一种用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置论文和设计

全文摘要

本实用新型公开了一种用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置，包括取芯钻头、取芯筒和钻杆,取芯钻头前端设有钻齿，钻齿内侧为圆柱形，与取芯筒内径相同，钻齿外侧突出，钻头侧壁上布置有供水通道，出口位于钻头内齿和外齿中间；取芯钻头后端与取芯筒前端螺接，取芯筒侧壁上设有供水通道Ⅱ，供水通道Ⅱ前端连接取芯钻头供水通道，后端与取芯筒尾部连通，取芯筒内设有活塞；取芯筒后端与钻杆前端螺接，钻杆由若干中空结构的取芯钻杆连接而成。本实用新型结构简单，适应性强，取芯过程简单，取芯效果可靠。

主设计要求

1.一种用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置，其特征是：包括取芯钻头、取芯筒和钻杆,取芯钻头前端设有钻齿，钻齿内侧为圆柱形，与取芯筒内径相同，钻齿外侧突出，钻头侧壁上布置有供水通道，出口位于钻头内齿和外齿中间；取芯钻头后端与取芯筒前端螺接，取芯筒侧壁上设有供水通道Ⅱ，供水通道Ⅱ前端连接取芯钻头供水通道，后端与取芯筒尾部连通，取芯筒内设有活塞；取芯筒后端与钻杆前端螺接，钻杆由若干中空结构的取芯钻杆连接而成。

设计方案

1.一种用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置，其特征是：包括取芯钻头、取芯筒和钻杆, 取芯钻头前端设有钻齿，钻齿内侧为圆柱形，与取芯筒内径相同，钻齿外侧突出，钻头侧壁上布置有供水通道，出口位于钻头内齿和外齿中间；取芯钻头后端与取芯筒前端螺接，取芯筒侧壁上设有供水通道Ⅱ，供水通道Ⅱ前端连接取芯钻头供水通道，后端与取芯筒尾部连通，取芯筒内设有活塞；取芯筒后端与钻杆前端螺接，钻杆由若干中空结构的取芯钻杆连接而成。

2.根据权利要求1所述的用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置，其特征是：还包括电缆转接头，电缆转接头为T字形三通结构，电缆转接头的前端与钻杆后端螺接。

3.根据权利要求2所述的用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置，其特征是：所述的取芯钻头前端的钻齿分为内齿和外齿，内齿和外齿均呈环形布置；相邻的内齿及相邻的外齿之间留有空隙，空隙为齿宽的0.3-0.5倍；钻头侧壁上对称布置有两供水通道。

4.根据权利要求1或2所述的用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置，其特征是：所述的取芯筒尾部设有一通孔，通孔沿着径向设置，通孔中设有一阻挡杆，阻挡杆为圆柱形，阻挡杆的两端处设有螺母。

5.根据权利要求1所述的用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置，其特征是：所述的活塞包括橡胶层，钢制层和垫片，垫片由橡胶材料制成，橡胶层设置在钢制层前端面上，垫片设置在钢制层后端面上。

6.根据权利要求3所述的用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置，其特征是：所述的取芯筒在侧壁上设有两条对称供水通道Ⅱ，两供水通道Ⅱ前端分别连接取芯钻头上的两供水通道。

7.根据权利要求1所述的用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置，其特征是：所述取芯钻杆中心处设有一通孔，通孔侧壁上均匀布置有三个沿轴向设置的凹槽，凹槽内设有多个钢珠，钢圈置于通孔内，钢圈的外壁与钢珠接触，钢圈的两端与取芯钻杆之间布置有钢球，取芯钻杆的一端设有外螺纹，另一端设有与外螺纹配合的内螺纹。

8.根据权利要求2所述的用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置，其特征是：所述电缆转接头包括前接头和后接头，前接头和后接头通过回扣连接，回扣间装有多粒钢球，前接头和后接头连接处设有环形密封圈，电缆转接头尾部侧壁上对称布置两个内螺纹小孔，小孔内配有活塞杆，活塞杆内端连接有软橡胶结构的活塞，活塞杆外螺纹钢柱，活塞杆外端焊接一六角螺帽。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于岩石力学测试领域；具体地说涉及一种用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置。

