[发明专利]一种低温气体介质冷却钻头采取煤芯设备及方法

说明书

本发明公开了一种低温气体介质冷却钻头采取煤芯设备及方法，取芯设备包括低温介质储罐、低温气体缓冲罐、压风系统、钻机、钻杆以及钻头；其方法的核心技术点为：低温介质储罐中的低温介质(液氮或液态二氧化碳)进入到低温气体缓冲罐中后，利用液态介质低温相变产生的压力，使低温气体从低温气体缓冲罐中进入低温气体管路和出气管路对钻头降温，从而达到低温采取煤芯的目的，解决了采取煤芯过程中钻头与煤层摩擦生热导致煤样瓦斯解吸过快，漏失量大的问题，有利于提高煤层瓦斯含量测值的准确性。

技术领域

本发明涉及煤层取芯领域，特别是一种低温气体介质冷却钻头采取煤芯设备及方法。

背景技术

我国是一个煤炭资源大国，也是煤炭消费大国，随着开采活动的进行，煤炭资源的深部开采已经成为新常态，而深部埋藏煤层瓦斯赋存丰富，同时瓦斯灾害也更加严重。据统计，我国高瓦斯矿井和由瓦斯突出危险的矿井占到了全国矿井总量的30％，重、特大瓦斯事故的高发频率并没有得到根本性的解决，这将严重阻我国安全生产工作的顺利进行。因此，煤矿瓦斯灾害治理工作，势在必行。

煤层瓦斯含量不仅是煤层瓦斯资源勘探开发不可或缺的基础参数，而且还是区域防突措施效果检验的主要指标。煤层瓦斯含量决定着矿井瓦斯等级，矿井瓦斯涌出量的大小，是矿井瓦斯涌出量和煤层突出危险性预测的重要依据。

目前，井下煤层瓦斯含量的测定方法主要有间接法和直接法，煤矿现场一般采用直接法。取芯法在取芯过程由于取芯钻头的对煤壁的切割以及取芯管的钻进回转与孔壁的摩擦均会导致取芯管和管内煤样温度升高，导致瓦斯解吸加速，漏失量增大，影响瓦斯含量测值的准确性，这可能会给国家造成严重的经济损失。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低温气体介质冷却钻头采取煤芯设备及方法，以解决上述技术背景中提出的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种低温气体介质冷却钻头采取煤芯设备，包括低温介质储罐、低温气体缓冲罐、压风系统、钻机、钻杆以及钻头；低温介质储罐通过管道依次与低温气体缓冲罐和钻机连接；所述压风系统通过管道与钻机连接，钻头通过钻杆与钻机连接。

进一步的，钻头包括中空型钻头和麻花型钻头；钻杆包括第一钻杆和第二钻杆，中空型钻头和麻花型钻头的的一端分别设有螺纹连接头，中空型钻头和麻花型钻头的另一端分别设有金刚钻颗粒；中空型钻头和麻花型钻头分别通过螺纹连接头与第一钻杆和第二钻杆的一端螺纹连接；第一钻杆和第二钻杆的另一端与钻机连接；第一钻杆的外壁圆周上以及第二钻杆的内部分别设有低温气体管路；中空型钻头的圆周上以及麻花型钻头的内部分别设有出气管路；低温气体管路和出气管路互相连通。

进一步的，低温介质储罐与低温气体缓冲罐之间的连接管道上设有第一阀门；低温气体缓冲罐与钻机之间的连接管道上设有第二阀门；压风系统与钻机之间的连接管道上设有第,三阀门。

进一步的，低温气体缓冲罐上分别设有压力表、温度表以及泄压阀，用于监测低温气体缓冲罐中低温气体的压力和温度，当压力过高时，可通过泄压阀释放部分气体降低罐中的压力。

进一步的，低温介质储罐中的低温介质为液氮或液态二氧化碳，液氮或液态二氧化碳具有制备简单、原料来源广泛等优点，降低设备的运行成本。

进一步的，低温气体介质冷却钻头采取煤芯设备还包括煤样采集器、所述煤样采集器用于收集采取出来的煤芯。

一种低温气体介质冷却钻头采取煤芯的方法，包括以下步骤：

S1、在未经过瓦斯抽采的石门、岩石巷道或新暴露的采掘工作面向岩层上布置孔位，同一地点至少应布置两个取样钻孔，且两个租养钻孔的间距不小于5m；

S2、根据取芯的种类选择不同的钻杆和钻头安装在钻机上；