一种用于治理煤矿瓦斯的煤芯取样器的制作方法 专利技术说明

测量装置的制造及其应用技术1.本实用新型涉及煤芯取样器，特别是涉及一种用于治理煤矿瓦斯的煤芯取样器。背景技术：2.在煤矿开采的过程中，防止瓦斯突出是必须要考虑的要点。目前一般采用取样器打孔取样，然后通过样品换算煤层中的瓦斯含量，再以这个瓦斯含量为基准设计开采计划。目前的取样器大多是将样品粉碎取出，然后结合误差补偿换算瓦斯含量，显然这种方式的误差偏大、精度低。而且开采过程中还要考虑到煤岩的性能，如抗冲击性能、抗压强度等等以为后续的巷道支护提供参考，而目前采用粉碎取样的方式，无法对样品进行相应的性能测试，此时大多数是基于周边煤岩的性能即兴参考性测试，显然这存在一定的误差甚至容易造成事故。3.基于上述问题，如何研制出成段且密封取芯的方式是目前需要解决的技术问题，这种成段且密封取芯的方式测得的煤层瓦斯含量较为准确，且成段的煤芯可以用于后续的性能测试，如抗压强度测试、霍普金森杆实验等。技术实现要素：4.本实用新型就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种用于治理煤矿瓦斯的煤芯取样器，其能够对煤岩进行成段且密封取芯。5.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案。6.本实用新型提供了一种用于治理煤矿瓦斯的煤芯取样器，包括取芯外筒、取芯端盖、取芯钻头、取芯内筒，所述取芯端盖、取芯钻头分别安装在取芯外筒的两端，所述取芯内筒安装在取芯外筒的外筒内腔内；7.所述取芯内筒与伸缩管一端装配固定，伸缩管另一端与球阀的阀体装配固定，且伸缩管具有伸缩弹性；所述球阀还包括球体、阀杆、齿轮，所述球体安装在阀体内且与之密封、能转动装配，球体上设置有贯穿的球体通道；所述阀杆有两根且分别安装在球体的两侧，两根阀杆远离球体的一端穿出阀体后分别与两个齿轮装配；所述齿轮能与齿条啮合，齿条安装在外筒内腔的竖槽内。8.作为本实用新型的进一步改进，所述取芯端盖用于和钻杆的连接，钻杆内部为中空的钻杆腔，钻杆腔能接入高压水流。9.作为本实用新型的进一步改进，所述取芯内筒的内部为中空的内筒腔，取芯内筒的外壁上设置有内筒滑块；所述取芯内筒远离内筒腔开口端的一端上设置有导流腔，导流腔与第二接头连通，所述第二接头通过防爆软管与第一接头连通，第一接头与钻杆腔连通；10.所述内筒腔内安装有弹性套，所述弹性套一端上安装有端环，端环与取芯内筒设置有导流腔的一端装配固定，所述弹性套具有弹性且初始状态时处于收缩状态；弹性套内部中空且弹性套内部与导流腔连通。11.作为本实用新型的进一步改进，所述第二接头与导流腔之间安装有单向阀，单向阀的流向为向导流腔内流动；单向阀包括第一阀壳、第二阀壳，所述第一阀壳、第二阀壳内安装有阀芯，阀芯与第二阀壳之间安装有阀芯弹簧，阀芯弹簧对阀芯施加远离第二阀壳的推力；所述阀芯与第一阀壳之间通过阀芯密封面、阀壳密封面相互贴合密封，阀芯密封面、阀壳密封面分别设置在阀芯、第一阀壳上。12.作为本实用新型的进一步改进，所述弹性套上还设置有开关部，开关部装入内筒滑槽内，内筒滑槽设置在取芯内筒的侧壁上且贯穿取芯内筒；所述内筒滑槽还与开关滑块卡合且滑动装配，所述开关滑块一端与开关部装配固定；13.所述开关滑块的另一端与卡扣板的一端压紧，卡扣板的另一端上设置有卡扣凸起，卡扣凸起卡装入卡扣槽内，卡扣槽设置在竖槽的内壁上，所述卡扣板的中间部分上设置有卡扣轴板，卡扣轴板上设置有轴板孔，所述轴板孔套装在转轴外，转轴安装在铰接板上，铰接板安装在取芯内筒的外壁上。14.作为本实用新型的进一步改进，所述卡扣板设置有卡扣凸起的一端与u型弹簧的一侧压紧，u型弹簧的另一侧安装在取芯内筒的外壁上；u型弹簧具有弹性，其对卡扣板设置有卡扣凸起的一端施加向卡扣槽转动的弹力。15.作为本实用新型的进一步改进，所述转轴的直径小于轴板孔的直径。16.作为本实用新型的进一步改进，所述取芯内筒设置有导流腔的一端与拉簧的一端装配，拉簧的另一端与取芯端盖装配；初始状态时，拉簧处于拉伸状态。17.本实用新型的有益效果如下：18.本实用新型能够实现煤芯的整段取样，且取样完成后能对煤芯所在空间进行密封以实现密封取样。这样在后续的测试时可以通过探测煤芯所在空间的瓦斯含量、结合煤芯内的瓦斯含量就能相对精确地获取煤层内的瓦斯含量，为后续的瓦斯治理提供参考。