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1、10申请公布号CN102042015A43申请公布日20110504CN102042015ACN102042015A21申请号200910179643622申请日20091026E21B49/0220060171申请人淮南矿业集团有限责任公司地址232001安徽省淮南市田家庵区洞山中路1号申请人澳大利亚联邦科学与工业研究组织72发明人袁亮薛生秦永洋李幸生廖斌琛高松张瑞74专利代理机构北京同立钧成知识产权代理有限公司11205代理人刘芳54发明名称煤样采集装置及方法57摘要本发明公开了一种煤样采集装置及方法，其中，该方法包括清理钻孔底的杂物；在钻进的过程中，通过设置于侧入式旋转器外壁上的风水管路。
2、向双管正压逆流钻杆的内管和外管的间隙吹入压风；钻头将所述压风在钻孔底形成压风涡流，并利用所述压风涡流将所述钻孔底的煤渣从所述内管吹出，以获取煤样。本发明的技术方案，实现了一边用钻头掘进、一边进行煤样采集，且在钻取媒样时无需退钻杆，从而节省了大量的施工时间、以及降低了煤样采集成本，达到了有效进行煤样采集以及精确测定瓦斯含量的目的，进一步避免了由于煤层瓦斯突出的预测效率低，而对煤层掘进施工进度所产生的影响。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图1页CN102042018A1/1页21一种煤样采集装置，其特征在于，包括钻头、双管正压逆流钻杆、头杆和。
3、钻机，所述头杆的一端连接于所述双管正压逆流钻杆的一端，且所述头杆的另一端连接于所述钻机；所述钻机用于通过驱动所述头杆而带动所述钻头旋转；所述钻头在所述头杆的带动下用于钻孔以产生煤渣，并将压风在钻孔底形成压风涡流；所述双管正压逆流钻杆的另一端连接于所述钻头，且所述双管正压逆流钻杆为包含内管和外管的双层管，通过所述内管和外管的间隙将压风吹入所述钻孔底，并用于利用所述压风涡流将所述钻孔底的煤渣从所述内管吹出，以进行煤样采集。2根据权利要求1所述的煤样采集装置，其特征在于，还包括侧入式旋转器，所述侧入式旋转器套设于所述头杆的一端与所述双管正压逆流钻杆的一端的连接处，且所述侧入式旋转器通过设置于其外壁上。
4、的风水管路向所述内管和外管的间隙吹入压风。3根据权利要求1所述的煤样采集装置，其特征在于，还包括直入式旋转器，所述直入式旋转器套设于所述头杆上，且用于防止采集软管随所述头杆的转动而转动，所述采集软管通过第一NPT弯头套设于所述头杆的另一端。4根据权利要求2所述的煤样采集装置，其特征在于，在所述侧入式旋转器的双管正压逆流钻杆一侧的所述外管上套设有保护连接管。5根据权利要求3所述的煤样采集装置，其特征在于，所述头杆的另一端通过第二NPT弯头贯穿于所述侧入式旋转器。6一种煤样采集方法，其特征在于，包括清理钻孔底的杂物；在钻进的过程中，通过设置于侧入式旋转器外壁上的风水管路向双管正压逆流钻杆的内管和外。
5、管的间隙吹入压风；钻头将所述压风在钻孔底形成压风涡流，并利用所述压风涡流将所述钻孔底的煤渣从所述内管吹出，以获取煤样。7根据权利要求6所述的煤样采集方法，其特征在于，所述获取煤样包括通过收集从所述内管、侧入式旋转器、头杆、直入式旋转器和采集软管导出的煤渣，以获取煤样。8根据权利要求6所述的煤样采集方法，其特征在于，所述清理钻孔底端的杂物，包括通过设置于所述侧入式旋转器外壁上的风水管路向所述双管正压逆流钻杆的内管和外管的间隙吹入风水混合物；钻头将所述风水混合物在钻孔底端形成风水混合物涡流，并利用所述风水混合物涡流将所述钻孔底的杂物通过所述内管、侧入式旋转器、头杆、直入式旋转器和采集软管导出以清理。
6、掉。权利要求书CN102042015ACN102042018A1/5页3煤样采集装置及方法技术领域0001本发明涉及煤样采集技术，特别涉及一种在煤矿打钻过程中利用双管正压逆流技术的煤样采集装置及方法，属于煤矿工程技术领域。背景技术0002煤层瓦斯突出是煤矿生产中的主要灾害之一。在掘进煤层的过程中，通过对煤样采集而获得的煤样进行分析，可准确地测定钻头前方煤层中的瓦斯含量，从而可有效地预测煤层瓦斯突出的危险性，以防止煤层瓦斯突出事故的发生。现有煤样采集方法具体为，首先需要用钻头先打好钻孔，接着将钻杆连同钻头从钻孔中取出，然后再把钻头卸下而换上岩心管沿原钻孔继续钻进并同时钻取煤样，用岩心管钻取煤样后。
