本發(fā)明涉及一種煤樣采集設(shè)備，具體的說，涉及了一種煤樣隨鉆定點(diǎn)采集裝置。

背景技術(shù)：

目前煤礦井下煤層瓦斯含量直接測定時(shí)所采用取樣方法多種多樣，應(yīng)用最普遍就是通過鉆具正常切削，鉆桿或風(fēng)力排風(fēng)，操作者在鉆孔孔口接收出來的煤粉，進(jìn)行現(xiàn)場解釋，然后送至瓦斯含量測試室進(jìn)行測試。

這種采集方法存在以下弊端：1、采集的煤樣受風(fēng)力、鉆桿的多次碾壓，瓦斯的損失量較大；2、靠風(fēng)力排粉或螺旋排粉等方式，采集的煤樣位置不確定，或者摻假較多；3、煤樣在空氣中暴露時(shí)間較長，與空氣相混合，影響到煤樣的真實(shí)性。

為解決上述問題，市場上出現(xiàn)了另一種采集產(chǎn)品，產(chǎn)品由能封閉的取芯鉆具組成，操作過程是，首先用普通鉆桿施工到取芯地點(diǎn)，然后退鉆、更換鉆頭為取芯鉆具，再送至取芯點(diǎn)，取出煤芯。

但是這種采集手段仍然存在諸多問題，具體包括：1、摻假較多、重新向孔內(nèi)送取樣器的方式導(dǎo)致采集的煤樣大多是途中的煤粉；2、同樣存在煤樣在空氣中暴露時(shí)間較長，與空氣相混合，影響到煤樣的真實(shí)性的問題；3、先打成孔，后更換鉆具，再次送入時(shí)鉆具可能會(huì)改變?cè)瓉淼姆较?，送不到原定取樣點(diǎn)；4、在取樣點(diǎn)取出煤樣后要關(guān)閉排粉介質(zhì)，而退鉆過程中，可能會(huì)因?yàn)槊悍弁头e導(dǎo)致鉆桿壓死，丟掉取樣器和鉆桿等。

《地勘時(shí)期煤層瓦斯含量測定方法》gb/t23249-2009明確定義“煤層瓦斯含量---在原始狀態(tài)下，單位質(zhì)量或單位體積煤體中所含有的甲烷及重?zé)N氣體量”同時(shí)也重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了“原始狀態(tài)下”。另外壓力損失的計(jì)算采用：煤樣開始暴露一段時(shí)間內(nèi)v0與t呈直線關(guān)系，即：

v0=a+bt

綜合上述的問題，導(dǎo)致采集過程和結(jié)果存在操作誤差和視覺誤差，隨著暴露時(shí)間越長，產(chǎn)生的誤差也越大，樣品的就不具備其真實(shí)性。

為了解決以上存在的問題，人們一直在尋求一種理想的技術(shù)解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而提供一種設(shè)計(jì)科學(xué)、隨鉆定點(diǎn)取樣、及時(shí)密封、暴露時(shí)間短、真實(shí)性強(qiáng)的煤樣隨鉆定點(diǎn)采集裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種煤樣隨鉆定點(diǎn)采集裝置，包括組合鉆頭和鉆桿，所述鉆桿包括筒狀的外殼體、僅前端開口的采集腔體、壓力腔體、一級(jí)壓力閥和二級(jí)壓力彈簧，所述采集腔體通過所述二級(jí)壓力彈簧同軸設(shè)置在所述外殼體中并可沿所述外殼體的軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述采集腔體尾端與所述外殼體尾端密封滑動(dòng)配合，所述采集腔體的開口通過一球閥封口，所述一級(jí)壓力閥承壓打開后連通所述壓力腔體，所述壓力腔體的前端由一活塞密封，所述活塞通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述球閥轉(zhuǎn)動(dòng)以便啟閉所述采集腔體的開口；

所述組合鉆頭為活動(dòng)鉆頭，所述采集腔體相對(duì)所述外殼體向前移動(dòng)的過程中，所述活動(dòng)鉆頭在所述采集腔體的推力下逐步打開使得采集腔體外露。

基上所述，所述外殼體的內(nèi)側(cè)壁、所述采集腔體的外側(cè)壁和所述活塞圍成所述的壓力腔體。

基上所述，所述采集腔體的尾端通過所述壓力閥的閥座密封，所述壓力閥的閥芯沿所述采集腔體尾端的側(cè)壁滑動(dòng)設(shè)置，所述閥芯通過一級(jí)壓力彈簧連接所述閥座，所述采集腔體尾端的側(cè)壁上開設(shè)連通所述壓力腔體的通孔，所述閥芯上對(duì)應(yīng)所述通孔開設(shè)連通閥芯流道的出口。

