專利名稱：采集井下突出煤層完整煤芯的取芯方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離災(zāi)害預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種采集井下突出煤層完整煤
芯的取芯方法及，。
背景技術(shù)：
^^f周知，目前井下石門揭火難行突出預(yù)測(cè)時(shí)普 ^用的取芯方法是采用短鉆
筒取芯?！斗乐蚊号c瓦斯突出細(xì)貝IJ》第30條對(duì)此作了規(guī)定在打測(cè)壓孔的過程中， 每米煤孔采取一個(gè)煤樣，測(cè)定煤的堅(jiān)固性系數(shù)(f)。(參考文獻(xiàn)中華人民共和國(guó)煤 炭Xik部制訂，《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》，J:驟:Olk出版社，1995年10月，P18。) 在f頓這種方》採(cǎi)取煤芯時(shí)，通常的做法是每用短鉆筒J1A煤層采集一個(gè)煤樣后， 換上鉆頭，用壓力7jC排屑，向前 1米，循環(huán)采用±^做法，直至itA煤層頂板。 這種取芯方法的不^t處在于突出主要來自于軟分層，硬分層的煤體是不突出的， 而^^用每米^^集一^"煤樣的方法，很有可能會(huì)M陛具有突出危險(xiǎn)的軟分層煤芯漏 失掉。此外，采用短鉆筒取芯時(shí)，鉆筒對(duì)煤體的破壞較大，短鉆筒是鑲嵌了合金的 單筒取芯，，取芯時(shí)不采用壓力7jC排屑，靠鉆t/lii旋,HA煤層，取得部分煤 芯。在突出預(yù)測(cè)中，這種受人為因素破壞的煤芯還會(huì)干擾預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。
在地質(zhì)勘探過程中，目前還廣泛采用雙管單動(dòng)取芯裝置，這種取芯，在地面 勘探過程中可以取出95%左右的煤芯，慰也質(zhì)勘探的禾U器。但是，這種取芯驢無 法用于井下突出煤層的取芯， 一是這種取芯體在地面勘探時(shí)，內(nèi)管處于垂直懸掛 的狀態(tài)，外管轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)管不轉(zhuǎn)動(dòng)，可以將鉆頭體切削下來的煤芯及時(shí)送入內(nèi)管中保 護(hù)棘，但是當(dāng)將這種取芯驢用于井下突出煤層取芯時(shí)，鉆孔傾角發(fā)生改變，內(nèi) 管不再處于垂直狀態(tài)，內(nèi)管的下端擱在外管上，受外管的摩擦影響，內(nèi)管將,轉(zhuǎn) 動(dòng)，iSA內(nèi)管的煤芯被破碎，容易堵塞在內(nèi)管的管口處，阻礙后續(xù)的煤芯^A內(nèi)管; 二是在地面勘探時(shí)，由于采用泥漿作為排屑介質(zhì)，在弓駄的泥漿壓力作用下，煤孔 不容易向內(nèi)'娜，始終會(huì)^l呆證排屑鵬的暢通。而井下取芯時(shí)采用7jC艦縮空氣
作為排屑介質(zhì)，壓力較小，軟分層煤術(shù)艮容易壓入;I:對(duì)L形成抱鉆，阻礙煤屑的排 出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)的不粒處，掛共一種方法簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，取 芯^^好的采集井下突出煤層完 芯的取芯方法及，。 本發(fā)明采集井下突出煤層完整煤芯的取芯方法
a. 首先在工作面向煤層方向鉆一個(gè)孔，鉆孔到達(dá)煤層后，停下鉆機(jī)，將l^f及 鉆頭取出；
b. 將取芯體與鉆桿相連，送入鉆孔，邊轉(zhuǎn)動(dòng)邊鉆進(jìn)，直達(dá)煤層； C.繼續(xù)鉆進(jìn)，并通過鉆桿送入壓風(fēng)排屑；
d. 當(dāng)取芯裝置深入煤層的長(zhǎng)度達(dá)到半合內(nèi)管的長(zhǎng)度時(shí)，停止鉆進(jìn)，向外拉動(dòng)取 芯裝置，此時(shí)取芯，卡環(huán)座上的卡環(huán)向前滑動(dòng)卡住煤芯，在,戰(zhàn)干拉力作用下，拉 斷煤芯；
e. 將取芯驢拉出孑"卜，從鉆桿上擰下，擰開連接頭，取出半合內(nèi)管，將半合 內(nèi)管兩端的內(nèi)管接頭及卡環(huán)座松開，打開半合內(nèi)管，取出煤芯，方IA專用煤芯采樣 盒內(nèi)，完成一次取芯工作；
