一種充填體井下現場取樣裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提出一種充填體井下現場取樣裝置，由外部結構和內部結構構成。外部結構包括外套筒(6)、頂蓋(1)、金剛石鉆頭(10)；裝置的內部結構包括內套筒(7)、內套筒上套管(5)、內套筒下套管(8)、止動裝置、C型活動卡環(9)。該裝置可獲得井下充填體的標準試塊，具有加工簡單、攜帶方便、取樣快捷、取出的充填體樣(14)不受損傷等一系列優點。取樣時，轉動加力手柄(17)，并對取樣裝置施加向充填體的壓力，使金剛石鉆頭(10)逐漸切削入充填體；當取樣裝置鉆至預定的位置后，折斷充填體，取出取樣裝置，取樣隨之從孔內拿出。此裝置能保證充填體試樣的完整性以獲得最真實的充填體強度，攜帶方便，也可使用電力設備，但裝置的使用不受動力源地點的限制。
【專利說明】一種充填體井下現場取樣裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種充填體取樣裝置，特別是充填體井下現場取樣裝置，可應用于充填采礦法的礦山，通過該裝置取樣，以獲得井下充填體強度檢測的試塊。
【背景技術】
[0002]充填采礦法在充分回收礦產資源、控制深井開采地壓活動和改善環境保護方面具有明顯的優勢且已取得顯著的成效，因而引起了礦業界的普遍重視，充填采礦法在我國乃至世界各國得到了越來越廣泛的應用，我國地下礦山中45%的有色金屬大中型礦山和37%的黃金礦山都采用充填法。
[0003]充填體強度是充填采礦法的關鍵參數，但由于充填料漿各組分材料物理化學性質、料漿濃度、充填工藝等各因素的影響，每個礦山的充填體強度都處于不斷變化狀態。如果充填體強度過高，則意味著添加了過多的水泥等膠結劑，導致充填成本過高，造成了不必要的浪費；如果充填體強度過低，則有可能導致采場垮塌、人員傷亡、設備受損、礦石損失等一系列問題。準確掌握井下充填體的實際強度，不僅關系到礦山人員、設備的安全，對降低采礦成本、提高礦石回收率和貧化率都是至關重要的。井下充填體取樣一直是一個技術難題，一般可采用井下金剛石鉆機取樣、井下預埋試模、取充填體試樣后切割等方法。
[0004]如果采用井下金剛石鉆機取樣，會存在如下幾個問題:
[0005]金剛石鉆機主要用于獲取充填體樣，故轉動速度比較快，但充填體強度通常為
0.lMPa-5MPa，僅為一般巖石強度的1/20-1/100，充填體在金剛石鉆機高速旋轉的作用下非常容易受到破壞，難以獲得完整的充填體；
[0006]充填體具有含水量大、強度低的特征，如果采用巖芯鉆機取樣，在高轉速作用下，充填體還也容易出現液化現象，難以獲得完整的樣品；
[0007]—般井下用巖芯鉆內徑為Φ 45mm或更小，但由于充填體強度值小，需要較大直徑(一般大于Φ70_)的試樣才可以獲得較為精確的充填體強度，因此井下巖芯鉆機難以獲得適用于充填體試樣尺寸要求的合適鉆頭、鉆具；
[0008]采用井下預埋試模獲得充填體試塊的途徑，也存在很大的弊病:
[0009]在井下預埋充填試模，采場充填后須等待至鄰采場開采至預埋地點才可以取出，充填體被揭露的最短時間往往超過一個月甚至數月，取樣周期過長；
[0010]不能實現對任意地點充填體的隨機取樣，因此無法監測任意一個采場充填體的實際強度，也無法監測采場內任一點的充填體強度，不利于充填體質量控制和管里。
[0011]充填體內取預埋試塊時，往往采用機械甚至爆破的手段，不僅費時費力，充填試樣非常容易在取樣過程中受到損傷；
