一种不同深度煤层随钻取芯装置及使用方法

本发明涉及矿山机械设备，具体涉及一种不同深度煤层随钻取芯装置及使用方法。

背景技术：

1、煤是非常重要的能源，也是冶金、化学工业的重要原料。它是三大化石能源之一，是重要的能源组成部分，更是在能源消费结构中占据很高比重。煤炭对于现代化工业来说，无论是重工业，还是轻工业；无论是能源工业、冶金工业、化学工业、机械工业，还是轻纺工业、食品工业、交通运输业，都发挥着重要的作用，各种工业部门都在一定程度上要消耗一定量的煤炭。

2、煤的开采是一项艰苦的工作，当前正在花较大的力量来改善工作条件。由于煤炭资源的埋藏深度不同，开采方式一般包括矿井开采和露天开采，采煤以矿井开采为主，其开采的作业环境较深，存在一定的危险性，深部煤炭开采具有高应力、高瓦斯压力、高瓦斯含量等特点，在开采过程中存在煤与瓦斯突出的潜在风险，如何有效预防煤矿事故的发生是煤矿安全生产的重中之重，因此在日常生产中需要同时开展大量的取芯作业进行煤与瓦斯突出预测、瓦斯抽采效果检验及瓦斯抽采达标评判等方面的检测工作。

3、申请号为cn200420030614.6的专利申请提供了一种随钻取芯工具，采用在钻柱下端的外筒总成内由下而上依次设置内岩芯总成、内筒打捞器总成和取芯钻头的方案，解决了每取一次岩芯必取下一次钻具的问题，还克服了普通取芯工具在间断取芯时需起出取芯工具并更换钻头才可全面钻进的缺点，由于随钻取芯工具简化了工艺过程，且节省了钻井时间，并能降低钻井成本，因此可广泛用于钻井取芯作业。

4、申请号为cn202211097760.x的专利申请提供了一种复合钻进钻头及随钻取芯方法，包括钻头基体和设置在钻头基体上的多个刀翼，相邻两个刀翼之间构成排屑通道，且其中一个或多个所述刀翼内端设有复合取芯齿，多个刀翼内端共同形成复合取芯孔。该发明使复合钻进钻头在复合钻进的同时也能实现岩样取芯，使得复合钻进过程中不需要更换钻头即可实现取芯，使得取芯更加简单，达到随钻取芯的目的，避免了因更换钻头影响钻井周期的问题。

5、虽然该技术在一定程度上实现了随钻取芯，提高了工作效率，但是存在一些问题。第一，同一位置不同深度进行取芯时需要多次退杆取芯，“钻孔→取芯→退杆→钻孔→取芯→退杆→…退杆”作业流程繁琐，工作效率低；第二，现有钻头损坏时需要更换整个钻头，成本高。

6、综上所述，对现有煤层瓦斯含量测定随钻取芯装置进行改进是有必要的。

技术实现思路

1、为全面解决上述问题，尤其是针对现有技术所存在的不足，本发明提供了一种不同深度煤层随钻取芯装置及使用方法，能够全面解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

3、本发明提供一种不同深度煤层随钻取芯装置，包括定位轨，所述定位轨一侧连接有导向驱动电机，所述导向驱动电机输出端连接有定位丝杆，所述定位丝杆上部套接有导向板，所述定位轨前方两侧连接有连接架，所述连接架底部连接有定位环，所述导向板底部连接有钻孔驱动电机，所述钻孔驱动电机输出端连接有钻杆，所述钻杆穿过定位环，所述钻杆前方连接有存芯管，所述存芯管前方连接有取芯钻头；

4、所述取芯钻头包括第一取芯体，所述第一取芯体前方外侧可拆卸连接有多组圆周分布的钻端，所述第一取芯体内连接有翻转电机，所述翻转电机的输出端通过转杆连接第二取芯体，所述第二取芯体内开设有取芯槽，所述第二取芯体的两侧连接有取芯电机，所述取芯电机的输出端连接有取芯丝杆，所述取芯丝杆通过取芯滑块连接有取芯板，所述取芯电机通过取芯丝杆带动取芯板与取芯槽活动插接。

