[發(fā)明專(zhuān)利]用于瓦斯含量定點(diǎn)取樣的往復(fù)式取樣方法及裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810037322.1
• 申請(qǐng)日: 2018-01-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107991129A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李輝;魏建平;程磊
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河南理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N1/08
• 分類(lèi)號(hào): G01N1/08
• 代理公司: 焦作市科彤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)41133
• 代理人: 聶智良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明具體涉及一種用于瓦斯含量定點(diǎn)取樣的往復(fù)式取樣方法及裝置，屬于地質(zhì)鉆探技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，煤層瓦斯含量井下直接測(cè)定方法主要采用解吸法，具體過(guò)程分為三步：1在新暴露的煤壁，石門(mén)或巖石巷道打鉆采集煤樣；2井下自然解吸瓦斯量測(cè)定；3實(shí)驗(yàn)室殘存瓦斯含量測(cè)定。其中2、3步理論成熟，可忽略對(duì)瓦斯含量測(cè)值產(chǎn)生的影響。由于1涉及定點(diǎn)取樣方式及瓦斯損失量的計(jì)算是瓦斯含量測(cè)值誤差的主要來(lái)源。煤礦井下瓦斯含量測(cè)定須采用煤芯管取芯法及基于孔口接樣法的定點(diǎn)取樣方法。孔口接樣法的最大缺陷在于所取得的煤樣純度不高，“混樣”現(xiàn)象嚴(yán)重，無(wú)法實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)取樣。取芯管法在取樣鉆孔施工完畢后快速退出鉆具并將取芯管送至孔底鉆進(jìn)取芯，取樣時(shí)依靠取芯管與煤層的摩擦鉆進(jìn)完成取樣，取樣完成后退出鉆桿并取出煤樣裝入特制的煤罐內(nèi)。該方法可以真正做到定點(diǎn)取樣，然而存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題：取樣耗時(shí)遠(yuǎn)大于對(duì)取樣用時(shí)不大于5min的規(guī)定；所取煤樣一端長(zhǎng)時(shí)間暴露，煤芯管與煤層摩擦生熱會(huì)引起煤樣溫度升高產(chǎn)生變質(zhì)、加速煤樣瓦斯解吸的問(wèn)題；鉆孔施工完畢至煤芯管送至孔底的時(shí)間段內(nèi)，孔底目標(biāo)煤樣段瓦斯已開(kāi)始逸散，而此時(shí)的瓦斯逸散量并未考慮到所取煤樣的瓦斯損失量中；松軟煤層中鉆孔穩(wěn)定性差，退鉆后再次鉆進(jìn)很容易偏離預(yù)定鉆孔路徑，導(dǎo)致煤芯管取樣法在松軟煤層中的應(yīng)用性較差。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，降低取樣作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高取樣精度和質(zhì)量，本發(fā)明提供了一種用于瓦斯含量定點(diǎn)取樣的往復(fù)式取樣方法，具體包括以下步驟：

1）將前端固定有煤芯管的空心鉆桿按預(yù)定鉆孔路徑進(jìn)行分段式鉆進(jìn)，每段鉆進(jìn)后，空心鉆桿固定不動(dòng)，將煤芯管連同進(jìn)入煤芯管中的煤層沿空心鉆桿的內(nèi)孔一起取出，并將巖層從煤芯管中取出后，再將煤芯管沿空心鉆桿的內(nèi)孔推入至空心鉆桿的前端并進(jìn)行固定，再次按預(yù)定鉆孔路徑進(jìn)行下一段鉆進(jìn)；

2）當(dāng)空心鉆桿鉆至取樣預(yù)定深度時(shí)，在煤芯管的前端開(kāi)口處設(shè)置連接有充氣管路的密封用氣囊，再將煤芯管沿空心鉆桿的內(nèi)孔推入至空心鉆桿的前端并進(jìn)行固定，空心鉆桿再次鉆進(jìn)至取樣長(zhǎng)度，煤樣進(jìn)入煤芯管內(nèi)，利用充氣管路對(duì)煤芯管前端的氣囊進(jìn)行充氣，氣囊膨脹后對(duì)煤芯管的前端進(jìn)行密封；