基上所述，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括連接所述活塞的齒條和與所述齒條嚙合的齒輪，所述齒輪和所述球閥同軸固定。

基上所述，所述組合鉆頭包括一鉆進(jìn)鉆頭，所述鉆進(jìn)鉆頭的一側(cè)鉸接在所述外殼體上，所述鉆進(jìn)鉆頭的中部與所述采集腔體的前端鉸接或抵接。

基上所述，所述組合鉆頭還包括一取芯鉆頭，所述取芯鉆頭設(shè)置在所述采集腔體的前端，所述取芯鉆頭上開設(shè)穿孔連通所述采集腔體內(nèi)部。

基上所述，所述外殼體首尾兩端的內(nèi)側(cè)設(shè)有凸臺(tái)，所述凸臺(tái)內(nèi)側(cè)安裝密封圈，所述采集腔體與所述密封圈滑動(dòng)配合，所述采集腔體的尾端設(shè)置一擋邊，所述二級(jí)壓力彈簧的兩端分別設(shè)置在采集腔體的擋邊上和所述外殼體尾端的凸臺(tái)上。

基上所述，所述壓力腔體為獨(dú)立結(jié)構(gòu)，所述壓力腔體位于所述外殼體外部或所述外殼體和所述采集腔體之間。

基上所述，所述組合鉆頭包括一鉆進(jìn)鉆頭，所述鉆進(jìn)鉆頭包括左半部和右半部，所述左半部鉸接在所述外殼體的左側(cè)，所述右半部鉸接在所述外殼體的右側(cè)，所述采集腔體的前端分別鉸接或抵接所述前半部的中部和所述右半部的中部，所述左半部和所述右半部中部對(duì)接后形成所述鉆進(jìn)鉆頭。

基上所述，所述外殼體的尾端為壓力管連接部，所述一級(jí)壓力閥的閥芯和所述采集腔體的尾端對(duì)應(yīng)所述壓力管連接部設(shè)置。

本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，具體的說，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.采集腔體隨鉆走，直達(dá)指定地點(diǎn)，不會(huì)出現(xiàn)二次送達(dá)存在的位置偏差問題。

2.采集腔體在指定位置采集完成后即刻封閉，密封及時(shí)，取出后送達(dá)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行解釋或進(jìn)行現(xiàn)場解釋，減少樣品的暴露時(shí)間。

3.采集腔體即刻封閉，避免回鉆過程中其它位置樣品滲入，影響樣品的真實(shí)性。

綜上，該煤樣隨鉆定點(diǎn)采集裝置具有設(shè)計(jì)科學(xué)、隨鉆定點(diǎn)取樣、及時(shí)密封、暴露時(shí)間短、真實(shí)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中煤樣隨鉆定點(diǎn)采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中齒條和齒輪配合的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖1的a-a向視圖。

圖中：1.外殼體；2.采集腔體；3.壓力腔體；4.二級(jí)壓力彈簧；5.活動(dòng)鉆頭；6.球閥；7.閥座；8.閥芯；9.一級(jí)壓力彈簧；10.凸臺(tái)；11.通孔；12.出口；13.擋邊；14.活塞；15.齒條；16.齒輪。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

如圖1-圖3所示，一種煤樣隨鉆定點(diǎn)采集裝置，包括組合鉆頭和鉆桿，所述鉆桿包括筒狀的外殼體1、僅前端開口的采集腔體2、壓力腔體3、一級(jí)壓力閥和二級(jí)壓力彈簧4。

所述采集腔體2同軸設(shè)置在所述外殼體1中并可沿所述外殼體1的軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述外殼體1首尾兩端的內(nèi)側(cè)設(shè)有凸臺(tái)10，所述凸臺(tái)10內(nèi)側(cè)安裝密封圈，所述采集腔體2與所述密封圈滑動(dòng)配合，所述采集腔體2的尾端設(shè)置一擋邊13，所述二級(jí)壓力彈簧4的兩端分別設(shè)置在采集腔體2的擋邊13上和所述外殼體1尾端的凸臺(tái)10上，形成鉆桿尾端的高壓密封結(jié)構(gòu)，通過連接外部高壓水管或氣管，在采集腔體2的尾端處施加壓力，二級(jí)壓力彈簧4壓縮，驅(qū)動(dòng)采集腔體2向前移動(dòng)。

所述組合鉆頭為活動(dòng)鉆頭5，所述采集腔體2相對(duì)所述外殼體1向前移動(dòng)的過程中，所述活動(dòng)鉆頭5在所述采集腔體的推力下逐步打開。

