本發(fā)明屬于煤礦安全防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種煤瓦斯冷凍取樣器，適用于煤田開發(fā)過程中對(duì)含瓦斯煤進(jìn)行定點(diǎn)取樣。
背景技術(shù)：
精準(zhǔn)獲取煤層瓦斯參數(shù)，對(duì)瓦斯防突與治理等至關(guān)重要。煤瓦斯取樣技術(shù)是評(píng)價(jià)瓦斯壓力、含量的關(guān)鍵技術(shù)手段。目前，煤層瓦斯的測(cè)定主要采用取樣技術(shù)為基礎(chǔ)的直接測(cè)定方法，但現(xiàn)有取樣技術(shù)存在由于瓦斯暴露于空氣中導(dǎo)致瓦斯損失量較大等問題，導(dǎo)致無法對(duì)煤層瓦斯壓力及含量進(jìn)行精確測(cè)量，使高瓦斯礦井存在“低指標(biāo)”突出危險(xiǎn)性。
中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 106124243 A于2016年11月16日公開了一種煤層瓦斯含量測(cè)定超前冷凍取樣方法，它包括步驟：1)、采用繩索取芯鉆具鉆進(jìn)至距離目標(biāo)煤層表面0 .2m左右停止鉆進(jìn)作業(yè)；2)、將流體輸送管通過鉆桿中心下放到鉆孔內(nèi)，并使流體輸送管的端部接近鉆孔底部；3)、從地面通過液氮泵將低溫流體通過流體輸送管持續(xù)泵入到鉆孔底部，使鉆孔底部以下3-5m區(qū)域冷凍至零度以下的凍結(jié)狀態(tài)；4)、提出流體輸送管，再下入繩索取芯鉆具的取芯器，快速進(jìn)行取芯鉆進(jìn)操作；5)、鉆進(jìn)3m時(shí)，停止鉆進(jìn)作業(yè)，快速將取芯器提至地表，并迅速將樣品裝入密封罐中。該方法能保證煤層巖心樣品在鉆進(jìn)、運(yùn)移過程中不發(fā)生解吸逸散，可保持煤層樣品的瓦斯原位含量狀態(tài)。
但是，該專利的操作過程繁瑣，煤層巖心的取樣時(shí)間較長(zhǎng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種空氣鉆進(jìn)用煤瓦斯冷凍取樣器，它能夠有效抑制瓦斯解吸，減少取樣過程中煤瓦斯損失量，且操作過程簡(jiǎn)單，取樣時(shí)間縮短。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，它包括由外殼內(nèi)壁與內(nèi)膽和冷卻套焊接封閉形成的真空保溫層、內(nèi)膽內(nèi)腔構(gòu)成的液氮存儲(chǔ)室、由冷卻套內(nèi)壁和錐形巖芯管外壁與端蓋構(gòu)成的冷凍室、錐形巖芯管內(nèi)腔構(gòu)成的保溫取樣室；取樣器上接頭封蓋在外殼頂口，鉆桿上接頭下端口通過螺紋套裝在取樣器上接頭上，鉆桿貫套在外殼外圍，鉆桿上端通過螺紋套接鉆桿上接頭下部；冷凍室的排氣管穿透真空保溫層向上連接在內(nèi)膽的瓶頸部、與液氮存儲(chǔ)室連通；第一單向閥安裝在內(nèi)膽頂口，第二單向閥裝在內(nèi)膽底部與冷凍室連通的管道上，頂針插在錐形巖芯管頂部的配合孔內(nèi)，頂針的前端伸向第二單向閥，配合孔內(nèi)裝有使頂針復(fù)位的彈簧；活塞安裝錐形巖芯管的內(nèi)腔下段，帶通孔的端蓋裝在錐形巖芯管下口部以限制活塞的位置，活塞與錐形巖芯管內(nèi)腔下段的光滑直管配合，由活塞與錐形巖芯管構(gòu)成密閉盛水容器，鉆桿下端通過螺紋與鉆頭連接。
本發(fā)明工作原理：
首先倒置本發(fā)明，由于錐形巖芯管內(nèi)腔為一倒錐形，將活塞推離錐形巖芯管內(nèi)腔下段的光滑直管段后，錐形巖芯管打開，裝入滿管水后拉起活塞使之與錐形巖芯管內(nèi)腔下段的光滑直管段配合，將加入水封閉在錐形巖心管內(nèi)后，正立取樣器。
取下第一單向閥，通過內(nèi)膽的瓶頸部灌入液氮至滿后，裝上第一單向閥，并將取樣器上接頭通過螺紋封蓋在外殼頂口，取樣器上接頭通過螺紋與鉆桿上接頭連接，安裝鉆桿和鉆頭后，將本發(fā)明伸入鉆孔底部進(jìn)行鉆進(jìn)取樣作業(yè)。
在鉆進(jìn)過程中，煤樣進(jìn)入錐形巖芯管，并將活塞向上推動(dòng)打開錐形巖芯管中預(yù)存水，在重力作用下預(yù)存水進(jìn)入煤樣中成為含水煤樣，當(dāng)進(jìn)入樣品持續(xù)推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)直至與頂針接觸并推動(dòng)頂針上移打開第二單向閥，在重力作用下預(yù)存液氮通過第二單向閥流入冷凍室，實(shí)現(xiàn)對(duì)錐形巖芯管中的含水煤樣進(jìn)行冷凍，停止鉆進(jìn)作業(yè)，靜待2-5分鐘后提取鉆具，回收冷凍樣品。液氮吸熱氣化后形成的氮?dú)馔ㄟ^排氣管進(jìn)入到內(nèi)膽形成的液氮存儲(chǔ)室，單壓力過大時(shí)第一單向閥自動(dòng)打開排氣泄壓。
