[发明专利]一种松软煤层原位低损无尘取样装置及方法

说明书

本发明公开了一种松软煤层原位低损无尘取样装置及方法，包括设置在取样装置最前端可自主伸缩的双向取样钻头与防止钻取过程中煤粉逸散的集尘罩，在中间位置从上至下依次设置有煤样割‑抛装置、煤样夹持器、吸尘器及集尘箱；由旋转方向相反的内、外取样钻头在煤体内进行钻进，将低损伤程度的煤样沿取样钻头输送至取样装置内部；当目标段煤样进入煤样夹持器内时，调节围压控制器的收缩状态，给予松软煤样约束，以防止煤样发生碎散现象，再利用煤样割‑抛装置对煤样两端进行切割、打磨、抛光处理，进而获得一个规则的松软煤样试件。本发明结构清晰、操作简单、安全可靠，解决了现有碎软煤层易破碎、取样难度大等问题。

技术领域

本发明属于煤矿井下煤样钻取领域，具体涉及一种松软煤层原位低损无尘取样装置及方法。

背景技术

随着我国煤层开采深度的逐年增加，高地应力、强地质构造使得深部煤层松软、碎软的特性日益凸显，导致抽采过程中容易造成塌孔、堵孔等现象的发生，同时也增加了煤与瓦斯突出、冲击地压等矿井灾害发生的风险，严重威胁着煤矿安全高效生产和井下工作人员生命健康。

为此，在实验室开展相关的力学参数、渗流特性以及结构特征等实验是有效、且必不可少的环节。而煤样的获取则是开展实验的基础，目前，开展实验主要选取坚固性系数较大的硬煤，对其进行钻取和打磨，进而获得实验标准的原煤试件；而对于坚固性系数较低的松软煤层来说，由于钻取难度大、易破碎，主要通过破碎、筛分、压制的方式获得规则的型煤试件。然而由于型煤破坏了原始的孔隙结构，对实验结果会产生一定的误差与影响。

如何在不破坏煤体的原始孔隙-裂隙结构的条件下，尽可能地保留煤层原始赋存状态成为当前亟待解决的问题。通过获取松软煤层的完整煤样，为后期相关实验的开展提供更加真实的物质条件，进而为探究井下灾害发生机理与事故预防提供坚实的基础。因此，需要亟待提出一种针对现有取样方法不足的技术方案。

发明内容

针对上述现有碎软煤层易破碎、取样难度大等问题，本发明提出了一种松软煤层原位低损无尘取样装置及方法。

为解决上述问题，本发明提供了如下的技术方案：

本方案提供的一种松软煤层原位低损无尘取样装置，包括设置在取样装置最前端可自主伸缩的双向取样钻头与防止钻取过程中煤粉逸散的集尘罩，在中间位置从上至下依次设置有煤样割-抛装置、煤样夹持器、吸尘器及集尘箱；由旋转方向相反的内、外取样钻头向煤层预定取样位置钻进，将低损伤程度的煤样沿取样钻头输送至取样装置内部；当目标段煤样进入煤样夹持器内时，调节围压控制器的收缩状态，给予松软煤样约束，以防止煤样发生碎散现象，再利用煤样割-抛装置对煤样两端进行切割、打磨、抛光处理，进而获得一个规则的松软煤样试件；将夹持器及煤样一同拆卸、取出，为下一步开展力学参数、渗流实验提供更为真实的物质条件。

优选的，所述的双向取样钻头是由旋转方向相反的内、外两个取样钻头构成，避免单钻头对煤体产生单一方向较大的作用力而导致煤体产生较大范围的变形破坏；采用双向钻头钻进煤体内部，大幅地降低因钻取工作而造成松软煤体发生的损伤，达到低损取样的目的。

优选的，所述的煤样在钻取过程中，利用集尘罩阻隔了煤粉的逸散，并通过吸尘器进行除尘；在取样装置内部的切割、打磨、抛光过程均通过吸尘孔口将产生的煤粉进行清除与收集，实现了取样全流程周期的无尘化。

优选的，所述的煤样割-抛装置包括了割-抛控制器、切割机以及割-抛控制线路；在取样装置内部设置了两组切割刀片，分别为#1切割刀片和#2切割刀片；在切割刀片的侧面安装有用于切割后煤样的打磨和抛光功能，进而减少了煤样因转移而导致二次损伤发生的风险；所述的割-抛控制器通过割-抛控制线路实现切割机上升、下降以及煤样切割、打磨、抛光一体化的功能。