3）將密封后的煤芯管沿空心鉆桿的內(nèi)孔取出，氣囊放氣后將煤樣從煤芯管內(nèi)取出，完成定點(diǎn)取樣。

本發(fā)明的方法是在空心鉆桿的內(nèi)部設(shè)置煤芯管，在鉆孔至取樣的全過(guò)程中不用退鉆桿。通過(guò)對(duì)煤芯管的推入和取出操作實(shí)現(xiàn)取樣，因而可以大幅提高取樣速度，達(dá)到取樣用時(shí)不大于5min的規(guī)定。本方法不用在整個(gè)鉆孔過(guò)程中進(jìn)行退桿和進(jìn)桿，因此可以保證空心鉆桿始終按預(yù)定路徑進(jìn)行鉆孔，可以提高定點(diǎn)取樣的精確度，使煤芯管取樣法能夠適用于松軟煤層。

在達(dá)到取樣點(diǎn)時(shí)，仍然由鉆桿進(jìn)行鉆進(jìn)，可以解決傳統(tǒng)取樣法煤芯管與煤層摩擦生熱會(huì)引起煤樣溫度升高產(chǎn)生變質(zhì)、加速煤樣瓦斯解吸的問(wèn)題。在煤樣進(jìn)入煤芯管后，在煤芯管利用氣囊充氣膨脹后對(duì)管口實(shí)現(xiàn)密封，可以完全阻止在取樣過(guò)程中的瓦斯逸散，保證煤樣中瓦斯含量測(cè)定的準(zhǔn)確性。

另外，傳統(tǒng)的煤芯管取樣法在鉆孔過(guò)程中會(huì)排出大量粉塵，本方法采用往復(fù)式鉆進(jìn)，煤粉均隨煤芯管取出，全過(guò)程均無(wú)粉塵泄漏，不會(huì)影響工作環(huán)境。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的取樣方法，本發(fā)明還提供了一種用于瓦斯含量定點(diǎn)取樣的往復(fù)式取樣裝置，包括空心鉆桿、煤芯管和取芯桿；所述煤芯管為一端開(kāi)口的筒體，筒體外徑與空心鉆桿的內(nèi)徑匹配；所述空心鉆桿內(nèi)側(cè)壁的前端處設(shè)有用于固定煤芯管的煤芯管前限位和煤芯管后限位，煤芯管前限位為固定限位，煤芯管后限位為沿后向設(shè)置的單向限位；所述取芯桿為硬質(zhì)鉆桿，取芯桿的前端設(shè)有可拆卸的連接頭，連接頭用于驅(qū)動(dòng)煤芯管后限位并與煤芯管連接；

所述煤芯管的開(kāi)口處內(nèi)側(cè)壁設(shè)有環(huán)槽，環(huán)槽內(nèi)嵌設(shè)有氣囊，氣囊連接有充氣管；所述充氣管連接有充氣閥。

進(jìn)一步的，所述充氣閥設(shè)于煤芯管的后部。

進(jìn)一步的，所述煤芯管內(nèi)套設(shè)有密封性袋體，密封性袋體的開(kāi)口方向與煤芯管的開(kāi)口方向一致，所述氣囊與密封性袋體的開(kāi)口處連接。

進(jìn)一步的，所述單向限位為與空心鉆桿內(nèi)側(cè)壁彈性連接的限位塊，限位塊的一端為傾斜面，另一端為垂直面。

進(jìn)一步的，所述煤芯管前限位為沿空心鉆桿內(nèi)側(cè)壁設(shè)置的環(huán)形限位臺(tái)。

進(jìn)一步的，所述煤芯管的后端設(shè)有卡接頭；所述連接頭為與空心鉆桿的內(nèi)孔相匹配的筒形體，筒形體的前端開(kāi)口，筒形體的前端設(shè)有用于與所述卡接頭連接的快速卡扣。