[0012]采用井下取大塊充填體，也可切割加工為標準的充填體試塊，但由于充填體強度低，從井下充填體上取大塊的過程就是一個對充填體的破壞過程，充填試塊再次加工過程中又會導致其二次損傷，該方法難以獲得準確的充填體強度值。實用新型內容
[0013]本實用新型旨在至少解決上述技術缺陷之一。
[0014]為此，本實用新型的第一個目的在于提出一種充填體井下現場取樣裝置，應用于充填體井下現場取樣，包括外部結構和內部結構兩部分，
[0015]其特征在于:外部結構包括外套筒(6)、頂蓋(I)、金剛石鉆頭(10);外套筒(6)上端與頂蓋(I)下端連接，外套筒(6)下端和金剛石鉆頭(10)連接；
[0016]內部結構包括內套筒(7)、內套筒上套管(5)、內套筒下套管(8)、止動裝置、C型活動卡環(9)，內套筒(7)上下兩端分別與內套筒上套管(5)和內套筒下套管(8)連接；止動裝置置于頂蓋(I)與內套筒(7)之間，所述止動裝置上部與頂蓋非固定接觸，下部通過內套筒上套管(5)與內套筒(7)間接相連，內套筒下套管(8)與金剛石鉆頭(10)非固定接觸，C型活動卡環(9)置于內套筒下套管(8)內。
[0017]優選地，所述外套筒(6)上端與頂蓋(I)下端的連接方式為可拆卸式連接，所述外套筒(6)下端和金剛石鉆頭(10)的連接方式也為可拆卸式連接。
[0018]優選地，所述止動裝置包括滾珠槽(2)、軸承或滾珠(3)以及支撐帽(4);所述滾珠槽(2)內裝載有所述軸承或滾珠(3)，滾珠槽(2)下端與支撐帽(4)固定連接。
[0019]優選地，所述止動裝置上部與頂蓋非固定接觸，下部通過內套筒上套管(5)與內套筒(7)間接相連具體為:滾珠槽(2)上端與頂蓋(I)非固定接觸，內套筒上套管(5)上下兩端分別與支撐帽(4)下端和內套筒(7)上端可拆卸式相連。
[0020]優選地，所述的頂蓋(I)上端為圓柱體，其上有一插入加力手柄的通孔(12)以及一方形孔(13)，所述通孔(12)方向為所述圓柱體徑向方向；所述方形孔(13)沿圓柱體軸向方向。
[0021]優選地，所述外套筒(6)為一管狀構造；所述的內套筒(7)由兩個半圓槽結構組成，所述內套筒(7)上、下兩端與內套筒上套管(5)、內套筒下套管(8)可拆卸式連接。
[0022]優選地，所述內套筒(7)上、下兩端與內套筒上套管(5)、內套筒下套管(8)通過螺紋連接機構可拆卸式連接。
[0023]優選地，所述的內套筒下套管(8)外部為一圓柱形，外徑保持不變；內套筒下套管(8)的內部為一個倒圓臺形，內徑由上至下逐漸變小。
[0024]優選地，C型活動卡環(9)為非閉合圓環，呈漏斗形結構，外側面緊貼內套筒下套管(8)內側面，外徑由上至下逐漸減小，內徑與金剛石鉆頭(10)內徑相等，可在內套筒下套管⑶內上下移動。
[0025]優選地，所述金剛石鉆頭(10)呈圓筒型，金剛石鉆頭(10)下端鉆頭面內鑲入金剛石(11)。
[0026]該取樣裝置的優點在于:
[0027]( I)充填體取樣裝置采用人工加載取樣，與充填體樣鉆機、鑿巖臺車等機械加載取樣方式相比，取樣裝置轉速可自由控制，避免了對于單軸抗壓強度僅有巖體1/20-1/100的充填體的損傷和破壞，能夠獲得最真實的充填體強度。
[0028](2)由于設計了內套筒(7)，當外套筒(6)旋轉向下鉆進時，內套筒(7)不隨外套筒(6)旋轉,充填體樣(14)與內套筒(7)之間不產生相對位移，對充填體的損傷小，對于單軸抗壓強度較小的充填體，可保證充填體試樣的完整性。[0029](3)取樣裝置攜帶方便，即可使用人力作為取樣時的旋轉、切入充填體的動力，也可采用蓄電池式驅動的轉速可調電動馬達作為動力，不受動力源地點的限制，可以在井下任一地點、任意時間取樣，適用于礦山充填體質量監控，也適用于井下作業面廣、作業地點變化大、動力源受限的實際情況。