f. 將取芯驢組裝好，重復(fù)b e的步驟，直至取芯體穿過煤層為止，完成全 部的取芯工作。
戶誠(chéng)向煤層鉆一個(gè)孔的直徑大于ioo亂
本發(fā)明采集井下突出煤層完整煤芯的取芯裝置，包括鉆頭，用于固定鉆頭及旋 轉(zhuǎn)時(shí)切屑煤 L的外管，設(shè)砂嗜內(nèi)用于儲(chǔ)存圓禾拂煤芯的半合內(nèi)管，連樹專遞鉆進(jìn) 力和旋轉(zhuǎn)力的連接頭；半合內(nèi)管的前端為卡S^—起的卡環(huán)mS卡環(huán)，卡環(huán)座支撐 在底托軸承上，半合內(nèi)管的尾端連接有內(nèi)管接頭，內(nèi)管接頭與連接頭內(nèi)的軸承套相 連接，使半合內(nèi)管處于懸浮狀態(tài)；夕嗜與連接頭連為一體。
戶脫的半合內(nèi)管為兩個(gè)偏心的半合管組成；戶做的內(nèi)管接頭內(nèi)設(shè)有泄氣閥；所 述的夕卜管上設(shè)有用于護(hù)孔及排屑的螺旋刃；戶脫的鉆頭上鑲嵌有兩圈呈階梯形的合 金片。
本發(fā)明的有益效果取芯方法簡(jiǎn)單，整魏置結(jié)構(gòu)緊湊，取芯效果好，性能穩(wěn) 定、可靠，對(duì)斥方便，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，4頓方便。M多次石門及井筒中取芯作業(yè)實(shí)驗(yàn) 表明，本發(fā)明適用于石門及井筒工作面進(jìn)行多次取芯作業(yè)，取煤芯完整，為深部開
M:程中進(jìn)行煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)提供了極其重要的數(shù)據(jù)，為礦山井下安全作業(yè)掛共 了有禾啲保證。尤其魏于硬度f^以下的j;媒非常適用，無論煤層是硬煤、軟煤，
或是軟、硬妊賦存，在鉆孔傾角處于一90° 90°的范圍內(nèi)者阿以取出，取芯率 達(dá)到98%左右，為現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確判斷工作面 煤層的突出危險(xiǎn)性，提供了判斷依據(jù)。 劍于石門及井筒揭煤前確定軟分層的^S，預(yù)測(cè)煤層的突出危險(xiǎn)性，具有重要的 作用。


附圖為本發(fā)明煤層完整煤芯的取芯體結(jié)構(gòu)圖中1-連接頭；2-定位螺母；3-可調(diào)螺桿；4-上軸承；5-軸承套；6-下軸承 7-凸^!累母；8-螺母；9-內(nèi)管接頭；l(H岡球；ll-泄氣閥；12-半合內(nèi)管；13-外管； 14-注油杯；15-鉆頭；16-卡環(huán)座；17-底托軸承；18-卡環(huán)；19-鉆孔合金片；螺旋 刃20。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明采集井下突出煤層完整煤芯的取芯方法
第一步工作面距煤層10米時(shí)，停止掘進(jìn)，用辦幾向煤層方向鉆一個(gè)大于① 100腿的巖石鉆孔，鉆孔到達(dá)煤層后，停下鉆機(jī)，退出鉆桿及鉆頭；
第二步將取芯，連接在鉆桿上，通過鉆桿將取芯^S送入鉆孔，邊轉(zhuǎn)動(dòng)邊 鉆進(jìn)，—，將取芯，皿煤層，取芯^S的鉆頭15上鑲嵌了兩排合金片，旨巨夠鉆 取硬度f《4以內(nèi)的各種煤芯，a^集煤芯的過程中，鉆頭體切割形成的圓柱狀煤芯 直徑小于半合內(nèi)管上卡環(huán)座16的入口直徑；
第三步繼續(xù)鉆進(jìn)，同時(shí)艦,附送入壓風(fēng)排屑；由于夕嗜13夕卜側(cè)加工有螺旋 刃20，不lfrt刀割煤體和護(hù)孔，保證了排屑通道的暢通；]tM卜，在鉆頭15與半合內(nèi) 管12之間裝有一個(gè)底托軸承17，半合內(nèi)管12與外管13之間始終處于良好潤(rùn)滑狀 態(tài)，由于半合內(nèi)管12具有偏心的作用，使得半合內(nèi)管12始終不動(dòng)，以接受鉆頭15 切害U下來的煤芯；在鉆機(jī)向前職時(shí)，煤芯連續(xù)iSA半合內(nèi)管12中保護(hù)總，半合 內(nèi)管12中的原有的氣體TOt動(dòng)泄氣閥11上的鋼球10排泄到內(nèi)管之外的壓風(fēng)中， 直到半合內(nèi)管取滿煤芯為止；
