[发明专利]一种自密封自解压煤层取样方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤层取样方法及取样装置，特别是关于一种具有高保真的自密封自解压煤层取样方法及装置。

背景技术

煤矿瓦斯是威胁煤矿安全生产的主要因素之一，为了保证安全生产，国家要求对煤层瓦斯含量进行精确测定。常用的煤层瓦斯含量间接确定法是根据煤层原始瓦斯压力和实验室测定的煤吸附常数值及工业分析结果，并且运用朗格缪尔方程计算瓦斯含量。该方法的关键在于井下煤层瓦斯压力的准确测定，但煤层原始瓦斯压力测定工艺较复杂，如测点的选择布置、封孔工艺、各漏气环节的处理等，无论哪个环节处理不慎均可导致测压结果失效或不可靠；无论是主动测压还是被动测压，其测压时间均在数天以上，测定周期较长；测定时需要现场施工钻场和测压钻孔，需要特殊的封孔装备及材料等，同时还需要进行实验室测试分析，工程量较大，成本较高；另一方面，直接测定煤层瓦斯含量的方法是通过取样钻孔将煤芯从煤层深部取出，及时放入煤样筒中密封，然后计算煤样中瓦斯的含量。国内外也开发了许多直接取钻粉测定瓦斯含量的设备，如普通单层取样管、双层取样管，但因其密封方法与原理没有大的突破，煤样瓦斯漏失严重，没有得到较好的推广应用，测定的瓦斯含量普遍偏低，不利于瓦斯防治措施的实施。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够在煤层钻探取样中及取样后，实现前端自动密封和后端自动解压的取样方法及装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种自密封自解压煤层取样方法，其包括以下步骤：(1)设置一具有内、外管，真空管和取样钻头的取样器，所述内、外管同时连接所述真空管，所述取样钻头固定在所述外管前端，所述内管后端设置一脆性挡板，所述内管内设置一活塞，在活塞与脆性挡板之间放入密封液，在真空管内设置吸附材料，在真空管尾部设置抽气管路；(2)当取样钻头钻进煤层时，煤样进入所述活塞前端，并不断挤压活塞将密封液通过所述内管上设置的出液孔流入内、外管之间的间隙，并从取样钻头与内管之间的间隙渗透、包裹和固化煤样，形成煤样的前端密封；(3)当活塞压碎脆性挡板后，取煤样结束，煤样中承压的瓦斯气体会自动顶压活塞继续向后运动并最终顶开所述活塞内 的单向阀泄压，进入真空管内的瓦斯气体被吸附材料吸附；(4)吸附结束后，取出煤样和吸附材料，进行常规瓦斯含量测量和计算。

在所述取样器的后端设置一包括空心钻杆和钢丝膨胀胶囊的可膨胀胶囊封孔器，所述钢丝膨胀胶囊两端固定一前、后轴承，所述钻杆滑动地穿设在所述前、后轴承内；所述钻杆的前端固定一连接所述取样器的适配器；向所述钻杆内送入高压水，水通过所述钻杆上的出水孔进入钢丝膨胀胶囊，使其膨胀形成对煤层钻孔的密封。

在所述钻杆内设置一单向阀，并在适配器上设置出水孔，当高压水使钢丝膨胀胶囊膨胀形成对煤层钻孔的密封后，在继续升高的水压作用下自动打开所述单向阀，使高压水从适配器上的出水孔流出，进入取样器与煤层钻孔之间的间隙，为取样器的取样钻头供冷却水。

一种实现上述方法的自密封自解压煤层取样装置，其特征在于：它包括一煤层取样器和一与其固定连接的可膨胀胶囊封孔器；所述取样器包括一真空管、一外管、一内管和一取样钻头；所述内、外管的后端分别旋接在所述真空管的内、外壁上，所述取样钻头旋接在所述外管前端的内壁上，且与所述内管之间留有一间隙；所述内、外管之间具有一环形间隙，所述内管后端设置有若干出液孔；所述内管内设置有一将其分为取样室和密封液室的活塞，所述活塞中心具有一贯通孔，所述贯通孔内设置有一单向截止阀；所述密封液室的尾部设置有一脆性挡板，所述脆性挡板后方为一固定在所述真空管内的刚性挡圈，所述真空管内放置有吸附材料，所述真空管尾端设置有一密封用橡胶塞，所述橡胶塞上设置有一连接气泵的抽气管；所述可膨胀胶囊封孔器包括一空心钻杆和一钢丝膨胀胶囊，所述钢丝膨胀胶囊前、后端分别固定连接一前、后轴承，所述钻杆滑动地设置在所述前、后轴承内，所述钻杆上设置有若干与所述钢丝膨胀胶囊连通的出水孔，所述钻杆内设置有一单向阀，所述钻杆前端固定连接一与所述煤层取样器连接的适配器，所述适配器上设置有若干出水孔。

所述外管前端靠近所述取样钻头的位置设置有扩孔器。

所述活塞前端呈圆柱形，后端呈圆锥形，与所述后端的圆锥形对应，所述刚性挡圈内圈为一圆锥形泄压孔。

所述真空管的后端设置一快速接头，所述快速接头与所述钻杆前端的适配器固定连接。

所述真空腔内放置的吸附材料为有易吸附瓦斯材料。

在所述取样器外管的前端管壁上设置有扩孔器，在所述内、外管之间设置有 卡簧。