[0030](4)取樣裝置設計簡單，各組成部分均為礦山常用備件，加工十分方便，可根據待取充填體試樣不同直徑的要求，加工不同的取樣裝置。
[0031]本實用新型成功解決了井下充填體取樣難的問題，對優化充填配合比和采場結構尺寸，對降低水泥摻量及充填成本，提高井下人員、設備在井下作業的安全都具有非常重要的意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為充填體現場取樣裝置正視圖。
[0033]圖2為充填體現場取樣裝置側視圖。
[0034]圖3為充填體現場取樣裝置俯視圖。
[0035]圖4為加力手柄，Ca)為加力手柄側視圖，(b)為加力手柄正視圖。
[0036]圖5為電動設備。
[0037]圖6為充填體現場取樣裝置剖視圖(沿1-1剖視圖)。 [0038]圖7為充填體現場取樣裝置剖視圖(沿I1-1I剖視圖)。
[0039]圖8為充填體現場取樣裝置剖視圖(沿II1-1II剖視圖)。
[0040]圖9為充填體現場取樣裝置取樣時，充填體樣剛進入內套筒下套管時狀態圖。
[0041]圖10為充填體現場取樣裝置取樣時，充填體樣剛進入內套筒時狀態圖。
[0042]圖11為充填體現場取樣裝置取樣結束后將充填體樣上提時狀態圖。
[0043]圖中:1-頂蓋；2_滾珠槽；3_軸承/滾珠；4_支撐帽；5-內套筒上套管；6_外套筒內套筒；8_內套筒下套管；9-C型活動卡環；10_金剛石鉆頭；11_金剛石；12_通孔；13-方形孔；14_充填體樣；15-變速按鈕；16_電源按鈕；17_加力手柄。
【具體實施方式】
[0044]下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。
[0045]圖1-3、6分別為本實用新型實施例的充填體現場取樣裝置的正視圖、側視圖、俯視圖以及剖視圖。
[0046]本實施中充填體現場取樣裝置主要由外部結構和內部結構兩部分構成。
[0047]其中，充填體現場取樣裝置的外部結構由外套筒(6)、頂蓋(I)、加力手柄(17)、金剛石鉆頭(10)組成。
[0048](I)外套筒(6)為一管狀構造，上下兩端均有內螺紋，上端與頂蓋(I)下端連接，下端與金剛石鉆頭(10)連接，起到傳力作用。
[0049](2)頂蓋(I)上端為圓柱體，其上有一垂直圓柱體軸向的通孔(12)貫穿頂蓋，可將加力手柄(17)插入孔內，在加力手柄(17)進行圓周運動時帶動該裝置旋轉運動；此外，頂蓋(I)上有一個沿圓柱軸向的方形孔(13)，可將電動設備(如圖5所示)的旋轉頭插入帶動裝置旋轉；頂蓋下端車削了與外套筒(6)上端內螺紋匹配的外螺紋，用于將其與外套筒(6)上端可拆卸式連接，使施加于頂蓋(I)的力傳遞至外套筒(6)及金剛石鉆頭(10)。
[0050](3)如圖4所示，加力手柄(17)為一字型桿，存儲、搬運取樣裝置時可將手柄卸下，減小取樣裝置體積；到現場取樣時，將加力手柄(17)插入橫穿頂蓋(I)的垂直圓柱軸向的通孔(12)，通過握緊加壓、旋轉加力手柄(17)，帶動與之相連的頂蓋(I)、外套筒(6)、金剛石鉆頭(10)轉動，使鉆頭切削入充填體中；針對不同強度的充填體，也可采用不同長度的加力手柄(17)加力，以達到不同的加力效果。
