[发明专利]煤矿井下长距离定点原位密闭取心装置及方法

说明书

本发明涉及一种煤矿井下长距离定点原位密闭取心装置及方法，属于煤矿安全及地质勘探技术领域，具体是涉及一种煤矿井下长距离定点原位密闭取心装置及方法。该装置及方法采用蓄能升压式、取心解吸一体化、多次打压式结构，解决现有取心方式存在的更换钻具期间孔底煤体的暴露而造成的瓦斯逸散，保证长距离、定点、并钻取到新鲜暴露煤心，进而提高煤层瓦斯含量测试精度。

技术领域

本发明涉及一种煤矿井下长距离定点原位密闭取心装置及方法，属于煤矿安全及地质勘探技术领域，具体是涉及一种煤矿井下长距离定点原位密闭取心装置及方法。

背景技术

瓦斯含量是矿井瓦斯灾害防治、瓦斯资源评价和开发等相关领域的重要基础参数。瓦斯含量包括损失气量、解吸气量和残余气量。目前，解吸气量和残余气量均可实测获得，而损失气量只能通过煤心初期解吸规律推算获得，煤心暴露时间越长，损失气量估算越不准确。《煤层瓦斯含量井下直接测定方法》标准中规定：瓦斯含量测定的煤样从暴露到被装入煤样罐密封所用的实际时间，不应超过5min。但在煤矿工程实际中，钻孔长距离瓦斯含量样品采样时间均远大于5min，其瓦斯含量测定的结果往往与实际值相差较大，给煤矿安全生产和瓦斯资源的勘探开发造成误判。

煤心暴露时间与煤心采取方式密切相关，现有采取方式包括敞开式岩心管取样、孔口接煤、密闭取心等方式，岩心管取样煤心暴露时间长，孔口接煤存在煤心暴露时间长、无法定点等问题；目前的密闭取心装置及测试方法采用钻孔施工—退出钻具—送入取心装置—取心钻进—投球—关闭阀门—退出取心装置—取出取心内筒—现场解吸等工艺流程，退钻杆及输送取心装置期间，钻孔一直处于非保压状态，孔底原位煤体长时间暴露于空气或无压水中而逸散瓦斯，导致后面钻取到的煤心为非新鲜揭露，造成无法精确获取原位瓦斯信息。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明主要的目的是解决现有技术中所存在的上述的技术问题，提供了一种煤矿井下长距离定点原位密闭取心装置及方法。该装置及方法是采用蓄能升压式、取心解吸一体化、多次打压式结构，解决现有取心方式存在的更换钻具期间煤体的暴露而造成的瓦斯逸散，保证长距离、定点、并钻取到新鲜暴露煤心，进而提高煤层瓦斯含量测试精度。多次打压式结构是指原位密闭取心装置内设计的打压装置可实现两次打压，继而实现取心内筒的两次下行。蓄能升压式，即封堵球封堵水路，活塞与钻杆内部形成密封缸，由持续泵注液体产生高压，此高压最大值由动力剪切销钉决定，动力剪切销如被剪断，则活塞及推动机构下行直至泄压。取心解吸一体化是指取心内筒既作为取煤器，又可直接用于瓦斯含量测定，无需倒罐。

为解决上述问题，本发明的方案是：

与现有方法相比，本发明的煤矿井下长距离定点原位密闭取心装置及长距离定点原位密闭取心方法具有如下效果：

本发明的原位密闭取心装置在进入孔底后先开启无心钻进，取心装置不收集煤心，钻进至设计取心点时，通过第一次打压开启取心装置内球阀，取心装置收集煤心，之后通过第二次打压使得原位密闭取心装置内球阀关闭，通过密闭取心装置无心钻进与取心钻进切换工艺，解决现有取心方式存在的更换钻具期间孔底煤体的暴露而造成的瓦斯逸散，保证钻取到新鲜暴露煤心，使瓦斯含量测值更真实、更准确。

本发明首次提出直接推动取心内筒下行的方式，取消推动筒，优化装置内部结构，在不减少取心内筒容积的情况下，缩小密闭取心装置体积，满足小孔径取心钻孔需求，实现了装置的小型化、便携化。

附图说明

并入本文并形成说明书的一部分的附图例示了本发明的实施例，并且附图与说明书一起进一步用于解释本发明的原理以及使得所属领域技术人员能够制作和使用本公开。

图1为本发明的煤矿井下长距离定点原位密闭取心方法的示意图。