5、本发明进一步的优选方案：所述钻杆包括钻体，所述钻体与存芯管的相连侧开设有第一螺纹连接槽和压槽。

6、本发明进一步的优选方案：所述存芯管包括存芯体，所述存芯体上部卡接有存芯盖，所述存芯体内部底侧开设有压轨，所述压轨内连接有存芯驱动电机，所述存芯驱动电机传动连接有存芯带，所述存芯带承载取样芯。

7、本发明进一步的优选方案：所述存芯体一侧连接有第一螺纹接口，所述存芯体另一侧开设有第二螺纹连接槽。

8、本发明进一步的优选方案：所述存芯盖两侧对称安装有四组弹簧卡座，所述存芯盖通过弹簧卡座与存芯体卡接，所述存芯盖上部内嵌有拉杆。

9、本发明进一步的优选方案：所述存芯带上安装有多组均匀分布的伸缩弹簧隔离板，所述存芯带两侧设有与存芯体内壁连接的存芯板。

10、本发明进一步的优选方案：所述第一取芯体一侧连接有第二螺纹接口，所述第一取芯体另一侧连接有前端，所述前端上开设有多组圆周分布的安装槽，所述安装槽中开设有两组卡槽孔。

11、本发明进一步的优选方案：所述钻端上部连接有多组均匀分布的钻刀，所述钻端底部及侧面分别连接有卡体，所述卡体两侧嵌套有卡槽体，所述钻端上部插接有安装柄，所述安装柄的底部通过拉绳与卡槽体连接。

12、本发明进一步的优选方案：所述钻端的内侧连接有导向环，所述导向环与拉绳滑动连接，所述卡槽体与卡体之间通过复位弹簧连接。

13、一种不同深度煤层随钻取芯装置的使用方法，所述使用方法的步骤如下：

14、步骤1：移动调整：将装置移动到矿井下需要测量的位置，调整钻杆与煤岩体间的切削角度，切削角度选用15°；

15、步骤2：安装存芯管：通过螺纹旋转连接将存芯管装在钻杆前方；

16、步骤3：安装取芯钻头：通过螺纹旋转连接将取芯钻头装在存芯管前方；

17、步骤4：转换钻孔模式：取芯电机正向启动，取芯电机通过取芯丝杆带动取芯板密封取芯槽的端口，使得取芯槽处于密封状态；

18、步骤5：钻孔作业：钻杆转动，钻杆带动存芯管和取芯钻头转动，同时装置沿着定位轨往前移动；

19、步骤6：转换取芯模式：到达设定深度后，转换取芯模式，取芯电机反向启动，取芯电机通过取芯丝杆带动取芯板远离取芯槽的端口，这样取芯板与取芯槽形成取芯桶；

20、步骤7：取芯作业：取芯钻头快速转动，取样芯进入步骤6中形成的取芯桶内，进行取芯作业，取芯完成后，翻转电机通过转杆带动第二取芯体旋转180°，使得取芯桶的端口与存芯体对应，取芯电机再次正向启动，取芯电机通过取芯丝杆带动取芯板推动取样芯进入存芯体内的存芯带上，存芯带在存芯驱动电机的驱动下带动取样芯进入存芯体的内部进行存储，翻转电机通过转杆再次带动第二取芯体旋转180°，重复作业步骤5-步骤7，可以实现不同深度煤层快捷取芯存储。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

22、1.本发明通过取芯钻头中的取芯体实现随钻取芯，同时存芯管及取芯钻头中的翻转/取芯结构达到多芯便捷存储，以此实现变更不同深度煤层取芯步骤，达到一杆多次取芯存芯的目的，减少中间不同深度的退杆环节，提高工作效率。

23、2. 本发明的取芯钻头可拆卸连接有多组圆周分布的钻端，某个钻端损坏时，只需更换对应损坏的钻端即可，无需钻头整体更换，有效降低钻头的使用成本。

技术特征：

1.一种不同深度煤层随钻取芯装置，其特征在于：包括定位轨（3），所述定位轨（3）一侧连接有导向驱动电机（1），所述导向驱动电机（1）输出端连接有定位丝杆（2），所述定位丝杆（2）上部套接有导向板（4），所述定位轨（3）前方两侧连接有连接架（5），所述连接架（5）底部连接有定位环（6），所述导向板（4）底部连接有钻孔驱动电机（7），所述钻孔驱动电机（7）输出端连接有钻杆（8），所述钻杆（8）穿过定位环（6），所述钻杆（8）前方连接有存芯管（9），所述存芯管（9）前方连接有取芯钻头（10）；

