专利名称：一种内封式煤样取样器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种煤样取样器，特别是关于一种用于测定煤层瓦斯含量的内封式煤样取样器。
背景技术：
煤层瓦斯含量是反映煤层瓦斯赋存情况的重要参数之一，是计算煤层瓦斯储量、 预测矿井瓦斯涌出量、进行瓦斯抽采设计和评价煤层煤与瓦斯突出危险性的重要依据。目前，煤层瓦斯含量测定方法主要有间接法和直接法。间接法根据实测的煤层瓦斯压力等参数，用朗格缪尔公式计算煤层瓦斯含量。该方法测试周期较长，成本较高，煤矿现场较少采用。在实际煤层瓦斯含量测定中主要采用直接法，直接法是通过钻孔取煤屑或煤芯，测定和计算取样过程的瓦斯损失量、解吸瓦斯量和残存瓦斯量，这三者之和为煤层瓦斯含量。这种方法会有瓦斯量损失过大的缺点，尤其在进行取样深度大于30米的钻孔取样时，取样深度越大，退钻过程煤样暴露时间越长，瓦斯损失量越大。因此如何降低或准确推算瓦斯损失量是一个亟待解决的问题。另外，煤屑的瓦斯解吸速度远大于块煤。煤屑脱离煤体初期的解吸速度非常快，如果能取出块状煤样，将极大地减小取样过程的瓦斯损失量，但是，国内的具有突出危险的煤层一般都比较松软，难以取出完整的块状煤样。虽然国内外也开发了许多直接取样测量瓦斯含量的装置，但是其取样方法及及其原理没有大的突破，取样过程中瓦斯损失严重，导致测定的煤层瓦斯含量测量结果存在较大的误差，不利于瓦斯防治措施的制定与有效实施。
发明内容针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种能够在测定煤层瓦斯含量时降低取样过程中瓦斯损失量的内封式煤样取样器。为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案一种内封式煤样取样器，它包括一入煤座、一取样筒、一外筒、一组合钻头、一离合器护套、一密封传动轴总成、一快接装置和一变径接头；其中，入煤座设置入煤通道，入煤座的后端固定连接在取样筒的前端；取样筒的前端内壁还设置一圈凹台，凹台上坐落一具有一中心通孔的支架，围绕中心通孔，支架上还设置若干过煤孔，支架上压设一与取样筒内壁固定连接的支架压套；取样筒底部中心处设置一螺孔；外筒中套有带有入煤座的取样筒，外筒与取样筒之间构成通风、通水用的通道；外筒的前端与组合钻头固定连接；外筒的后端与离合器护套的前端止口连接，滑动配合；密封传动轴总成包括一穿设在支架中心通孔中的空心轴，空心轴的顶部封闭，并设置一与入煤座下表面对应的密封头，取样后，密封头与入煤座的下表面配合，构成取样筒的上端密封；空心轴轴身中部设置一密封套，密封套通过其外圆上的左旋螺纹，反向拧在取样筒底部的螺孔中；在密封头和密封套之间，空心轴轴身上设置若干排气孔和一弹簧压板；在弹簧压板和密封套之间，空心轴上套设一压簧和一与取样筒底部上表面对应的内压盖，在压簧的作用下，取样时和取样后，内压盖始终顶在取样筒底部的上表面处；在密封套的下方，空心轴上设置一与取样筒底部下表面对应的外封堵，取样后，外封堵与取样筒底部下表面配合，构成取样筒的下端密封；在外封堵的下方，空心轴上依次套设一前轴承、一被动离合器、一主动离合器、一大压簧和一后轴承；其中，前轴承的外圆与外筒的下部固定连接；被动离合器的前端与外筒的后端固定连接，被动离合器的前端外圆上还设置若干与离合器护套上部顶丝孔配合的顶丝凹槽，拧入其中的顶丝与顶丝凹槽的底部留有空隙；主动离合器在大压簧的作用下与被动离合器自然齿合，其内径通过若干键槽套在空心轴上，与空心轴形成前后滑动反转时后移，正转时前行；后轴承的外圆与离合器护套的下部固定连接；空心轴的末端与快接装置固定连接，快接装置末端设置一气阀；变径接头的前端与离合器护套的后端固定连接。上述入煤座是一顶部具有凸缘的圆柱体，圆柱体上表面为一倒立的锥面，下表面为一正立的锥面，两锥面顶部对通，从而构成入煤通道；与入煤座的下表面对应，密封头为一具有密封圈的锥形密封头。上述取样筒底部上表面呈一倒立锥面，下表面呈一正立锥面；与取样筒底部上表面对应，内压盖为一倒立锥体；与取样筒底部下表面对应，外封堵为一正立锥体。