本發(fā)明屬于煤礦安全防護技術領域，具體涉及一種煤瓦斯冷凍取樣器，適用于煤田開發(fā)過程中對含瓦斯煤進行定點取樣。
背景技術：
精準獲取煤層瓦斯參數(shù)，對瓦斯防突與治理等至關重要。煤瓦斯取樣技術是評價瓦斯壓力、含量的關鍵技術手段。目前，煤層瓦斯的測定主要采用取樣技術為基礎的直接測定方法，但現(xiàn)有取樣技術存在由于瓦斯暴露于空氣中導致瓦斯損失量較大等問題，導致無法對煤層瓦斯壓力及含量進行精確測量，使高瓦斯礦井存在“低指標”突出危險性。
中國專利文獻CN 106124243 A于2016年11月16日公開了一種煤層瓦斯含量測定超前冷凍取樣方法，它包括步驟：1)、采用繩索取芯鉆具鉆進至距離目標煤層表面0 .2m左右停止鉆進作業(yè)；2)、將流體輸送管通過鉆桿中心下放到鉆孔內(nèi)，并使流體輸送管的端部接近鉆孔底部；3)、從地面通過液氮泵將低溫流體通過流體輸送管持續(xù)泵入到鉆孔底部，使鉆孔底部以下3-5m區(qū)域冷凍至零度以下的凍結狀態(tài)；4)、提出流體輸送管，再下入繩索取芯鉆具的取芯器，快速進行取芯鉆進操作；5)、鉆進3m時，停止鉆進作業(yè)，快速將取芯器提至地表，并迅速將樣品裝入密封罐中。該方法能保證煤層巖心樣品在鉆進、運移過程中不發(fā)生解吸逸散，可保持煤層樣品的瓦斯原位含量狀態(tài)。
但是，該專利的操作過程繁瑣，煤層巖心的取樣時間較長。
技術實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術中存在的技術問題，本發(fā)明所要解決的技術問題就是提供一種空氣鉆進用煤瓦斯冷凍取樣器，它能夠有效抑制瓦斯解吸，減少取樣過程中煤瓦斯損失量，且操作過程簡單，取樣時間縮短。
本發(fā)明所要解決的技術問題是通過這樣的技術方案實現(xiàn)的，它包括由外殼內(nèi)壁與內(nèi)膽和冷卻套焊接封閉形成的真空保溫層、內(nèi)膽內(nèi)腔構成的液氮存儲室、由冷卻套內(nèi)壁和錐形巖芯管外壁與端蓋構成的冷凍室、錐形巖芯管內(nèi)腔構成的保溫取樣室；取樣器上接頭封蓋在外殼頂口，鉆桿上接頭下端口通過螺紋套裝在取樣器上接頭上，鉆桿貫套在外殼外圍，鉆桿上端通過螺紋套接鉆桿上接頭下部；冷凍室的排氣管穿透真空保溫層向上連接在內(nèi)膽的瓶頸部、與液氮存儲室連通；第一單向閥安裝在內(nèi)膽頂口，第二單向閥裝在內(nèi)膽底部與冷凍室連通的管道上，頂針插在錐形巖芯管頂部的配合孔內(nèi)，頂針的前端伸向第二單向閥，配合孔內(nèi)裝有使頂針復位的彈簧；活塞安裝錐形巖芯管的內(nèi)腔下段，帶通孔的端蓋裝在錐形巖芯管下口部以限制活塞的位置，活塞與錐形巖芯管內(nèi)腔下段的光滑直管配合，由活塞與錐形巖芯管構成密閉盛水容器，鉆桿下端通過螺紋與鉆頭連接。
本發(fā)明工作原理：
首先倒置本發(fā)明，由于錐形巖芯管內(nèi)腔為一倒錐形，將活塞推離錐形巖芯管內(nèi)腔下段的光滑直管段后，錐形巖芯管打開，裝入滿管水后拉起活塞使之與錐形巖芯管內(nèi)腔下段的光滑直管段配合，將加入水封閉在錐形巖心管內(nèi)后，正立取樣器。
取下第一單向閥，通過內(nèi)膽的瓶頸部灌入液氮至滿后，裝上第一單向閥，并將取樣器上接頭通過螺紋封蓋在外殼頂口，取樣器上接頭通過螺紋與鉆桿上接頭連接，安裝鉆桿和鉆頭后，將本發(fā)明伸入鉆孔底部進行鉆進取樣作業(yè)。
在鉆進過程中，煤樣進入錐形巖芯管，并將活塞向上推動打開錐形巖芯管中預存水，在重力作用下預存水進入煤樣中成為含水煤樣，當進入樣品持續(xù)推動活塞向上運動直至與頂針接觸并推動頂針上移打開第二單向閥，在重力作用下預存液氮通過第二單向閥流入冷凍室，實現(xiàn)對錐形巖芯管中的含水煤樣進行冷凍，停止鉆進作業(yè)，靜待2-5分鐘后提取鉆具，回收冷凍樣品。液氮吸熱氣化后形成的氮氣通過排氣管進入到內(nèi)膽形成的液氮存儲室，單壓力過大時第一單向閥自動打開排氣泄壓。