另外整段的煤芯可以通过相应的测试获取其强度、应变等参数，以为后续的支护、瓦斯治理提供参考。附图说明19.图1是本实用新型的结构示意图。20.图2是取芯外筒轴线所在中心面处剖视图。21.图3是图2中a处放大图。22.图4是取芯外筒位于竖槽处的局部剖视图。23.图5是取芯内筒、伸缩管、球阀处结构示意图。24.图6是球阀、伸缩管处部分结构示意图。25.图中标记：110为取芯外筒、111为外筒内腔、112为竖槽、113为卡扣槽；120为取芯钻头、121为钻头孔、130为取芯端盖、140为取芯内筒、141为内筒腔、142为导流腔、143为内筒滑块、144为铰接板、145为内筒滑槽、200为钻杆、201为钻杆腔、311为第一接头、312为第二接头、320为防爆软管、410为拉簧、510为阀体、520为球体、521为球体通道、530为阀杆、540为齿轮、550为齿条、560为伸缩管、561为连接法兰、610为弹性套、611为开关部、612为端环、620为开关滑块、630为卡扣板、631为卡扣凸起、632为卡扣轴板、633为轴板孔、640为转轴、650为u型弹簧、710为第一阀壳、711为阀壳密封面、720为第二阀壳、730为阀芯、731为阀芯密封面、740为阀芯弹簧。具体实施方式26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。28.参见图1-图6，本实施例的煤芯取样器，包括取芯外筒110、取芯端盖130、取芯钻头120、取芯内筒140，所述取芯端盖130、取芯钻头120分别安装在取芯外筒110的两端，所述取芯内筒140安装在取芯外筒110的外筒内腔111内，所述外筒内腔111的内壁上设置有竖槽112。所述取芯端盖130用于和钻杆200的连接，钻杆200内部为中空的钻杆腔201，使用时钻杆腔201可接入高压水流。29.所述取芯内筒140的内部为中空的内筒腔141，取芯内筒140的外壁上分别设置有内筒滑块143、铰接板144，所述取芯内筒140远离内筒腔141开口端的一端上设置有导流腔142，导流腔142与第二接头312连通，第二接头312与导流腔142之间安装有单向阀，单向阀包括第一阀壳710、第二阀壳720，所述第一阀壳710、第二阀壳720内安装有阀芯730，阀芯730与第二阀壳720之间安装有阀芯弹簧740，阀芯弹簧740对阀芯730施加远离第二阀壳720的推力。所述阀芯730与第一阀壳710之间通过阀芯密封面731、阀壳密封面711相互贴合、压紧密封。阀芯密封面731、阀壳密封面711分别设置在阀芯730、第一阀壳710上。使用时，高压水通过压力打开阀芯730，然后向导流腔142内输入高压水流。30.所述内筒腔141内安装有弹性套610，所述弹性套610一端上安装有端环612，端环612与取芯内筒140设置有导流腔142的一端装配固定，所述弹性套610具有高弹性且初始状态时处于收缩状态。弹性套610内部中空且弹性套610内部与导流腔142连通，从而可以将导流腔142内的高压水引入弹性套610，高压水使得弹性套610膨胀以夹紧煤芯。31.所述弹性套610上还设置有开关部611，开关部611装入内筒滑槽145内，内筒滑槽145设置在取芯内筒140的侧壁上且贯穿取芯内筒140。所述内筒滑槽145还与开关滑块620卡合且滑动装配，所述开关滑块620一端与开关部611装配固定。所述开关滑块620的另一端与卡扣板630的一端压紧，卡扣板630的另一端上设置有卡扣凸起631，卡扣凸起631卡装入卡扣槽113内，卡扣槽113设置在竖槽112的内壁上，所述卡扣板630的中间部分上设置有卡扣轴板632，卡扣轴板632上设置有轴板孔633，所述轴板孔633套装在转轴640外，转轴640安装在铰接板144上，铰接板144安装在取芯内筒140的外壁上。且所述转轴640的直径小于轴板孔633的直径，这种设计主要是使得卡扣凸起631向远离卡扣槽113转动时具有一定下移的位移量，从而避免卡死使得卡扣凸起631顺利转出卡扣槽113。32.所述卡扣板630设置有卡扣凸起631的一端与u型弹簧650的一侧压紧，u型弹簧650的另一侧安装在取芯内筒140的外壁上，且u型弹簧650具有弹性，其对卡扣板630设置有卡扣凸起631的一端施加向卡扣槽113转动的弹力，以使卡扣凸起631保持与卡扣槽113卡合装配。