通过开孔销，上述密封轴顶部固定连接密封头，密封轴固定连接弹簧压板。上述入煤座与取样筒，取样筒内壁与支架压套，外筒与组合钻头，密封轴与外封堵以及被动离合器与外筒均是螺纹连接。上述前轴承的外圆与外筒以及后轴承的外圆与离合器护套均是通过顶丝固定连接。本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本实用新型由于采用内封式取样缩短了取样过程中煤样暴露的时间，从而极大的减小了取样过程的瓦斯损失量， 提高了瓦斯含量测量值的准确性。2、本实用新型由于采用上端、下端密封取样筒进行瓦斯解吸，瓦斯解吸测试过程中无需转移取样筒内的煤样，直接通过快接装置连接解吸设备进行瓦斯解吸，从而减小了井下解吸测试过程中瓦斯损失，有利于准确测定瓦斯含量。本实用新型可以广泛用于煤矿煤层瓦斯含量的测定与检测过程中。

图1是本实用新型取样时的结构示意图图2是本实用新型取样后的结构示意图图3是本实用新型组合钻头的俯视图
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。为叙述方便，下文中的 “上”，“下”或“前”，“后”与附图中的上、下方向一致，但是在使用过程中，装置是横向使用， “上”或“前”的方向是朝向煤层。如图1所示，本实用新型包括一入煤座1、一取样筒2、一外筒3、一组合钻头4、一离合器护套5、一密封传动轴总成6、一快接装置7和一变径接头8。本实用新型的入煤座1设置有入煤通道101。入煤座1的后端与取样筒2的前端螺纹连接，连接方式不限于此。
5[0017]本实用新型的取样筒2开口处下方内壁上设置有一圈凹台201。凹台201上坐落一具有一中心通孔202的支架203，围绕中心通孔202，支架203上还设置有若干过煤孔204。 支架203上压设有一与取样筒2内壁螺纹连接的支架压套205，连接方式不限于此。取样筒 2的底部中心设置有一螺孔206。本实用新型的外筒3呈管状，前端与组合钻头4螺纹连接，连接方式不限于此，后端开口处则设置有止口 301，与离合器护套5的前端通过止口方式连接，滑动配合。外筒3 中间套设带有入煤座1的取样筒2，两筒之间构成通风、通水用的通道302。本实用新型的离合器护套5呈管状，前端开口处设置有与外筒3后端止口 301对应的止口 501。本实用新型的密封传动轴总成6包括一穿设在支架203中心通孔202中的空心轴 601，空心轴601的顶部封闭，并固定连接有一与入煤座1下表面对应的密封头602。取样后，密封头602与入煤座1下表面102配合，构成取样筒2的上端密封。空心轴601的轴身中部设置有一密封套603，密封套603通过其外圆上的左旋螺纹，反向拧在取样筒2底部的螺孔206中。在密封头602和密封套603之间，空心轴601的轴身上设置有若干直径2 4mm的排气孔604和一弹簧压板605。在弹簧压板605和密封套604之间，空心轴601上套设一压簧606和一与取样筒2底部上表面207对应的内压盖607。在压簧606的作用下，取样时和取样后，内压盖607始终顶在取样筒2底部的上表面207处。在密封套603的下方， 空心轴601上固定一与取样筒2底部下表面208对应的外封堵608，取样后，外封堵608与取样筒2底部下表面208配合，构成取样筒2的下端密封(如图2所示)。在外封堵608的下方，空心轴601上依次套设一前轴承609、一被动离合器610、一主动离合器611、一大压簧612和一后轴承613。其中，前轴承609的外圆与外筒3的下部通过顶丝固定连接，连接方式不限于此。被动离合器610的前端与外筒3的后端螺纹连接， 连接方式也不限于此。被动离合器610的前端外圆上还设置若干与离合器护套5上部顶丝孔配合的顶丝凹槽614，拧入其中的顶丝与顶丝凹槽614的底部留有空隙，用以防止反转时离合器护套5与外筒3脱节，并确保离合器护套5反转时外筒3不会转动。