专利名称：采集井下突出煤层完整煤芯的取芯方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及離灾害预测技术领域，尤其是涉及一种采集井下突出煤层完整煤
芯的取芯方法及，。
背景技术：
^^f周知，目前井下石门揭火難行突出预测时普 ^用的取芯方法是采用短钻
筒取芯。《防治煤与瓦斯突出细贝IJ》第30条对此作了规定在打测压孔的过程中， 每米煤孔采取一个煤样，测定煤的坚固性系数(f)。(参考文献中华人民共和国煤 炭Xik部制订，《防治煤与瓦斯突出细则》，J:驟:Olk出版社，1995年10月，P18。) 在f顿这种方》採取煤芯时，通常的做法是每用短钻筒J1A煤层采集一个煤样后， 换上钻头，用压力7jC排屑，向前 1米，循环采用±^做法，直至itA煤层顶板。 这种取芯方法的不^t处在于突出主要来自于软分层，硬分层的煤体是不突出的， 而^^用每米^^集一^"煤样的方法，很有可能会M陛具有突出危险的软分层煤芯漏 失掉。此外，采用短钻筒取芯时，钻筒对煤体的破坏较大，短钻筒是镶嵌了合金的 单筒取芯，，取芯时不采用压力7jC排屑，靠钻t/lii旋,HA煤层，取得部分煤 芯。在突出预测中，这种受人为因素破坏的煤芯还会干扰预测的准确性。
在地质勘探过程中，目前还广泛采用双管单动取芯装置，这种取芯，在地面 勘探过程中可以取出95%左右的煤芯，慰也质勘探的禾U器。但是，这种取芯驢无 法用于井下突出煤层的取芯， 一是这种取芯體在地面勘探时，内管处于垂直悬挂 的状态，外管转动，内管不转动，可以将钻头体切削下来的煤芯及时送入内管中保 护棘，但是当将这种取芯驢用于井下突出煤层取芯时，钻孔倾角发生改变，内 管不再处于垂直状态，内管的下端搁在外管上，受外管的摩擦影响，内管将,转 动，iSA内管的煤芯被破碎，容易堵塞在内管的管口处，阻碍后续的煤芯^A内管; 二是在地面勘探时，由于采用泥浆作为排屑介质，在弓駄的泥浆压力作用下，煤孔 不容易向内'娜，始终會^l呆证排屑鹏的畅通。而井下取芯时采用7jC舰縮空气
作为排屑介质，压力较小，软分层煤術艮容易压入;I:對L形成抱钻，阻碍煤屑的排 出。
发明内容
本发明的目的是克服已有技术的不粒处，掛共一种方法简单，结构紧凑，取 芯^^好的采集井下突出煤层完 芯的取芯方法及，。 本发明采集井下突出煤层完整煤芯的取芯方法
a. 首先在工作面向煤层方向钻一个孔，钻孔到达煤层后，停下钻机，将l^f及 钻头取出；
b. 将取芯體与钻杆相连，送入钻孔，边转动边钻进，直达煤层； C.继续钻进，并通过钻杆送入压风排屑；
d. 当取芯装置深入煤层的长度达到半合内管的长度时，停止钻进，向外拉动取 芯装置，此时取芯，卡环座上的卡环向前滑动卡住煤芯，在,战干拉力作用下，拉 断煤芯；
e. 将取芯驢拉出孑"卜，从钻杆上拧下，拧开连接头，取出半合内管，将半合 内管两端的内管接头及卡环座松开，打开半合内管，取出煤芯，方IA专用煤芯采样 盒内，完成一次取芯工作；
f. 将取芯驢组装好，重复b e的步骤，直至取芯體穿过煤层为止，完成全 部的取芯工作。
戶诚向煤层钻一个孔的直径大于ioo亂
本发明采集井下突出煤层完整煤芯的取芯装置，包括钻头，用于固定钻头及旋 转时切屑煤 L的外管，设砂嗜内用于储存圆禾拂煤芯的半合内管，连樹专递钻进 力和旋转力的连接头；半合内管的前端为卡S^—起的卡环mS卡环，卡环座支撑 在底托轴承上，半合内管的尾端连接有内管接头，内管接头与连接头内的轴承套相 连接，使半合内管处于悬浮状态；夕嗜与连接头连为一体。
戶脱的半合内管为两个偏心的半合管组成；戶做的内管接头内设有泄气阀；所 述的夕卜管上设有用于护孔及排屑的螺旋刃；戶脱的钻头上镶嵌有两圈呈阶梯形的合 金片。
本发明的有益效果取芯方法简单，整魏置结构紧凑，取芯效果好，性能稳 定、可靠，對斥方便，运转灵活，4顿方便。M多次石门及井筒中取芯作业实验 表明，本发明适用于石门及井筒工作面进行多次取芯作业，取煤芯完整，为深部开