第四步當(dāng)取芯^S深入煤層的長(zhǎng)度達(dá)到半合內(nèi)管12的長(zhǎng)度時(shí)，停止鉆進(jìn)，向 外拉動(dòng)取芯裝置，此時(shí)取芯裝置內(nèi)卡環(huán)座16上的卡環(huán)18向前滑動(dòng)卡住煤芯，在鉆 桿拉力作用下，截?cái)嗝盒?；在下向鉆孔取芯時(shí)，為防止半合內(nèi)管取滿后撥占過程中 煤芯滑落到鉆 L中，可以在半合內(nèi)管12的卡環(huán)座16處將卡環(huán)18換艦環(huán)，遇至頓
煤時(shí)，爪環(huán)同樣可以截?cái)嗝盒?，遇到軟煤時(shí)，爪環(huán)上張開的彈簧可以阻礙煤芯下滑； 第五步將^W煤芯的取芯裝置拉出 L外，從fffi上擰下，擰開連接頭1，取 出半合內(nèi)管12，將半合內(nèi)管12兩端的內(nèi)管接頭9及卡環(huán)座16松開，打開半合內(nèi)管 12，取出煤芯，方JCA專用煤芯采樣盒內(nèi)，完成一次取芯工作；每次可以取出長(zhǎng)度為 lm左右、直徑為50ram左右的煤芯，直到取完^h煤層，無i侖煤層內(nèi)軟硬分層如何 分布，均翻^^煤層的煤芯完整取出；
第六步將取芯，組裝好，如果發(fā)現(xiàn)內(nèi)管的轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)濯，可以將取芯裝置豎起， ffl31注油杯14壓注輕質(zhì)潤(rùn)滑油aA軸承套5中，使之轉(zhuǎn)動(dòng)自如。重^M取芯步驟， 直至取芯體穿過煤層為止，完成頓的取芯工作。根據(jù)所取得的煤芯就能確定煤 層中軟分層的^2及厚度，為石門及井筒揭煤的突出預(yù)測(cè)提供依據(jù)。
本發(fā)明采集井下突出煤層完整煤芯的取芯體，主要由夕嗜13、半合內(nèi)管12、 鉆頭15、連接頭1 、上軸承4和下軸承6組成。外管13是一個(gè)帶有螺旋刃的鋼管， 它用于固定鉆頭體15及旋轉(zhuǎn)時(shí)切屑煤 L以保證排除鉆屑的通道暢通。鉆頭15采 用側(cè)面出水口，以防壓MJ:接沖洗煤芯，鉆頭15上鑲嵌有兩圈呈階梯形的合金片 19，夕兩上的合金片旋^^刀害U后形成的煤孔要比取芯器外徑大2 4mm，確保取芯器
順利鉆進(jìn)；內(nèi)環(huán)的合金片旋轉(zhuǎn)切害膨成的煤芯直徑要比卡環(huán)座上最小直徑小2 3腿，確保形成的煤芯順利SA半合內(nèi)管12。鉆頭15上連J親旋轉(zhuǎn)時(shí)切屑煤孔的外 管13，外管13內(nèi)設(shè)有用于儲(chǔ)存圓tt^煤芯的半合內(nèi)管12，半合內(nèi)管12由上下兩個(gè) 偏心的半合管構(gòu)成，下半合管密度較大，上半合管密度較輕。當(dāng)煤芯被送入半合內(nèi) 管12時(shí)，半合內(nèi)管12不轉(zhuǎn)動(dòng)，煤芯不松散，并被完整地提出鉆孔。外管13連樹專 遞鉆進(jìn)力和旋轉(zhuǎn)力的連接頭1;半合內(nèi)管12的前端為卡^一起的卡環(huán)座16及卡 環(huán)18，卡環(huán)座支撐7疏托軸承17上，半合內(nèi)管12的尾J驢貌內(nèi)管接頭9，內(nèi)管 接頭9與連接頭1內(nèi)的軸承套5相連接，使半合內(nèi)管12處 :浮狀態(tài)；夕嗜13為 一個(gè)帶有螺旋刃20的鋼管，夕嗜13上螺旋刃20用于護(hù)孑L及排屑，夕卜管13與連接 頭1相連為--體，內(nèi)管接頭9內(nèi)設(shè)有泄氣閥11。連接頭1用于連接外管13、 f戰(zhàn)干及 半合內(nèi)管12，它由定位螺母2，可調(diào)螺桿3，上軸承4，軸承套5，下軸承6，凸緣 螺母7及螺母8鄉(xiāng)賊。主要用于將f術(shù)的鉆進(jìn)力和旋轉(zhuǎn)力傳遞給外管13及鉆頭15， 進(jìn)行鉆進(jìn)的同時(shí)M:懸掛在上、下軸承4、 6上的軸承套5與內(nèi)管接頭9相連，使得 半合內(nèi)管12處于懸浮狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種采集井下突出煤層完整煤芯的取芯方法，其特征在于a.首先在工作面向煤層方向鉆一個(gè)孔，鉆孔到達(dá)煤層后，停下鉆機(jī)，將鉆桿及鉆頭取出；b.將取芯裝置與鉆桿相連，送入鉆孔，邊轉(zhuǎn)動(dòng)邊鉆進(jìn)，直達(dá)煤層；c.