主动离合器611 在大压簧612的作用下与被动离合器610自然齿合，其内径通过两个键槽615套在空心轴 601上，键槽615的个数可以是三个或更多，从而与空心轴601形成前后滑动反转时后移， 正转时前行。后轴承613的外圆与离合器护套5的下部通过顶丝固定连接，连接方式不限于此。空心轴601的末端与快接装置7螺纹连接，连接方式也不限于此。快接装置7的末端设置有一气阀701，在外接瓦斯解吸设备进行瓦斯解吸以前，气阀701处于关闭状态。本实用新型变径接头8的前端与离合器护套5的后端螺纹连接，连接方式不限于此。上述实施例中，如图1所示，入煤座1可以是一顶部有凸缘的圆柱体，圆柱体的下表面102为一正立的锥面，与其对应，密封头602为一有密封圈616的锥形密封头。上述实施例中，如图1所示，取样筒2的底部上表面207可以是一倒立的锥面，下表面208可以是一正立的锥面。与取样筒2底部上表面207对应，内压盖607为一倒立锥体；与取样筒2底部下表面208对应，外封堵608为一正立锥体。上述实施例中，如图3所示，设置在外筒3前端的组合钻头4可以包括一筒状的钻头座401，钻头座401的中心位置设置有一中心钻头402，以中心钻头402为圆心，在钻头座401的同一圆周上设置有若干小钻头403，在钻头座401筒壁的顶部设置有若干小钻头404。上述实施例中，如图1所示，密封轴601顶部可以通过开孔销617固定连接密封头 602，密封轴601轴身上可以通过开孔销618固定连接弹簧压板605。上述实施例中，外封堵608可以通过内螺纹固定在密封轴601上，也可以焊接固定在密封轴601上。本实用新型在使用时先施工钻孔至预定深度，退出钻杆，然后将本实用新型通过变径接头8连接至钻机及钻杆，送入钻孔进行定点取样。首先，钻机的钻杆顺时针正转，通过变径接头8带动离合器护套5转动，离合器护套5通过主动离合器611和被动离合器610 带动外筒3转动，外筒3又带动组合钻头4上的中心钻头402从煤层上取出块状煤样，小钻头403、404再将块状煤样打磨成小于20mm的煤屑，煤屑通过入煤座1的入煤通道101进入取样筒2内。取样后，钻机的钻杆反转若干圈，反转圈数大于15圈，钻杆上已装有防退扣装置，主动离合器611与被动离合器610脱离，从而脱离外筒3，因此，此时只有主动离合器611带动空心轴601反向旋转；在密封套603外圆上的左旋螺纹的作用下，空心轴601前进，密封头602与入煤座1下表面102102配合完成取样筒2的上端密封；同时，外封堵608 与取样桶2底部下表面208配合完成取样筒2的下端密封。退出钻杆，将本实用新型从钻杆上取下，将密封轴601末端的快接装置7上的气阀701打开，并与外部的瓦斯解吸设备连接，此时，煤样中的瓦斯气体便通过空心轴601上的排气孔604进入轴内，接着导入外部的瓦斯解吸设备，从而进行井下现场瓦斯解吸测试。上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
权利要求1.一种内封式煤样取样器，其特征在于它包括一入煤座、一取样筒、一外筒、一组合钻头、一离合器护套、一密封传动轴总成、一快接装置和一变径接头；其中，所述入煤座设置入煤通道，所述入煤座的后端固定连接在所述取样筒的前端；所述取样筒的前端内壁还设置一圈凹台，所述凹台上坐落一具有一中心通孔的支架，围绕所述中心通孔，支架上还设置若干过煤孔，所述支架上压设一与所述取样筒内壁固定连接的支架压套；所述取样筒底部中心处设置一螺孔；所述外筒中套有带有所述入煤座的所述取样筒，所述外筒与所述取样筒之间构成通风、通水用的通道；所述外筒的前端与所述组合钻头固定连接；所述外筒的后端与所述离合器护套的前端止口连接，滑动配合；所述密封传动轴总成包括一穿设在所述支架中心通孔中的空心轴，所述空心轴的顶部封闭，并设置一与所述入煤座下表面对应的密封头，取样后，所述密封头与所述入煤座的下表面配合，构成所述取样筒的上端密封； 