2.根据权利要求1所述的一种不同深度煤层随钻取芯装置，其特征在于，所述钻杆（8）包括钻体（81），所述钻体（81）与存芯管（9）的相连侧开设有第一螺纹连接槽（82）和压槽（83）。

3.根据权利要求1所述的一种不同深度煤层随钻取芯装置，其特征在于，所述存芯管（9）包括存芯体（91），所述存芯体（91）上部卡接有存芯盖（92），所述存芯体（91）内部底侧开设有压轨（913），所述压轨（913）内连接有存芯驱动电机（931），所述存芯驱动电机（931）传动连接有存芯带（93），所述存芯带（93）承载取样芯（94）。

4.根据权利要求3所述的一种不同深度煤层随钻取芯装置，其特征在于，所述存芯体（91）一侧连接有第一螺纹接口（911），所述存芯体（91）另一侧开设有第二螺纹连接槽（912）。

5.根据权利要求3所述的一种不同深度煤层随钻取芯装置，其特征在于，所述存芯盖（92）两侧对称安装有四组弹簧卡座（921），所述存芯盖（92）通过弹簧卡座（921）与存芯体（91）卡接，所述存芯盖（92）上部内嵌有拉杆（922）。

6.根据权利要求3所述的一种不同深度煤层随钻取芯装置，其特征在于，所述存芯带（93）上安装有多组均匀分布的伸缩弹簧隔离板（932），所述存芯带（93）两侧设有与存芯体（91）内壁连接的存芯板（933）。

7.根据权利要求1所述的一种不同深度煤层随钻取芯装置，其特征在于，所述第一取芯体（101）一侧连接有第二螺纹接口（1011），所述第一取芯体（101）另一侧连接有前端（1012），所述前端（1012）上开设有多组圆周分布的安装槽（1013），所述安装槽（1013）中开设有两组卡槽孔（1014）。

8.根据权利要求1所述的一种不同深度煤层随钻取芯装置，其特征在于，所述钻端（102）上部连接有多组均匀分布的钻刀（1021），所述钻端（102）底部及侧面分别连接有卡体（1022），所述卡体（1022）两侧嵌套有卡槽体（1023），所述钻端（102）上部插接有安装柄（1024），所述安装柄（1024）的底部通过拉绳（1026）与卡槽体（1023）连接。

9.根据权利要求8所述的一种不同深度煤层随钻取芯装置，其特征在于，所述钻端（102）的内侧连接有导向环（1025），所述导向环（1025）与拉绳（1026）滑动连接，所述卡槽体（1023）与卡体（1022）之间通过复位弹簧（1027）连接。

10.一种权利要求1-9中任意一项所述的不同深度煤层随钻取芯装置的使用方法，其特征在于，所述使用方法的步骤如下：

技术总结
本发明提供一种不同深度煤层随钻取芯装置及使用方法，属于矿山机械设备技术领域，包括定位轨，定位轨下部依次设有钻杆、存芯管以及取芯钻头，存芯管中放置有取样芯，取芯钻头包括取芯体、钻端以及取芯体，钻端通过其底部安装的卡槽体固定安装在所述取芯体上，取芯体两侧设有取芯电机，取芯电机输出端连接有取芯丝杆，取芯丝杆上套接有取芯滑块，取芯滑块上固定安装有取芯板。本发明通过取芯钻头中的取芯体实现随钻取芯，同时存芯管及取芯钻头中的翻转/取芯结构达到多芯便捷存储，以此实现变更不同深度煤层取芯步骤，达到一杆多次取芯存芯的目的，减少中间不同深度的退杆环节，提高工作效率；通过安装柄及卡槽体实现钻端的便捷装卸更换。

技术研发人员：陈清华,王海锋,陈江,张佳乐,梁玉柱,王海波,李亚伟,陈志伟,李博,申商坤,董志远
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14