结束，球阀不通的一面即紧贴带有橡胶圈的套筒以实现密封，而设置的球阀端座通过垫片辅助弹簧连接的球阀浮动垫片抵住球阀，以达到可以有活动空间的目的从而得到更好密封性

9、齿条保护装置，通过设置的球阀端座，使齿条运动到球阀端座和内挂筒之间，防止齿条晃动损坏，里边还设置有齿条保护滑套，保护卡在里边的齿条。

10、与现有技术相比，本发明的有益效果是：该发明的煤样采集是在密闭条件下进行的，且最后取到的煤样为整块的煤芯，减少了煤样内瓦斯含量的逸散，该煤样采集装置操作简单、适用性强、维护简单、安全高效，实现了在钻杆钻进的同时采集煤样，且能保证煤样在采集过程中处于密闭状态，有效抑制了煤样中的瓦斯逸散，有效提高了煤矿井下瓦斯情况检测的准确性。

技术特征：

1.此井下用煤屑定点取样工具，其主要特征在于：包括动力装置、机械传动装置、取样装置、套筒齿条结构、齿轮球阀机构、通水结构、取样装置、开槽光面钻杆、以及取芯钻头；普通管螺纹分别别在光面钻杆的两端位置；

2.根据权利要求1所述的井下用煤屑定点取样工具，其特征在于：提出的齿条套取芯筒机构，由凸缘式双排齿条链与取芯筒的连接悬挂方式。

3.根据权利要求1所述的井下用煤屑定点取样工具，其特征在于：提出的齿轮球阀机构，由不完全齿轮与球阀啮合传动实现。

4.根据权利要求1所述的井下用煤屑定点取样工具，其特征在于：提出一种防滑动锁闩，由锁闩板和锁闩弹簧组成，取样筒边缘卡到锁闩机构下方，防止取样筒滑移。

5.根据权利要求1所述的井下用煤屑定点取样工具，其特征在于：所述取样装置的密封,通过套筒的移动通过齿条与齿轮的啮合带动球阀的转动等取样结束，球阀的密封一面即紧贴带有橡胶圈的套筒以实现密封，而设置的球阀端座通过弹簧连接橡胶支座抵住球阀，以达到可以有活动空间的目的从而得到更好密封性。

技术总结
本发明公开了一种煤矿井下联动密封保压取芯装置，是煤矿井下煤层瓦斯含量测定安全防治技术领域的井下用煤屑定点取芯工具，包括多种装置与机构，其中有动力装置，机械传动装置、取样结构桶装置、多层密封装置、球阀齿条机构、通水结构、以及取芯钻头；普通管螺纹分别别在光面钻杆的两端位置。煤屑取样采集是利用取样工具在密闭条件下进行的，有效的抑制了煤样内瓦斯含量的逸散且做到了保温保压，此井下用煤屑定点取样装置操作简单、适用范围广、效率高、安全性好，密封性和透气性好且实现了在钻杆钻进的同时采集煤样，且能保证煤样在采集过程中处于密闭状态，有效的抑制了煤样内瓦斯含量的逸散且做到了保压，能够有效的为煤矿井下瓦斯含量的检测提供准确数据。

技术研发人员：薛生,王乐凡,申晨,杨举,刘天可,张俊方,马世玉,何凡,潘登俊,钟长鸣,刘萍
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14