33.所述第二接头312通过防爆软管320与第一接头311连通，第一接头311与钻杆腔201连通，从而可以将钻杆腔201内的高压水引入第二接头312。所述取芯内筒140设置有导流腔142的一端与拉簧410的一端装配，拉簧410的另一端与取芯端盖130装配，且初始状态时(图2状态)，拉簧410处于拉伸状态，但此时由于卡扣凸起631卡紧在卡扣槽113内，因此取芯内筒140不动且拉簧保持拉伸状态。一旦高压水进入弹性套610后会使得开关部611膨胀伸长，从而驱动开关滑块620向远离弹性套610的方向移动，开关滑块620推动卡扣板630与转轴640为中心转动，以使得卡扣凸起631转出卡扣槽113，此时拉簧410带动取芯内筒140向取芯端盖130移动，而弹性套610又是夹紧煤芯的，因此能够带动断裂的煤芯一同向取芯端盖130移动。34.所述取芯内筒140与伸缩管560一端的连接法兰561装配固定，伸缩管560另一端的连接法兰561与球阀的阀体510装配固定，且伸缩管560具有伸缩弹性。35.所述球阀还包括球体520、阀杆530、齿轮540，所述球体520安装在阀体510内且与之密封、能转动装配，球体520上设置有贯穿的球体通道521；所述阀杆530有两根且分别安装在球体520的两侧，两根阀杆530远离球体520的一端穿出阀体510后分别与两个齿轮540装配；所述齿轮540能与齿条550啮合，齿条550安装在竖槽112内，且初始状态时齿轮540接近齿条550设置有卡齿的部分或与齿条550设置有卡齿的部分压紧。参见图2，在拉簧410驱动取芯内筒140上移时，会拉动伸缩管560伸长，伸缩管560伸长到位后会带动球阀上移，使得齿轮540与齿条550啮合，这就驱动齿轮540、阀杆530、球体520转动90°，使得球体通道521封闭。此时通过球阀将取样的煤芯封闭在取芯内筒140、伸缩管560内，以实现密封取样。36.本实施例中可以在阀体510上设置阻尼滑块，阻尼滑块与竖槽112卡合滑动装配、但具有一定的阻尼。这就使得伸缩管560被拉直完成后的拉力才能拉动阀体510移动，从而避免阀体510随着伸缩管560的拉长而移动。这种设计对拉簧410的能量消耗不大，因为整个球阀的移动位移量很短。而且本实施例中，齿条550不能驱动球体520一直转动到球体通道521转动180°，最好只能驱动球体520转动90-130°之间，然后齿轮540与齿条550上的卡齿分离。这种设计主要是为了避免齿轮540过度转动造成球体通道521再次打开。37.取样时，将取芯端盖130安装在钻杆200上，然后装入取芯孔内，直到达到取芯位置，然后转动钻杆200，使得取芯钻头120转动钻取煤芯，煤芯穿过钻头孔121、球体通道521、伸缩管560后进入内筒腔141，直到将内筒腔141填满，然后煤芯在钻杆200的驱动下断裂。对钻杆腔201输入高压水流，高压水流进入导流腔142后进入弹性套610，从而使得弹性套610膨胀夹紧煤芯，且驱动开关滑块620伸出，开关滑块620伸出后驱动卡扣凸起631转出卡扣槽113，此时拉簧驱动取芯内筒140向钻杆200方向移动，且钻杆腔201内的水压降低，使得防爆软管320变软，拉簧410驱动取芯内筒140移动至最大位移处，在此过程中会将煤芯的断裂端拉过球体通道521、拉入伸缩管560内，然后拉动球阀移动，球阀上的齿轮540与齿条550啮合从而驱动球体520转动关闭球体通道521，实现对煤芯的密封。取出钻杆200，卸下整个煤芯取样器，然后将取芯端盖130拆卸，将取芯内筒140、伸缩管560、球阀拉出取芯外筒110，按压阀芯730以排出弹性套610内的高压水，此时即可开始煤芯的取出工作。取出时将伸缩管560与取芯内筒140连接处拆卸，取下伸缩管560、球阀即可，此时煤芯暴露，可以直接拉出。而取出煤芯前如果需要探测取样器内的瓦斯气体含量，可以在球阀处连接管道，打开球阀，抽取取芯内筒140、伸缩管560内的气体即可。38.本实用新型未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。39.以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。









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