7、，再将钻杆连同岩心管取出，从岩心管中取出煤样，以完成对所掘进煤层的煤样采集。0003这种现有煤样采集不但方法工序复杂、效率极低，而且如果钻孔较深时，岩心管钻取煤样的时间也会很长，从而影响掘进的速度，进一步地，更为严重的是在抽回钻杆连同岩心管的过程中，岩心管里所钻取煤样中的瓦斯已经大量解析而损失掉，从而无法准确测定瓦斯含量，严重影响了煤层瓦斯突出预测的精度。如果所进行煤样采集的煤层为中软煤层时，在来回抽取钻杆连同钻头以及钻杆连同岩心管的过程中，将会出现塌孔现象，最终导致煤样采集的无效。再者，由于岩心管的前端是开放的，在往钻孔中送岩心管时，钻孔中残留的煤渣会进入岩心管，很难确保所获取的煤样就是钻孔。
8、最底部的煤样，无法实现定点取样，从而同样影响了瓦斯含量测定的精度。发明内容0004本发明的目的是提供一种煤样采集装置及方法，针对现有煤样采集方法中由于需要来回抽取钻杆连同钻头以及钻杆连同岩心管、而造成的对所采集煤样中瓦斯含量测定不精确的技术问题，实现了一边用钻头掘进、一边进行煤样采集，且在钻取媒样时无需退钻杆，从而节省了大量的施工时间、以及降低了煤样采集成本，达到了有效进行煤样采集以及精确测定瓦斯含量的目的，避免了由于煤层瓦斯突出的预测效率低，而对煤层掘进施工进度所产生的影响。0005为实现上述目的，本发明一方面，提供了一种煤样采集装置，其中，包括钻头、双管正压逆流钻杆、头杆和钻机，0006所。
9、述头杆的一端连接于所述双管正压逆流钻杆的一端，且所述头杆的另一端连接于所述钻机；0007所述钻机用于通过驱动所述头杆而带动所述钻头旋转；0008所述钻头在所述头杆的带动下用于钻孔以产生煤渣，并将压风在钻孔底形成压风涡流；0009所述双管正压逆流钻杆的另一端连接于所述钻头，且所述双管正压逆流钻杆为包含内管和外管的双层管，通过所述内管和外管的间隙将压风吹入所述钻孔底，并用于利用说明书CN102042015ACN102042018A2/5页4所述压风涡流将所述钻孔底的煤渣从所述内管吹出，以进行煤样采集。0010本发明另一方面，提供了一种煤样采集方法，其中，包括0011清理钻孔底的杂物；0012在钻进。
10、的过程中，通过设置于侧入式旋转器外壁上的风水管路向双管正压逆流钻杆的内管和外管的间隙吹入压风；0013钻头将所述压风在钻孔底形成压风涡流，并利用所述压风涡流将所述钻孔底的煤渣从所述内管吹出，以获取煤样。0014本发明的煤样采集装置及方法，提供了一种煤样采集的方式，通过在钻进的过程中，采用设置于侧入式旋转器外壁上的风水管路向双管正压逆流钻杆的内管和外管的间隙吹入压风，并且钻头将所述压风在钻孔底端形成压风涡流，并利用所述压风涡流将所述钻孔底的煤渣从所述内管吹出的煤样采集技术方案，针对现有煤样采集中由于需要来回抽取钻杆连同钻头以及钻杆连同岩心管、而造成的对所采集煤样中瓦斯含量测定不精确的技术问题，实。
11、现了一边用钻头掘进、一边进行煤样采集，且在钻取媒样时无需退钻杆，从而节省了大量的施工时间、以及降低了煤样采集成本，达到了有效进行煤样采集以及精确测定瓦斯含量的目的，避免了由于煤层瓦斯突出的预测效率低，而对煤层掘进施工进度所产生的影响。附图说明0015为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。0016图1为本发明煤样采集装置的一结构示意图；0017图2为本发明煤样采集装置的另一结构示意。
12、图；0018图3为本发明煤样采集方法的流程图。具体实施方式0019为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。0020图1为本发明煤样采集装置的一结构示意图。如图1所示，本实施例的煤样采集装置包括钻头11、双管正压逆流钻杆、头杆13和钻机14，其中，双管正压逆流钻杆为包含内管121和外管122的双层管，且内管121的横截面直径为325MM。
