技术摘要：
一种煤矿用深孔密闭保压取样器，包括外管组件、芯轴、存样组件和驱动组件，所述芯轴分为第一轴段、第二轴段和第三轴段三部分，第二轴段和第三轴段之间设置第一凸台，驱动组件包括第一活塞、第二活塞、推进套管和能够控制存样组件开闭的传动机构，第二轴段与外套管之间  全部
背景技术：
煤层瓦斯含量是衡量煤层瓦斯赋存情况的一个重要指标，是预测矿井瓦斯涌出 量、指导煤矿瓦斯抽采设计、进行瓦斯治理效果评判的重要参考依据。目前，煤层瓦斯含量 测定方法主要有间接法和直接法，间接法是根据实测的煤层瓦斯压力、煤的吸附常数、工业 分析等参数，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，直接法是通过在孔口接取煤屑 或在孔底钻取煤芯取样，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。孔口接取煤屑通过向孔内压风排煤粉的方式完成，工艺简单，易 于操作，但孔壁残余煤粉对取样准确性的影响较大、煤样完整度较差，特别是在松软煤层或 者钻孔深度较大情况下，孔壁残余煤粉对含量的准确性影响更大。该取样方式不能保证取 得规定深处的煤样，主要用于浅孔取煤样测定瓦斯含量。钻取煤芯测定瓦斯含量方法是指 先用钻机开孔到预定深度，再换上取样器钻取煤芯，取样器一般包括取芯筒和与取芯筒配 套的取样钻头，现有取样器一般为敞口式，普遍难以满足取样前取芯筒密闭、取样时开启、 取样后再次密闭的密闭保压取样要求，使得将取样器敞口送入钻孔的过程中容易在到达孔 底取样前将孔中的碎煤、岩屑灌入取样筒中，使取样器中取到的样品含有大量的钻孔返渣， 钻孔越深，样品中的渣块越多，有效采样越少，且由于退钻过程中不能密闭，煤样暴露造成 煤样解析出的瓦斯损失量难以计量，影响煤样瓦斯含量的测定准确度，导致测定的煤层瓦 斯含量结果存在较大的误差，不利于瓦斯防治措施的制定与实施。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，返钻过程煤样暴露时间越长，瓦斯损失量越大。因此， 如何满足深孔密闭保压取样的要求，减少取样过程中的瓦斯损失量是准确测量深孔煤层瓦 斯含量的关键。 为了解决上述问题，申请号为201610072834.2的专利公开了一种气样密闭取样装 置，包含外管、内管和二层管，所述外管包含控制泥浆进出通道的连接心轴、钻头以及位于 连接心轴和钻头之间的连接管组件，所述内管至少包含连接套、上球阀、密封管和下球阀， 所述连接套的一端可旋转的套合于连接心轴，上球阀和下球阀之间设有岩心管作为岩心的 储存载体，上球阀和下球阀的关闭能密封岩心管，所述二层管的末端抵靠于连接心轴，且能 在连接心轴的控制下前后移动，前端设有控制上球阀和下球阀开闭的控制元件，以通过前 进或后退实现上下球阀的开闭。但是该专利提供的技术方案存在一定的技术问题，在取样 装置向地下钻进到的过程中，取样装置内管的下球阀处于打开状态使得钻进过程中其他杂 质进入到岩心管中，导致样品被污染影响检测效果；在关闭球阀的时候需要把橡胶球放入 连接心轴，理论上需要泥浆冲击到橡胶球时橡胶球在冲击力的作用下稳定的位于锥形孔的 上方使得橡胶球能够堵塞锥形孔，进而使得泥浆的流动路线发生改变为球阀的关闭提供动 3 CN 111579314 A 说　明　书 2/8 页 力，但是根据流体力学的研究，当泥浆冲击到橡胶球时，泥浆会在橡胶球附近出现湍流现 象，此时泥浆对橡胶球施加的冲击力不是稳定并且完全沿着连接心轴的中心轴向下，橡胶 球不能够完全稳定的位于锥形孔的上方实现完全堵塞锥形孔的功能，导致无法为球阀的关 闭提供一个稳定的动力源，进而影响取样装置的取样工作的稳定性和可靠性；由于所取的 样品中含有一定的气体成分，这些气体一部分被样品吸附，一部分从样品中解吸后处于岩 心管中，所以在完成取样工作后把样品从取样装置中取出时需要确保气体不会逸散，但是 本专利岩心管的密封效果是依靠上球阀和下球阀的关闭实现的，在取出样品时本专利两个 球阀会同步转动，无法直接对解吸气体进行收集，此时样品中已经解吸的气体容易逸散掉， 导致取样工作出现问题。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是敞口取样器在取样过程中钻孔中的碎煤岩屑容易进 入到取样器中导致煤样被污染的问题，为解决上述问题，本发明提供一种煤矿用深孔密闭 保压取样器，采用双活塞结构和推进套管、传动机构配合使得取样器下行过程中存样组件 处于关闭状态以及开始采样时一个活塞驱动存样组件转换到打开状态，完成采样后另一个 活塞驱动存样组件再次关闭，使得样品不会受到污染。 