[发明专利]一种负角度无损失钻孔取样装置及取样方法

说明书

本发明属于井下煤层取样设备技术领域，具体是一种负角度无损失钻孔取样装置及取样方法。包括腔体，腔体顶部设置腔体上盖以及钻头座，钻头座上安装有钻头合金头，腔体上盖中部设置有圆孔，腔体位于腔体上盖下方位置安装有电动球阀，电动球阀安装在煤样罐的出口处，电动球阀上端穿过圆孔内，煤样罐固定在腔体内壁上，煤样罐底部设置煤样罐下气口，电动球阀的电动球阀齿轮与传动上伞齿轮啮合，传动上伞齿轮固定在传动杆上端，传动杆下端固定传动杆下齿轮，传动杆下齿轮与电机输出齿轮啮合，电机输出齿轮固定在电机的输出轴上，电机由电池供电。取样方法可改进原有瓦斯含量测定中的损失量的计算方法，在瓦斯含量计算中可省去损失量的计算。

技术领域

本发明属于井下煤层取样设备技术领域，具体是一种负角度无损失钻孔取样装置及取样方法。

背景技术

瓦斯含量是在原始状态下，单位质量或单位体积煤体中所含有的甲烷及重烃气体量，分为解析量、残存量及损失量，解析量和残存量目前可通过仪器准确测算，而损失量的计算方法是根据解析量与时间的曲线规律，拟合出损失量的数值，由于取样时间的记录及初始解析量的突然涌出，使得损失量在实际应用中存在很大的误差。目前《一种无损瓦斯的煤样取样装置及方法》、《一种煤矿深孔定点密闭取样装置及取样方法》等方法均适用于水平钻孔或者正角度的钻孔，煤样可利用重力进入取样器中，对于负角度或者垂直向下的钻孔，其取样装置和取样方法无法适用。

目前井下煤层取样根据取样钻孔设计方案在井下巷道内用麻花钻具向预定取样地点施工取样钻孔。钻孔到达预定取样地点时，利用麻花钻具的螺旋排粉功能，在孔口接煤粉，装入煤样罐，紧闭煤样罐保证其气密性完好。此种方法操作简单，但是对于取出的煤样易造成如下问题：

煤的瓦斯解吸量与时间呈幂指数关系，煤屑在孔壁内暴露时间越长，瓦斯的逸散量越大。在打钻过程中，受到钻杆与孔壁的摩擦作用，采取的煤样混有孔壁残留煤粉，煤样不完全来自预定取样地点；孔深较大时，预定取样地点的煤样在孔内运行时间较长；下向孔取样效果不佳。由此造成测定的瓦斯含量偏低，造成“低含量突出”的现象。

1、在施工顺层短钻孔时，煤屑在麻花钻杆的螺旋叶片结构对煤屑产生的摩擦力带动下向外运动，煤屑在孔内运动时间较长，造成取样时间较长，不能满足GB/T23250-2009《煤层瓦斯含量井下直接测定方法》要求，定点取样且取样时间不大于 5min。孔壁残留煤粉和麻花钻杆与孔壁摩擦作用产生煤粉，造成采取煤样不纯净，且钻孔过程中摩擦产生热量加速煤屑的瓦斯解吸。

2、在施工穿层钻孔和顺层长钻孔时，采用风压排屑，风压0.5MPa左右。风压排屑过程中也会出现“混样情况”，且孔内产生正压环境，高于标准大气压解吸条件，影响煤屑解吸，造成瓦斯量推算不准确，影响瓦斯含量测试结果。

3、对于负角度钻孔，煤样无法利用重力进入取样器中，目前无有效办法解决负角度钻孔煤样取样密封问题。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供一种负角度无损失钻孔取样装置及取样方法。

本发明采取以下技术方案：一种负角度无损失钻孔取样装置，包括腔体，腔体顶部设置腔体上盖以及钻头座，钻头座上安装有钻头合金头，腔体上盖中部设置有圆孔，腔体位于腔体上盖下方位置安装有电动球阀，电动球阀安装在煤样罐的出口处，电动球阀上端穿过圆孔内，煤样罐固定在腔体内壁上，煤样罐底部设置煤样罐下气口，电动球阀的电动球阀齿轮与传动上伞齿轮啮合，传动上伞齿轮固定在传动杆上端，传动杆下端固定传动杆下齿轮，传动杆下齿轮与电机输出齿轮啮合，电机输出齿轮固定在电机的输出轴上，电机由电池供电。

进一步的，煤样罐内壁固定有电动推杆，电动推杆上端安装有调心推力轴承，调心推力轴承上端安装有电机及减速器，电机及减速器上端安装有负角度旋转提升器，负角度旋转提升器上方正对煤样罐的出口。