背景技术

随着国内外资源开采不断向深部推进，巷道围岩条件越发复杂，围岩控制的难度也逐渐增大。研究表明，安全的资源开采的前提必须对开采区域的地质、地貌等进行严密勘察，了解并掌握所开采区域存在的灾害隐患，及时对潜在的灾害进行控制和规避。详细的地质勘察是煤矿开采工作的基础，也是防止各种煤矿地质灾害发生的前提。

矿井岩体力学参数是矿井地质资料的重要组成部分，岩体力学参数的测定多在室内实验室中进行，如何获取矿井岩石岩样、所获岩样的完整性对岩石力学参数的测定至关重要。巷道围岩力学参数的测定、矿井原岩应力的测定等都离不开岩石取芯。

现阶段国内外以及研发出成套的岩石取芯装置，可以满足矿井多数场合下的岩石取芯工作，为后续矿井资料的补充提供了参考。然而，现阶段的岩石取芯装置仍存在着很多的问题，取芯装置不够科学，取芯工作较为繁琐，取芯过程中常常伴随着钻头卡住、出水困难、岩渣堆积和岩芯卡住取芯筒等问题，取芯工作困难，有效岩心很少，取芯效果差。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单，适应性强，取芯过程简单，取芯效果可靠的矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置。

本实用新型采用的技术方案是：一种用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置，包括取芯钻头、取芯筒和钻杆, 取芯钻头前端设有钻齿，钻齿内侧为圆柱形，与取芯筒内径相同，钻齿外侧突出，钻头侧壁上布置有供水通道，出口位于钻头内齿和外齿中间；取芯钻头后端与取芯筒前端螺接，取芯筒侧壁上设有供水通道Ⅱ，供水通道Ⅱ前端连接取芯钻头供水通道，后端与取芯筒尾部连通，取芯筒内设有活塞；取芯筒后端与钻杆前端螺接，钻杆由若干中空结构的取芯钻杆连接而成。

上述的用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置中，还包括电缆转接头，电缆转接头为T字形三通结构，电缆转接头的前端与钻杆后端螺接。

上述的用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置中，所述的取芯钻头前端的钻齿分为内齿和外齿，内齿和外齿均呈环形布置；相邻的内齿及相邻的外齿之间留有空隙，空隙为齿宽的0.3-0.5倍；钻头侧壁上对称布置有两供水通道。

上述的用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置中，所述的取芯筒尾部设有一通孔，通孔沿着径向设置，通孔中设有一阻挡杆，阻挡杆为圆柱形，阻挡杆的两端处设有螺母。

上述的用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置中，所述的活塞包括橡胶层，钢制层和垫片，垫片由橡胶材料制成，橡胶层设置在钢制层前端面上，垫片设置在钢制层后端面上。

上述的用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置中，所述的取芯筒在侧壁上设有两条对称供水通道Ⅱ，两供水通道Ⅱ前端分别连接取芯钻头上的两供水通道。

上述的用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置中，所述取芯钻杆中心处设有一通孔，通孔侧壁上均匀布置有三个沿轴向设置的凹槽，凹槽内设有多个钢珠，钢圈置于通孔内，钢圈的外壁与钢珠接触，钢圈的两端与取芯钻杆之间布置有钢球，取芯钻杆的一端设有外螺纹，另一端设有与外螺纹配合的内螺纹。