本發(fā)明的技術效果是：
本發(fā)明利用重力流作用，通過密閉盛水容器預存水的方法有效解決空氣鉆進過程中煤樣含水率低導致冰凍取樣效果較差的問題，液氮存儲室內(nèi)的液氮通過第二單向閥自動泄放流入冷凍室，實現(xiàn)了煤樣的保濕冷凍，抑制了瓦斯解吸，減少了取樣過程中煤瓦斯損失量，取樣準確；同時本發(fā)明結構簡單，無電器控制結構，操作簡單，取樣時間縮短。
附圖說明
本發(fā)明的附圖說明如下：
圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
圖中：1、鉆桿上接頭，2、排氣管，3、取樣器上接頭，4、第一單向閥，5、鉆桿，6、外殼，7、內(nèi)膽，8、第二單向閥，9、彈簧，10、頂針，11、冷卻套，12、錐形巖芯管，13、活塞，14、端蓋，15、鉆頭。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明：
如圖1所示，本發(fā)明包括由外殼6內(nèi)壁與內(nèi)膽7和冷卻套11焊接封閉形成的真空保溫層、內(nèi)膽7內(nèi)腔構成的液氮存儲室、由冷卻套11內(nèi)壁與錐形巖芯管12外壁和端蓋14構成的冷凍室、錐形巖芯管12內(nèi)腔構成的保溫取樣室；取樣器上接頭3封蓋在外殼6頂口，鉆桿上接頭1下端口通過螺紋套裝在取樣器上接頭3上，鉆桿5貫套在外殼6外圍，鉆桿5上端通過螺紋套接鉆桿上接頭1下部；冷凍室的排氣管2穿透真空保溫層向上連接在內(nèi)膽7的瓶頸部、與液氮存儲室連通；第一單向閥4安裝在內(nèi)膽7頂口，第二單向閥8裝在內(nèi)膽7底部與冷凍室連通的管道上，頂針10插在錐形巖芯管12頂部的配合孔內(nèi)，頂針10的前端伸向第二單向閥8，配合孔內(nèi)裝有使頂針10復位的彈簧9；活塞13安裝錐形巖芯管12的內(nèi)腔下段，帶通孔的端蓋14裝在錐形巖芯管12下口部以限制活塞13的位置，活塞13與錐形巖芯管12內(nèi)腔下段的光滑直管配合，由活塞13與錐形巖芯管12構成密閉盛水容器，鉆桿5下端通過螺紋與鉆頭15連接。
錐形巖芯管12與冷卻套11通過焊接連接，端蓋14通過螺紋與冷卻套11和錐形巖芯管12組合，
當需要對目標地層進行取樣鉆進時，本發(fā)明的工作原理是：
首先倒置本發(fā)明，由于錐形巖芯管12內(nèi)腔為一倒錐形，將活塞13推離錐形巖芯管12端部光滑直管段后，錐形巖芯管12打開，裝入滿管水后拉起活塞13使之與錐形巖芯管12端部光滑直管段配合，將加入水封閉在錐形巖心管12內(nèi)后，正立取樣器。
取下第一單向閥4，通過內(nèi)膽7的瓶頸部灌入液氮至滿后，裝上第一單向閥4，并將取樣器上接頭3通過螺紋封蓋在外殼6頂口，取樣器上接頭3通過螺紋與鉆桿上接頭1連接，安裝鉆桿5和鉆頭15后，將本發(fā)明伸入鉆孔底部進行鉆進取樣作業(yè)。
在鉆進過程中，煤樣進入錐形巖芯管12并將活塞13向上推動打開錐形巖芯管12中預存水，在重力作用下預存水進入煤樣中成為含水煤樣，當進入樣品持續(xù)推動活塞13向上運動直至與頂針10接觸并推動頂針10上移打開第二單向閥8，在重力作用下預存液氮通過第二單向閥8流入由冷卻套11內(nèi)壁、錐形巖芯管12外壁和端蓋14構成冷凍室，實現(xiàn)對錐形巖芯管12中的含水煤樣進行冷凍，停止鉆進作業(yè)，靜待2-5分鐘后提取鉆具，回收冷凍樣品。液氮吸熱氣化后形成的氮氣通過排氣管2進入到內(nèi)膽7形成的液氮存儲室，單壓力過大時第一單向閥4自動打開排氣泄壓。