繼續(xù)鉆進(jìn)，并通過鉆桿送入壓風(fēng)排屑；d.當(dāng)取芯裝置深入煤層的長(zhǎng)度達(dá)到半合內(nèi)管(12)的長(zhǎng)度時(shí)，停止鉆進(jìn)，向外拉動(dòng)取芯裝置，此時(shí)取芯裝置中卡環(huán)座(16)上的卡環(huán)(18)向前滑動(dòng)卡住煤芯，在鉆桿拉力作用下，拉斷煤芯；e.將取芯裝置拉出孔外，從鉆桿上擰下，擰開連接頭(1)，取出半合內(nèi)管(12)，將內(nèi)管兩端的內(nèi)管接頭(9)及卡環(huán)座(16)松開，打開半合內(nèi)管(12)，取出煤芯，放入專用煤芯采樣盒內(nèi)，完成一次取芯工作；f.將取芯裝置組裝好，重復(fù)b～e的步驟，直至取芯裝置穿過煤層為止，完成全部的取芯工作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采集井下突出煤層完整煤芯的取芯方法，其特征在 于戶腿向煤層鉆一個(gè)孔的直徑大于100,。
3. —種井下突出煤層完整煤芯的取芯裝置，其特征在于它包括鉆頭(15)， 用于固定鉆頭(15)及旋轉(zhuǎn)時(shí)切屑煤孔的外管(13)，設(shè)砂卜管(13)內(nèi)用于儲(chǔ)存圓 柱形煤芯的半合內(nèi)管(12)，連接鉆桿傳遞鉆進(jìn)力和旋轉(zhuǎn)力的連接頭(1);半合內(nèi)管(12)的前端為卡^S—起的卡環(huán)座(16)及卡環(huán)(18)，卡環(huán)座(16)支撐在底托 軸承(17)上，半合內(nèi)管(12)的尾^i蹄內(nèi)管接頭(9)，內(nèi)管接頭(9)與連接 頭(1)內(nèi)的軸承套(5)相連接，使半合內(nèi)管(12)處預(yù)浮狀態(tài)；夕卜管(13)與 連接頭(1)連為一體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的井下突出煤層完整煤芯取芯的裝置，其特征在于所 述的半合內(nèi)管(12)為兩個(gè)偏心的半合管組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的井下突出煤層完整煤芯的取芯裝置，其特征在于所 述的內(nèi)管接頭(9)內(nèi)設(shè)有泄氣閥(11)。
6. 豐鵬權(quán)利要求3所述的井下突出煤層完整煤芯的取芯裝置，其特征在于所 述的外管(13)上設(shè)有用于護(hù)孑L及排屑的螺旋刃(20)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3臓的井下突出煤層完整煤芯的取芯體，其特征在于所 述的鉆頭(15)上鑲嵌有兩圈呈階梯形的合金片(19)。
全文摘要
一種采集井下突出煤層完整煤芯的取芯方法及裝置，當(dāng)鉆機(jī)通過巖層向煤層打一巖石鉆孔進(jìn)入煤層后，裝上取芯裝置，邊旋轉(zhuǎn)邊向前推進(jìn)，鉆頭上鑲嵌的合金片便切割煤層，劃出的圓柱狀煤芯被送入處于懸浮穩(wěn)定狀態(tài)的半合內(nèi)管中保護(hù)起來；帶有螺旋刃的外管在旋轉(zhuǎn)的過程中，邊輸送鉆進(jìn)過程中形成的煤屑，邊切割壓入煤孔的軟分層煤體，始終保持排屑通道的暢通。當(dāng)鉆進(jìn)的深度等于半合內(nèi)管的長(zhǎng)度時(shí)，退出鉆桿，鉆頭體上的卡環(huán)便卡住煤芯，將煤芯取出，繼續(xù)按同樣的方法鉆進(jìn)，便能將整個(gè)煤層的完整煤芯采集出來。根據(jù)采集出來的煤芯排列情況，就能確定軟分層的位置并取得煤芯。其取芯方法簡(jiǎn)單，整套裝置結(jié)構(gòu)緊湊，取芯效果好，裝拆方便，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，使用方便。
文檔編號(hào)E21B25/00GK101353952SQ20081019565
公開日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2008年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月1日
發(fā)明者呂淑文, 俊 唐, 李曉偉, 蔣承林, 解慶雪, 陳松立, 陳裕佳 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)