上述的用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置中，所述电缆转接头包括前接头和后接头，前接头和后接头通过回扣连接，回扣间装有多粒钢球，前接头和后接头连接处设有环形密封圈，电缆转接头尾部侧壁上对称布置两个内螺纹小孔，小孔内配有活塞杆，活塞杆内端连接有软橡胶结构的活塞，活塞杆外螺纹钢柱，活塞杆外端焊接一六角螺帽。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型具有成套的取芯装置，各部分之间通过粗丝螺纹连接，较细丝螺纹连接更易组装与拆卸，同时，粗丝螺纹连接具有可靠的安全性，在巨大的取芯扭矩下，不易滑丝和断裂；此外各部件外侧均设有偏平结构，较圆柱体结构，更便于扳手、管钳使用。

2、本实用新型通过改变供水通道，将供水通道布置于取芯筒外侧，为钻头全程供水，减小钻头损伤，取芯更加安全，同时由于取芯钻头外径比取芯筒外径大，供水通道不会与岩壁产生摩擦，保证了供水通道的安全性。

3、在使用空心包体应力计通过应力解除法测岩体的原岩应力试验时，在取芯工作完成后，通常需要在钻杆内布设空心包体电缆，本实用新型的取芯钻杆内设有钢圈，钢圈与取芯钻杆形成滚动轴承结构，取芯钻杆转动时，钢圈并不转动，使得其内的电缆不转动，保证了空心包体应力计与电缆不会由于电缆转动形成麻花状，结构可靠性高；电缆通过电缆转接头从尾部接触，拧紧电缆转接头尾部活塞，将尾部通道封闭，电缆转接头下部连接水枪，由于电缆转接头前后部分可以相对转动，水枪一直处于竖直状态，从而解决了钻杆中布设电缆的情况下，供水取芯。

4、本实用新型在取芯钻杆上设有金属数字便签，按顺序依次安装取芯钻杆，每条取芯钻杆长度恒定，方便在外面计算出取芯深度，而不用时刻记住已安装取芯钻杆的个数，保证了取芯的精确性。

5、本实用新型还具有结构简单，适应性强，取芯过程简单，取芯效果可靠的优点。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型的取芯钻头的结构示意图。

图3为本实用新型的取芯筒的结构示意图。

图4为本实用新型的取芯筒沿取芯筒轴心线旋转90度的结构示意图。

图5为本实用新型的取芯钻杆的结构示意图。

图6为本实用新型的取芯钻杆左侧结构放大示意图。

图7为本实用新型的取芯钻杆右侧结构放大示意图。

图8为图5中A-A剖视图。

图9为本实用新型的取芯钻杆沿取芯钻杆轴中心线旋转90度的结构示意图。

图10为本实用新型的电缆转接头的结构示意图。

图11为图10中B-B剖视图。

图12为图10中C-C剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型包括一种用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置，包括取芯钻头1、取芯筒5、钻杆和电缆转接头26。取芯钻头1与取芯筒5前端螺接，取芯筒5后端与钻杆前端螺接，钻杆后端与电缆转接头26螺接；钻杆由若干中空结构的取芯钻杆18连接而成。

如图2所示，所述取芯钻头1前端设有钻齿2，钻齿2分为内齿和外齿，内齿和外齿均呈环形布置，相邻两内齿及相邻的两外齿间留有空隙，空隙为齿宽的0.3-0.5倍。钻齿2内侧为圆柱形，与取芯筒5内径相同，钻齿2外侧突出，根据实际工程情况，钻齿2外径大于钻头后部1-2cm。钻头侧壁上对称布置两条供水通道3，供水通道3沿径向设置，入口处连接取芯筒供水通道8，出口位于钻头2内齿和外齿中间，取芯钻头2尾部为粗丝外螺纹4，与取芯筒前部粗丝内螺纹6相匹配。

如图3、图4所示，所述取芯筒5尾部侧壁上设有通孔10，通孔10沿径向设置，通孔10中穿一圆柱形阻挡杆11，阻挡杆11用于阻挡铁棒后面的活塞12，阻挡杆11两端具有外螺纹，连接有螺母9。取芯筒5里的活塞12包括橡胶层13，钢制层14和一个橡胶材料的凹形垫片15，橡胶层13通过强力胶粘在钢制层14前端面上，垫片15通过强力胶粘在钢制层14后端面上。取芯筒5尾部具有粗丝内螺纹17，与钻杆前端粗丝外螺纹19匹配。取芯筒5侧壁上设有两条供水通道Ⅱ8，两条供水通道Ⅱ8对称设置，供水通道Ⅱ8前端连接取芯钻头1上的供水通道3，供水Ⅱ通道尾部通向取芯筒5尾部16。