所述空心轴轴身中部设置一密封套，所述密封套通过其外圆上的左旋螺纹，反向拧在所述取样筒底部的螺孔中；在所述密封头和所述密封套之间，所述空心轴轴身上设置若干排气孔和一弹簧压板；在所述弹簧压板和所述密封套之间，所述空心轴上套设一压簧和一与所述取样筒底部上表面对应的内压盖，在所述压簧的作用下，取样时和取样后，所述内压盖始终顶在所述取样筒底部的上表面处；在所述密封套的下方，所述空心轴上设置一与所述取样筒底部下表面对应的外封堵，取样后，所述外封堵与所述取样筒底部下表面配合，构成所述取样筒的下端密封；在所述外封堵的下方，所述空心轴上依次套设一前轴承、一被动离合器、一主动离合器、一大压簧和一后轴承；其中，所述前轴承的外圆与所述外筒的下部固定连接；所述被动离合器的前端与所述外筒的后端固定连接，所述被动离合器的前端外圆上还设置若干与所述离合器护套上部顶丝孔配合的顶丝凹槽，拧入其中的顶丝与所述顶丝凹槽的底部留有空隙；所述主动离合器在所述大压簧的作用下与所述被动离合器自然齿合， 其内径通过若干键槽套在所述空心轴上，与所述空心轴形成前后滑动反转时后移，正转时前行；所述后轴承的外圆与所述离合器护套的下部固定连接；所述空心轴的末端与所述快接装置固定连接，所述快接装置末端设置一气阀；所述变径接头的前端与所述离合器护套的后端固定连接。
2.如权利要求1所述的一种内封式煤样取样器，其特征在于所述入煤座是一顶部具有凸缘的圆柱体，圆柱体上表面为一倒立的锥面，下表面为一正立的锥面，两锥面顶部对通，从而构成所述入煤通道；与所述入煤座的下表面对应，所述密封头为一具有密封圈的锥形密封头。
3.如权利要求1所述的一种内封式煤样取样器，其特征在于所述取样筒底部上表面呈一倒立锥面，下表面呈一正立锥面；与所述取样筒底部上表面对应，所述内压盖为一倒立锥体；与所述取样筒底部下表面对应，所述外封堵为一正立锥体。
4.如权利要求2所述的一种内封式煤样取样器，其特征在于所述取样筒底部上表面呈一倒立锥面，下表面呈一正立锥面；与所述取样筒底部上表面对应，所述内压盖为一倒立锥体；与所述取样筒底部下表面对应，所述外封堵为一正立锥体。
5.如权利要求1 4任一项所述的一种内封式煤样取样器，其特征在于通过开孔销， 所述密封轴顶部固定连接所述密封头，所述密封轴固定连接所述弹簧压板。
6.如权利要求1 4任一项所述的一种内封式煤样取样器，其特征在于所述入煤座与所述取样筒，所述取样筒内壁与所述支架压套，所述外筒与所述组合钻头，所述密封轴与所述外封堵以及所述被动离合器与所述外筒均是螺纹连接。
7.如权利要求5所述的一种内封式煤样取样器，其特征在于所述入煤座与所述取样筒，所述取样筒内壁与所述支架压套，所述外筒与所述组合钻头，所述密封轴与所述外封堵以及所述被动离合器与所述外筒均是螺纹连接。
8.如权利要求1或2或3或4或7所述的一种内封式煤样取样器，其特征在于所述前轴承的外圆与所述外筒以及所述后轴承的外圆与所述离合器护套均是通过顶丝固定连接。
9.如权利要求5所述的一种内封式煤样取样器，其特征在于所述前轴承的外圆与所述外筒以及所述后轴承的外圆与所述离合器护套均是通过顶丝固定连接。
10.如权利要求6所述的一种内封式煤样取样器，其特征在于所述前轴承的外圆与所述外筒以及所述后轴承的外圆与所述离合器护套均是通过顶丝固定连接。
专利摘要本实用新型涉及一种内封式煤样取样器，它包括入煤座、取样筒、外筒、组合钻头、离合器护套、密封传动轴总成、快接装置和变径接头。入煤座与取样筒前端连接，取样筒套设在外筒内，外筒前端连接组合钻头。密封传动轴总成的密封套通过左旋螺纹密封连接在取样筒底部的螺孔中。整个装置通过变径接头连接至钻杆，当钻机带动钻杆反转时，在主动离合器的单向作用下，密封头进入入煤座下表面的通孔中，完成取样密封。解析时，煤样中的瓦斯通过空心轴末端的快接装置进入瓦斯解吸设备，进行井下现场瓦斯解吸测试。本实用新型可以广泛应用于煤矿煤层瓦斯含量的测定与检测过程中。
文档编号G01N1/08GK202305262SQ20112041130
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者于猛, 宋寿江, 徐阿猛, 沐俊卫, 王庆永, 贺虎, 陈绍杰 申请人:华北科技学院, 淮北矿业股份有限公司祁南煤矿