具體的，所述組合鉆頭包括一鉆進(jìn)鉆頭，所述鉆進(jìn)鉆頭的一側(cè)鉸接在所述外殼體上，所述鉆進(jìn)鉆頭的中部與所述采集腔體的前端鉸接。所述采集腔體的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，控制所述鉆進(jìn)鉆頭的翻轉(zhuǎn)與歸位，其目的是露出或隱藏所述采集腔體。

所述組合鉆頭還包括一取芯鉆頭，所述取芯鉆頭設(shè)置在所述采集腔體的前端，所述取芯鉆頭上開設(shè)穿孔連通所述采集腔體內(nèi)部，主要用于采集煤樣。

所述外殼體1中部的內(nèi)側(cè)壁、所述外殼體1尾端的凸臺(tái)10、所述采集腔體2的外側(cè)壁和活塞14圍成所述的壓力腔體。

其中，外殼體1中部的內(nèi)側(cè)壁和外殼體1尾端的凸臺(tái)10是組成外殼體1內(nèi)側(cè)壁的一部分。

所述采集腔體2的尾端通過所述壓力閥的閥座7密封，所述壓力閥的閥芯8沿所述采集腔體2尾端的側(cè)壁滑動(dòng)設(shè)置，所述閥芯8通過一級(jí)壓力彈簧9連接所述閥座7，所述采集腔體2尾端的側(cè)壁上開設(shè)連通所述壓力腔體3的通孔11，所述閥芯8上對(duì)應(yīng)所述通孔11開設(shè)連通閥芯8流道的出口。

通過連接外部高壓水管或氣管，在采集腔體2的尾端處增壓，一級(jí)壓力閥的一級(jí)壓力彈簧9壓縮，一級(jí)壓力閥打開，外部高壓水管或氣管與壓力腔體貫通，驅(qū)動(dòng)所述活塞14向前移動(dòng)。

所述采集腔體2的開口通過一球閥6封口，所述活塞14通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述球閥6轉(zhuǎn)動(dòng)以便啟閉所述采集腔體2的開口，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括連接所述活塞14的齒條15和與所述齒條15嚙合的齒輪16，所述齒輪16和所述球閥6同軸固定。

隨著活塞14的前移，齒條15帶動(dòng)齒輪16轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)球閥6轉(zhuǎn)動(dòng)，直到球閥6打開，即打開所述采集腔體2。

具體工作過程：

鉆桿尾端連接壓力管路，調(diào)整工作介質(zhì)壓力為0.6mpa，開始正常的鉆探工作，當(dāng)施工至取樣位置時(shí)，利用功能閥調(diào)整工作介質(zhì)至指定壓力，一級(jí)壓力閥打開，活塞14受壓移動(dòng)，帶動(dòng)齒條15和齒輪16轉(zhuǎn)動(dòng)，球閥6被打開，采集腔體2打開；

再次增壓，二級(jí)壓力彈簧4受壓，采集腔體2整體前移，頂開組合鉆頭，采集腔體2外露，開始采集工作；

采集完成后，降低壓力，二級(jí)壓力彈簧4復(fù)位，組合鉆頭歸位，再次降壓，一級(jí)壓力閥復(fù)位，采集腔體2關(guān)閉；

然后回鉆，進(jìn)行現(xiàn)場解釋或送達(dá)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行解釋。

其中，壓力管路中采用水、氣互換，進(jìn)行壓力控制。

上述方案有效解決了現(xiàn)有采集方案中存在的二次送達(dá)易出現(xiàn)位置偏差、暴露時(shí)間長、滲入其它樣品的一系列問題。

實(shí)施例2

本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于：所述壓力腔體為獨(dú)立結(jié)構(gòu)，所述壓力腔體位于所述外殼體外部或所述外殼體和所述采集腔體之間，其目的是降低對(duì)外殼體和采集腔體配合的密封性要求，額外增加完全密封的結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述組合鉆頭包括一鉆進(jìn)鉆頭，所述鉆進(jìn)鉆頭包括左半部和右半部，所述左半部鉸接在所述外殼體的左側(cè)，所述右半部鉸接在所述外殼體的右側(cè)，所述采集腔體的前端分別鉸接或抵接所述前半部的中部和所述右半部的中部，所述左半部和所述右半部中部對(duì)接后形成所述鉆進(jìn)鉆頭，鉆頭為兩瓣式的結(jié)構(gòu)，打開后左右兩側(cè)占用空間均勻，不會(huì)出現(xiàn)單側(cè)占用空間過大的問題。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者對(duì)部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。