本发明的目的是以下述方式实现的： 一种煤矿用深孔密闭保压取样器，包括外管组件、芯轴、存样组件和驱动组件，所述外 管组件包括依次连接的具有中空结构的钻杆接头、外套管和钻头，所述外管组件内设置芯 轴和存样组件，所述芯轴一端与所述钻杆接头连接，另一端与存样组件连接，所述芯轴以及 存样组件与所述外套管之间设置驱动组件，所述芯轴内设置用于水流进出的通道，所述芯 轴分为第一轴段、第二轴段和第三轴段三部分，所述第二轴段和第三轴段之间设置第一凸 台，所述驱动组件包括第一活塞、第二活塞、推进套管和能够控制存样组件开闭的传动机 构，第二轴段与外套管之间设置第一活塞，所述芯轴外侧套设推进套管，所述推进套管的一 端顶靠第一活塞，另一端向芯轴凸起并顶靠所述传动机构，所述第三轴段与所述推进套管 之间设置第二活塞。 所述芯轴的第一轴段和第二轴段内部设置第一流通孔，所述芯轴的第二轴段内部 设置第二流通孔。 所述钻杆接头的前端设置第二凸台，所述第二凸台与所述第一流通孔位于第二轴 段的开口之间存在空隙。 所述存样组件包括煤样管底座、煤样管、球阀体、球阀阀芯和球阀压盖，所述煤样 管底座一端与芯轴连接，另一端连接煤样管，所述煤样管连接球阀体，所述球阀体内设置球 阀阀芯，所述球阀阀芯侧面设置能够带动球阀阀芯实现开闭的齿轮。 所述煤样管底座的两端分别设置第一螺孔和第二螺孔，所述第一螺孔和第二螺孔 通过第一通孔连通，所述第二螺孔内依次设置压紧螺钉、压缩弹簧和能够被压缩弹簧推动 封闭第一通孔的封口钢球，所述压紧螺钉内轴向设置第二通孔。 所述能够控制存样组件开闭的传动机构包括推进齿条管和推进齿条，所述推进齿 条管套设在存样组件外侧，所述推进齿条管一端顶靠所述推进套管，所述推进齿条管连接 推进齿条，所述推进齿条与所述齿轮啮合。 4 CN 111579314 A 说　明　书 3/8 页 所述钻杆接头外侧与外套管接触的位置设置密封圈，所述第一活塞的内侧和外侧 均设置密封圈，所述第二活塞的内侧和外侧均设置密封圈，所述推进套管的外侧设置密封 圈，所述煤样管底座外侧与煤样管接触的位置设置密封圈，所述球阀体的外侧与煤样管接 触的位置设置密封圈，所述球阀体和球阀压盖接触的位置设置密封圈。 相对于现有技术，本申请采用双活塞的结构与轴段上设置的第一凸台配合使得活 塞能够进行两次独立的移动，在一个活塞移动后驱动存样组件的开闭后，活塞受到凸台限 制不再发生移动，使得存样组件能够持续一定的时间处于设定的状态，需要存样组件的开 闭状态进行转换时，驱动另一个活塞运动，此时第一个活塞由于第一凸台限制不会发生移 动，另一个活塞移动后驱动存样组件进行开闭状态的转换，通过上述方式实现对存样组件 开闭状态的二次转换，现有技术中活塞只能在同一个路径上移动，活塞开始发生移动后只 有移动到路径的末端才能实现对存样组件开闭状态的保持，使得存样组件不能够依次在一 定时间内稳定的处于闭合、打开、闭合三种状态，只能完成对存样组件开闭状态的一次转 换，现有技术中的活塞被驱动后，为了保证最后取样结束时取样器处于闭合状态，现有技术 的取样器在进入到取样区域前需要处于敞口状态，取样结束后才能转换到闭合状态，而本 申请由于存样组件能够实现三个状态的转换，因此在初始状态存样组件能够设置为闭合状 态，防止存样组件内部被污染，当本申请到达需要采样的区域时，第一个活塞运动并推动推 进套管移动一定的距离后，推进套管驱动能够控制存样组件开闭的传动机构实现对存样组 件开闭状态的转换，使得存样组件从关闭状态切换到打开状态，然后进行取样工作，在完成 取样后，第二个活塞移动，在第二个活塞接触推进套管向芯轴凸起的一端时，第二个活塞推 动推进套管继续移动，使得推进套管驱动能够控制存样组件开闭的传动机构实现对存样组 件开闭状态的再次转换，存样组件从打开状态转换到闭合状态，使得存样组件处于密封保 压状态，进而能够确保所取煤样的有效性，提高了取样器的工作效率，提高煤样瓦斯含量测 定结果的准确度。 附图说明 图1是本发明的结构示意图。 图2是图1中X区域的放大示意图。 图3是图1中Y区域的放大示意图。 图4是图1中推进齿条和齿轮啮合部分的俯视示意图。 图中，1是钻杆接头；2是外套管；3是芯轴；301是第一轴段；302是第二轴段；303是 第三轴段；4是第一活塞；5是第二活塞；6是推进套管；7是推进齿条管；8是煤样管底座；9是 封口钢球；10是压缩弹簧；11是压紧螺钉；12是煤样管；13是推进齿条；14是齿轮；15是密封 圈；16是外钻头；17是内钻头；18是球阀体；19是球阀阀芯；20是球阀压盖；21是第一凸台；22 是第二凸台；23是第一流通孔；24是第一流通孔位于第二轴段的开口；25是第二流通孔；26 是第二流通孔位于第二轴段的开口；27是第一螺孔；28是第二螺孔；29是第一通孔；30是第 二通孔；31-38都是密封圈。