如图5-9所示，取芯钻杆18中心处设有通孔，通孔的侧壁上设有三条矩形的凹槽21，三条凹槽21成正三角形布置，每条凹槽21内均有10粒钢珠22，取芯钻杆18通孔内设有一环形的钢圈23，钢圈23外圆与凹槽21内钢珠22接触，可以岩钻杆18中心线自由转动，钢圈23两端与取芯钻杆18之间均布置有钢球20。取芯钻杆18的一端设有外螺纹19，另一端设有与外螺纹配合的内螺纹25，内螺纹25可外接水枪或者电缆转接头26。取芯钻杆18杆身贴有金属标签24，用于计数。

如图10-12所示，所述电缆转接头26呈T字型，电缆转转接头26前端具有粗丝外螺纹27，可与钻杆尾部粗丝内螺纹25相匹配。电缆转接头26包括前接头28和后接头31，前接头28和后接头通31过回扣连接，回扣间装有多粒钢球30，前接头28和后接头31连接处设有环形密封圈29，可以防止水流从连接处渗出。电缆转接头26尾部侧壁上对称布置两个内螺纹小孔，内螺纹小孔35内配有活塞杆36，活塞杆36为外螺纹钢柱，活塞杆36内端连接有软橡胶结构的活塞38，活塞杆36外端焊接一六角螺帽34。电缆转接头26中部设有粗丝内螺纹孔32，可外接水枪。

本实用新型的工作过程如下：1）按照图1所示组装用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置，情形一：没有电缆穿过取芯钻头1时：首先，将取芯钻头1的尾部外粗丝螺纹4与取芯筒5前部的粗丝外螺纹6进行旋转连接，插好取芯筒5内小孔10的铁棒11，保证取芯筒5内活塞12位于铁棒11后侧，并拧紧螺母9。然后，连接取芯筒5后部粗丝内螺纹16和取芯钻头18前部的粗丝外螺纹19，如需多节取芯钻杆时18，需根据取芯钻杆编号24依次连接取芯钻杆18；最后，连接钻杆尾部粗丝内螺纹25和水枪。

情形二：有电缆穿过钻杆时：将电缆依次穿过取芯钻头1、取芯筒5、钻杆和电缆转接头26，根据情形一连接好取芯钻头1、取芯筒5和钻杆、电缆转接头26，梳理好线路后，通过拧动六角螺母34，使电缆转接头26内的活塞33向电缆挤压，直至橡胶结构38完全贴合电缆，封闭电缆转接头26右侧通道，同时，在电缆转接头26的下部连接水枪。

2）将用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置安装在凿岩台车上，在钻杆的后端或电缆转接头26的中部连接水枪，开动水枪，流水从取芯钻头1的钻齿间射出；

3）开动凿岩台车，取芯钻头1开始沿取芯钻头1中心线旋转，开始取芯，当取芯深度接近取芯筒5长度时，停止取芯，退出钻杆，并卸下取芯筒5和取芯钻头1；

4）将取芯筒5尾部倾斜向上，拧松螺母9，拆除取芯筒5内的阻挡杆11，在取芯筒尾部16插入一根细棒，轻轻撞击活塞12的橡胶材料的凹形垫片15，由于活塞12前端为橡胶材料13，当用细棒撞击活塞12时，不会损伤所取岩芯，在保证岩芯完整的情况下，顺利取出岩芯；

5）重新组装用于矿井岩石取芯的圆筒形取芯装置，并增加一节取芯钻杆18，重复步骤2）-4），直到取芯工作完成。

设计图

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