M:程中进行煤与瓦斯突出预测提供了极其重要的数据，为矿山井下安全作业掛共 了有禾啲保证。尤其魏于硬度f^以下的j;媒非常适用，无论煤层是硬煤、软煤，
或是软、硬妊赋存，在钻孔倾角处于一90° 90°的范围内者阿以取出，取芯率 达到98%左右，为现场准确判断工作面 煤层的突出危险性，提供了判断依据。 劍于石门及井筒揭煤前确定软分层的^S，预测煤层的突出危险性，具有重要的 作用。
附图为本发明煤层完整煤芯的取芯體结构图中1-连接头；2-定位螺母；3-可调螺杆；4-上轴承；5-轴承套；6-下轴承 7-凸^!累母；8-螺母；9-内管接头；l(H冈球；ll-泄气阀；12-半合内管；13-外管； 14-注油杯；15-钻头；16-卡环座；17-底托轴承；18-卡环；19-钻孔合金片；螺旋 刃20。
具体实施方式
本发明采集井下突出煤层完整煤芯的取芯方法
第一步工作面距煤层10米时，停止掘进，用辦几向煤层方向钻一个大于① 100腿的岩石钻孔，钻孔到达煤层后，停下钻机，退出钻杆及钻头；
第二步将取芯，连接在钻杆上，通过钻杆将取芯^S送入钻孔，边转动边 钻进，—，将取芯，皿煤层，取芯^S的钻头15上镶嵌了两排合金片，旨巨够钻 取硬度f《4以内的各种煤芯，a^集煤芯的过程中，钻头体切割形成的圆柱状煤芯 直径小于半合内管上卡环座16的入口直径；
第三步继续钻进，同时舰,附送入压风排屑；由于夕嗜13夕卜侧加工有螺旋 刃20，不lfrt刀割煤体和护孔，保证了排屑通道的畅通；]tM卜，在钻头15与半合内 管12之间装有一个底托轴承17，半合内管12与外管13之间始终处于良好润滑状 态，由于半合内管12具有偏心的作用，使得半合内管12始终不动，以接受钻头15 切害U下来的煤芯；在钻机向前職时，煤芯连续iSA半合内管12中保护總，半合 内管12中的原有的气体TOt动泄气阀11上的钢球10排泄到内管之外的压风中， 直到半合内管取满煤芯为止；
第四步当取芯^S深入煤层的长度达到半合内管12的长度时，停止钻进，向 外拉动取芯装置，此时取芯装置内卡环座16上的卡环18向前滑动卡住煤芯，在钻 杆拉力作用下，截断煤芯；在下向钻孔取芯时，为防止半合内管取满后撥占过程中 煤芯滑落到钻 L中，可以在半合内管12的卡环座16处将卡环18换舰环，遇至顿
煤时，爪环同样可以截断煤芯，遇到软煤时，爪环上张开的弹簧可以阻碍煤芯下滑； 第五步将^W煤芯的取芯装置拉出 L外，从fffi上拧下，拧开连接头1，取 出半合内管12，将半合内管12两端的内管接头9及卡环座16松开，打开半合内管 12，取出煤芯，方JCA专用煤芯采样盒内，完成一次取芯工作；每次可以取出长度为 lm左右、直径为50ram左右的煤芯，直到取完^h煤层，无i仑煤层内软硬分层如何 分布，均翻^^煤层的煤芯完整取出；
第六步将取芯，组装好，如果发现内管的转动发濯，可以将取芯装置竖起， ffl31注油杯14压注轻质润滑油aA轴承套5中，使之转动自如。重^M取芯步骤， 直至取芯體穿过煤层为止，完成顿的取芯工作。根据所取得的煤芯就能确定煤 层中软分层的^2及厚度，为石门及井筒揭煤的突出预测提供依据。
本发明采集井下突出煤层完整煤芯的取芯體，主要由夕嗜13、半合内管12、 钻头15、连接头1 、上轴承4和下轴承6组成。外管13是一个带有螺旋刃的钢管， 它用于固定钻头体15及旋转时切屑煤 L以保证排除钻屑的通道畅通。钻头15采 用侧面出水口，以防压MJ:接冲洗煤芯，钻头15上镶嵌有两圈呈阶梯形的合金片 19，夕两上的合金片旋^^刀害U后形成的煤孔要比取芯器外径大2 4mm，确保取芯器