13、，外管122的横截面直径为55MM，头杆13的一端连接于双管正压逆流钻杆的一端，且头杆13的另一端连接于钻机14；该钻机14用于通过驱动头杆13而带动钻头11旋转；该钻头11在头杆13的带动下用于钻孔以产生煤渣，并将压风在钻孔底形成压风涡流；进一步地，双管正压逆流钻杆的另一端连接于钻头11，通过内管121和外管122的间隙将压风吹入钻孔底，并用于利用压风涡流将钻孔底的煤渣从内管吹出，以进行煤样采集。说明书CN102042015ACN102042018A3/5页50021具体地，在实际应用中，先利用煤样采集装置进行钻孔，当钻孔到具有煤层瓦斯突出的煤层时，需清理钻头11所钻的钻孔中存有的杂物，以便。
14、进行向内管121和外管122的间隙吹入风水混合物，并导入钻孔底，在钻机14驱动头杆13而带动钻头11旋转的情况下，由钻头11在钻孔底形成风水混合物涡流，进一步由双管正压逆流钻杆利用该风水混合物涡流将该钻孔底的杂物导出以清理掉；接着，钻头11继续在钻孔中边钻进、边采集煤样向内管121和外管122的间隙吹入压风，并导入钻孔底，在钻机14驱动头杆13而带动钻头11旋转的情况下，由钻头11在钻孔底形成压风涡流，进一步由双管正压逆流钻杆利用该压风涡流将钻孔底的煤渣从内管121吹出，以获得所采集的煤样。0022本实施例所提供的煤样采集装置，提供了一种煤样采集的方式，在钻进的过程中，利用压风涡流将钻孔底的煤。
15、渣从内管吹出的煤样采集，本技术方案具有以下优点00231、实现了取样效率高的目的，具体地，能够边钻进边煤样采集，且煤样采集时不需要再取出钻杆，煤样采集的时间比传统方法节省一倍以上的时间；00242、实现了取样时间短，测量精度高的目的，具体地，煤样采集的时间一般只需要25分钟的时间，而传统煤样采集方法则需要30分钟到90分钟，避免了因煤样采集时间过长而导致的瓦斯含量测定不准确的问题。00253、实现了定点取样的目的，具体地，根据钻进的钻杆的数量，可以准确计算出所采集煤样的具体位置，可以准确判定工作面前方煤层在多少米的范围内有无突出危险，预测精度高。00264、实现了煤样采集距离长的目的，具体地，。
16、根据煤矿现场的实际经验，采用传统方法进行煤样采集，一般当煤样采集的深度达到35M后，煤样采集的时间就超过1个小时，此时煤样采集为无效煤样；而利用本实施例煤样采集装置进行煤样采集时，其有效煤样采集的深度可到100M以上，其煤样采集的时间约为5分钟左右。00275、实现了适用中软煤层的目的，具体地，中软煤层是瓦斯突出事故多发的煤层，这种煤层的成孔效果差，打好的钻孔容易坍塌，采用传统方法进行煤样采集必须打好钻孔后，将钻杆抽出，然后沿原钻孔钻进以煤样采集，如果塌孔将无法进行煤样采集。而利用本实施例煤样采集装置进行煤样采集时，则无需退钻杆便可进行煤样采集，特别适用于中软煤层的煤样采集。0028图2为本发。
17、明煤样采集装置的另一结构示意图。如图2所示，本实施例的煤样采集装置在上述实施例煤样采集装置的基础上还包括侧入式旋转器15和直入式旋转器17，其中，侧入式旋转器15套设于头杆13的一端与双管正压逆流钻杆的一端的连接处，且侧入式旋转器15通过设置于其外壁上的风水管路21向内管121和外管122的间隙吹入压风，直入式旋转器17套设于头杆13上，且用于防止采集软管20随头杆13的转动而转动，该采集软管20通过第一NPTNORMALPRESSUREANDTEMPERATURE，标准压力与温度弯头19套设于头杆13的另一端，进一步地，在侧入式旋转器15的双管正压逆流钻杆一侧的外管122上套设有保护连接管1。
18、6，用于密封和增加强度，再进一步地，头杆13的另一端通过第二NPT弯头18贯穿于侧入式旋转器15。0029具体地，在实际应用中，先利用煤样采集装置进行钻孔，当钻孔到具有煤层瓦斯突出的煤层时，需清理钻头11所钻的钻孔中存有的杂物，以便进行由风水管路21向内管121和外管122的间隙吹入风水混合物，并导入钻孔底，在钻机14驱动头杆13而带动钻头说明书CN102042015ACN102042018A4/5页611旋转的情况下，由钻头11在钻孔底形成风水混合物涡流，其中，侧入式旋转器15的内侧随头杆13转动，侧入式旋转器15的外侧则不随头杆13转动，即设置于其外壁上的风水管路21在钻进的过程中不转动，。