本發(fā)明的技術(shù)效果是：
本發(fā)明利用重力流作用，通過密閉盛水容器預(yù)存水的方法有效解決空氣鉆進(jìn)過程中煤樣含水率低導(dǎo)致冰凍取樣效果較差的問題，液氮存儲(chǔ)室內(nèi)的液氮通過第二單向閥自動(dòng)泄放流入冷凍室，實(shí)現(xiàn)了煤樣的保濕冷凍，抑制了瓦斯解吸，減少了取樣過程中煤瓦斯損失量，取樣準(zhǔn)確；同時(shí)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無電器控制結(jié)構(gòu)，操作簡(jiǎn)單，取樣時(shí)間縮短。
附圖說明
本發(fā)明的附圖說明如下：
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：1、鉆桿上接頭，2、排氣管，3、取樣器上接頭，4、第一單向閥，5、鉆桿，6、外殼，7、內(nèi)膽，8、第二單向閥，9、彈簧，10、頂針，11、冷卻套，12、錐形巖芯管，13、活塞，14、端蓋，15、鉆頭。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
如圖1所示，本發(fā)明包括由外殼6內(nèi)壁與內(nèi)膽7和冷卻套11焊接封閉形成的真空保溫層、內(nèi)膽7內(nèi)腔構(gòu)成的液氮存儲(chǔ)室、由冷卻套11內(nèi)壁與錐形巖芯管12外壁和端蓋14構(gòu)成的冷凍室、錐形巖芯管12內(nèi)腔構(gòu)成的保溫取樣室；取樣器上接頭3封蓋在外殼6頂口，鉆桿上接頭1下端口通過螺紋套裝在取樣器上接頭3上，鉆桿5貫套在外殼6外圍，鉆桿5上端通過螺紋套接鉆桿上接頭1下部；冷凍室的排氣管2穿透真空保溫層向上連接在內(nèi)膽7的瓶頸部、與液氮存儲(chǔ)室連通；第一單向閥4安裝在內(nèi)膽7頂口，第二單向閥8裝在內(nèi)膽7底部與冷凍室連通的管道上，頂針10插在錐形巖芯管12頂部的配合孔內(nèi)，頂針10的前端伸向第二單向閥8，配合孔內(nèi)裝有使頂針10復(fù)位的彈簧9；活塞13安裝錐形巖芯管12的內(nèi)腔下段，帶通孔的端蓋14裝在錐形巖芯管12下口部以限制活塞13的位置，活塞13與錐形巖芯管12內(nèi)腔下段的光滑直管配合，由活塞13與錐形巖芯管12構(gòu)成密閉盛水容器，鉆桿5下端通過螺紋與鉆頭15連接。
錐形巖芯管12與冷卻套11通過焊接連接，端蓋14通過螺紋與冷卻套11和錐形巖芯管12組合，
當(dāng)需要對(duì)目標(biāo)地層進(jìn)行取樣鉆進(jìn)時(shí)，本發(fā)明的工作原理是：
首先倒置本發(fā)明，由于錐形巖芯管12內(nèi)腔為一倒錐形，將活塞13推離錐形巖芯管12端部光滑直管段后，錐形巖芯管12打開，裝入滿管水后拉起活塞13使之與錐形巖芯管12端部光滑直管段配合，將加入水封閉在錐形巖心管12內(nèi)后，正立取樣器。
取下第一單向閥4，通過內(nèi)膽7的瓶頸部灌入液氮至滿后，裝上第一單向閥4，并將取樣器上接頭3通過螺紋封蓋在外殼6頂口，取樣器上接頭3通過螺紋與鉆桿上接頭1連接，安裝鉆桿5和鉆頭15后，將本發(fā)明伸入鉆孔底部進(jìn)行鉆進(jìn)取樣作業(yè)。
在鉆進(jìn)過程中，煤樣進(jìn)入錐形巖芯管12并將活塞13向上推動(dòng)打開錐形巖芯管12中預(yù)存水，在重力作用下預(yù)存水進(jìn)入煤樣中成為含水煤樣，當(dāng)進(jìn)入樣品持續(xù)推動(dòng)活塞13向上運(yùn)動(dòng)直至與頂針10接觸并推動(dòng)頂針10上移打開第二單向閥8，在重力作用下預(yù)存液氮通過第二單向閥8流入由冷卻套11內(nèi)壁、錐形巖芯管12外壁和端蓋14構(gòu)成冷凍室，實(shí)現(xiàn)對(duì)錐形巖芯管12中的含水煤樣進(jìn)行冷凍，停止鉆進(jìn)作業(yè)，靜待2-5分鐘后提取鉆具，回收冷凍樣品。液氮吸熱氣化后形成的氮?dú)馔ㄟ^排氣管2進(jìn)入到內(nèi)膽7形成的液氮存儲(chǔ)室，單壓力過大時(shí)第一單向閥4自動(dòng)打開排氣泄壓。