顺利钻进；内环的合金片旋转切害膨成的煤芯直径要比卡环座上最小直径小2 3腿，确保形成的煤芯顺利SA半合内管12。钻头15上连J親旋转时切屑煤孔的外 管13，外管13内设有用于储存圆tt^煤芯的半合内管12，半合内管12由上下两个 偏心的半合管构成，下半合管密度较大，上半合管密度较轻。当煤芯被送入半合内 管12时，半合内管12不转动，煤芯不松散，并被完整地提出钻孔。外管13连樹专 递钻进力和旋转力的连接头1;半合内管12的前端为卡^一起的卡环座16及卡 环18，卡环座支撑7疏托轴承17上，半合内管12的尾J驢貌内管接头9，内管 接头9与连接头1内的轴承套5相连接，使半合内管12处 :浮状态；夕嗜13为 一个带有螺旋刃20的钢管，夕嗜13上螺旋刃20用于护孑L及排屑，夕卜管13与连接 头1相连为--体，内管接头9内设有泄气阀11。连接头1用于连接外管13、 f战干及 半合内管12，它由定位螺母2，可调螺杆3，上轴承4，轴承套5，下轴承6，凸缘 螺母7及螺母8乡贼。主要用于将f術的钻进力和旋转力传递给外管13及钻头15， 进行钻进的同时M:悬挂在上、下轴承4、 6上的轴承套5与内管接头9相连，使得 半合内管12处于悬浮状态。
权利要求
1.一种采集井下突出煤层完整煤芯的取芯方法，其特征在于a.首先在工作面向煤层方向钻一个孔，钻孔到达煤层后，停下钻机，将钻杆及钻头取出；b.将取芯装置与钻杆相连，送入钻孔，边转动边钻进，直达煤层；c.继续钻进，并通过钻杆送入压风排屑；d.当取芯装置深入煤层的长度达到半合内管(12)的长度时，停止钻进，向外拉动取芯装置，此时取芯装置中卡环座(16)上的卡环(18)向前滑动卡住煤芯，在钻杆拉力作用下，拉断煤芯；e.将取芯装置拉出孔外，从钻杆上拧下，拧开连接头(1)，取出半合内管(12)，将内管两端的内管接头(9)及卡环座(16)松开，打开半合内管(12)，取出煤芯，放入专用煤芯采样盒内，完成一次取芯工作；f.将取芯装置组装好，重复b～e的步骤，直至取芯装置穿过煤层为止，完成全部的取芯工作。
2. 根据权利要求1所述的采集井下突出煤层完整煤芯的取芯方法，其特征在 于戶腿向煤层钻一个孔的直径大于100,。
3. —种井下突出煤层完整煤芯的取芯装置，其特征在于它包括钻头(15)， 用于固定钻头(15)及旋转时切屑煤孔的外管(13)，设砂卜管(13)内用于储存圆 柱形煤芯的半合内管(12)，连接钻杆传递钻进力和旋转力的连接头(1);半合内管(12)的前端为卡^S—起的卡环座(16)及卡环(18)，卡环座(16)支撑在底托 轴承(17)上，半合内管(12)的尾^i蹄内管接头(9)，内管接头(9)与连接 头(1)内的轴承套(5)相连接，使半合内管(12)处預浮状态；夕卜管(13)与 连接头(1)连为一体。
4. 根据权利要求3所述的井下突出煤层完整煤芯取芯的装置，其特征在于所 述的半合内管(12)为两个偏心的半合管组成。
5. 根据权利要求3所述的井下突出煤层完整煤芯的取芯装置，其特征在于所 述的内管接头(9)内设有泄气阀(11)。
6. 丰鹏权利要求3所述的井下突出煤层完整煤芯的取芯装置，其特征在于所 述的外管(13)上设有用于护孑L及排屑的螺旋刃(20)。
7. 根据权利要求3臓的井下突出煤层完整煤芯的取芯體，其特征在于所 述的钻头(15)上镶嵌有两圈呈阶梯形的合金片(19)。
全文摘要
一种采集井下突出煤层完整煤芯的取芯方法及装置，当钻机通过岩层向煤层打一岩石钻孔进入煤层后，装上取芯装置，边旋转边向前推进，钻头上镶嵌的合金片便切割煤层，划出的圆柱状煤芯被送入处于悬浮稳定状态的半合内管中保护起来；带有螺旋刃的外管在旋转的过程中，边输送钻进过程中形成的煤屑，边切割压入煤孔的软分层煤体，始终保持排屑通道的畅通。当钻进的深度等于半合内管的长度时，退出钻杆，钻头体上的卡环便卡住煤芯，将煤芯取出，继续按同样的方法钻进，便能将整个煤层的完整煤芯采集出来。根据采集出来的煤芯排列情况，就能确定软分层的位置并取得煤芯。其取芯方法简单，整套装置结构紧凑，取芯效果好，装拆方便，运转灵活，使用方便。
文档编号E21B25/00GK101353952SQ20081019565
公开日2009年1月28日 申请日期2008年9月1日 优先权日2008年9月1日
发明者吕淑文, 俊 唐, 李晓伟, 蒋承林, 解庆雪, 陈松立, 陈裕佳 申请人:中国矿业大学