19、进一步由双管正压逆流钻杆利用该风水混合物涡流将该钻孔底的杂物从内管121吹出，再通过侧入式旋转器15、头杆13、直入式旋转器17和采集软管20导出以清理掉，其中，直入式旋转器17外侧随头杆13转动，直入式旋转器17内侧则不随头杆13转动，即采集软管20不随头杆13转动；接着，钻头11继续在钻孔中边钻进、边采集煤样由风水管路21向内管121和外管122的间隙吹入压风，并导入钻孔底，在钻机14驱动头杆13而带动钻头11旋转的情况下，由钻头11在钻孔底形成压风涡流，其中，侧入式旋转器15的内侧随头杆13转动，侧入式旋转器15的外侧则不随头杆13转动，即设置于其外壁上的风水管路21在钻进的过程中不转动。
20、，进一步由双管正压逆流钻杆利用该压风涡流将钻孔底的煤渣从内管121吹出，再通过侧入式旋转器15、头杆13、直入式旋转器17和采集软管20导出，以获得所采集的煤样，其中，直入式旋转器17外侧随头杆13转动，直入式旋转器17内侧则不随头杆13转动，即采集软管20不随头杆13转动。0030本实施例所提供的煤样采集装置，通过在钻进的过程中，采用设置于侧入式旋转器外壁上的风水管路向双管正压逆流钻杆的内管和外管的间隙吹入压风，并且钻头将压风在钻孔底端形成压风涡流，并利用压风涡流将钻孔底的煤渣从内管吹出的煤样采集技术方案，针对现有煤样采集中由于需要来回抽取钻杆连同钻头以及钻杆连同岩心管、而造成的对所采集煤样。
21、中瓦斯含量测定不精确的技术问题，实现了一边用钻头掘进、一边进行煤样采集，且在钻取媒样时无需退钻杆，从而节省了大量的施工时间、以及降低了煤样采集成本，达到了有效进行煤样采集以及精确测定瓦斯含量的目的，避免了由于煤层瓦斯突出的预测效率低，而对煤层掘进施工进度所产生的影响。0031图3为本发明煤样采集方法的流程图。如图3所示，本实施例的煤样采集方法包括0032步骤31、清理钻孔底的杂物；0033由设置于侧入式旋转器外壁上的风水管路向内管和外管的间隙吹入风水混合物，并导入钻孔底，在钻机驱动头杆而带动钻头旋转的情况下，由钻头在钻孔底形成风水混合物涡流，其中，侧入式旋转器的内侧随头杆转动，侧入式旋转器的外。
22、侧则不随头杆转动，即设置于其外壁上的风水管路在钻进的过程中不转动，进一步由双管正压逆流钻杆利用该风水混合物涡流将该钻孔底的杂物从内管吹出，再通过侧入式旋转器、头杆、直入式旋转器和采集软管导出以清理掉，其中，直入式旋转器外侧随头杆转动，直入式旋转器内侧则不随头杆转动，即采集软管不随头杆转动。0034步骤32、在钻进的过程中，通过设置于侧入式旋转器外壁上的风水管路向双管正压逆流钻杆的内管和外管的间隙吹入压风；0035在钻进的过程中，由设置于侧入式旋转器外壁上的风水管路向内管和外管的间隙吹入压风，并导入钻孔底。0036步骤33、钻头将压风在钻孔底形成压风涡流，并利用压风涡流将钻孔底的煤渣从内管吹出，。
23、以获取煤样。0037在钻机驱动头杆而带动钻头旋转的情况下，由钻头在钻孔底形成压风涡流，其中，侧入式旋转器的内侧随头杆转动，侧入式旋转器的外侧则不随头杆转动，即设置于其外壁说明书CN102042015ACN102042018A5/5页7上的风水管路在钻进的过程中不转动；进一步地，由双管正压逆流钻杆利用该压风涡流将钻孔底的煤渣从内管吹出，再通过侧入式旋转、头杆、直入式旋转器和采集软管导出，以获得所采集的煤样，其中，直入式旋转器外侧随头杆转动，直入式旋转器内侧则不随头杆转动，即采集软管不随头杆转动。0038本实施例所提供的煤样采集方法，通过在钻进的过程中，采用设置于侧入式旋转器外壁上的风水管路向双管。
24、正压逆流钻杆的内管和外管的间隙吹入压风，并且钻头将压风在钻孔底端形成压风涡流，并利用压风涡流将钻孔底的煤渣从内管吹出的煤样采集技术方案，针对现有煤样采集中由于需要来回抽取钻杆连同钻头以及钻杆连同岩心管、而造成的对所采集煤样中瓦斯含量测定不精确的技术问题，实现了一边用钻头掘进、一边进行煤样采集，且在钻取媒样时无需退钻杆，从而节省了大量的施工时间、以及降低了煤样采集成本，达到了有效进行煤样采集以及精确测定瓦斯含量的目的，避免了由于煤层瓦斯突出的预测效率低，而对煤层掘进施工进度所产生的影响。0039最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。说明书CN102042015ACN102042018A1/1页8图1图2图3说明书附图CN102042015A。