[0051](4)金剛石鉆頭(10)呈圓筒型，其上端車削了與外套筒(6)下端內螺紋匹配的外螺紋，使得其與外套筒(6)下端可拆卸式相連；金剛石鉆頭(10)下端鉆頭面內鑲入金剛石(11)。
[0052]充填體現場取樣裝置的內部結構由內套筒(7)、內套筒上套管(5)、內套筒下套管
(8)、止動裝置、C型活動卡環(9)組成。
[0053](I)內套筒(7)為由兩個半圓槽相互扣合所組成的管狀結構，兩個半圓槽可以由一段圓管沿軸向劈開而成，半圓槽上下兩端均加工了外螺紋，將分別安裝內套筒上套管(5)與內套筒下套管(8)。
[0054](2)內套筒上套管(5)兩端均車削了內螺紋，下端內螺紋與半圓槽上端外螺紋匹配，以便與內套筒(7)上 端可拆卸式相連，上端內螺紋與支撐帽(4)下端外螺紋匹配，以便與止動裝置中的支撐帽(4)可拆卸式相連。
[0055](3)內套筒下套管(8)上端車削了內螺紋，該內螺紋與半圓槽下端外螺紋匹配，使得內套筒下套管(8)上端與內套筒(7)下端可拆卸式相連，下端與金剛石鉆頭(10)非固定接觸(即兩者接觸但不機械連接，使得兩者可相對獨立運動)。內套筒下套管(8)外部為一圓柱形，外徑保持不變；內套筒下套管(8)的內部為一個倒圓臺形，內徑由上至下逐漸變小，如圖8和9所示。
[0056](4)止動裝置置于頂蓋(I)與內套筒(7)之間，將兩者隔離開，其上部與頂蓋接觸但不機械相連，下部則通過內套筒上套管(5)與內套筒(7)間接相連，使得頂蓋(I)的旋轉不會帶動內套筒(7)旋轉。其中，該止動裝置由滾珠槽(2)、軸承/滾珠(3)、支撐帽(4)組成。滾珠槽(2)內裝軸承/滾珠(3)，其上端與頂蓋(I)非固定接觸，其下端與支撐帽(4)緊密固定相連，并且不會發生相對旋轉移動；如上所述，支撐帽(4)上端與滾珠槽(2)下端緊密固定相連，下端則車有與內套筒上套管(5)內螺紋匹配的外螺紋，使其與內套筒上套管(5)可拆卸式連接。
[0057](5) C型活動卡環(9)為非閉合圓環，置于內套筒下套管(8)內；其外形呈漏斗形結構，外側面緊貼內套筒下套管(8)內側面，外徑由上至下逐漸減小，可在內套筒下套管
(8)內一定范圍內上下移動；其內部呈圓管狀，內徑保持不變，大小與金剛石鉆頭(10)內徑相等。C型活動卡環(9)下端呈喇叭口結構，取樣時當充填體樣(14)進入內套筒(6)后，可以起到導向作用。
[0058]根據本實用新型的充填體現場取樣裝置，由于其外套筒(6)和內套筒(7)非固定連接，當頂蓋(I)靠外力進行旋轉時，僅僅帶動外套筒(6)旋轉取樣，內套筒(7)則因止動裝置的設置不隨頂蓋(I)旋轉而旋轉，起到保護充填體試樣完整性的目的。
[0059]取樣時，首先將加力手柄(17)插入垂直圓柱軸向的孔(12)內或將電動設備的旋轉頭插入沿圓柱軸向的方形孔(12)內；將取樣裝置置于待取樣的充填體上，轉動加力手柄
(17)或開啟電動設備帶動裝置旋轉，并對取樣裝置施加向充填體的壓力，在旋轉及壓力作用下，金剛石鉆頭(10)逐漸切削入充填體。
[0060]取樣過程中，由于C型活動卡環(9)與內套筒下套管(8)接觸但不機械相連，因此可在內套筒下套管(8)內上下移動，以下結合本實用新型的充填體現場取樣裝置在取樣過程中的不同階段，對C型活動卡環(9)的工作方式進行詳細介紹:
[0061](I)正常情況下或取樣時充填體樣(14)未進入到內套筒(7)時，C型活動卡環(9)僅受重力，其狀態如圖9中的局部放大圖所示。
[0062](2)當充填體樣(14)進入到內套筒(7)時，C型活動卡環(9)與充填體樣(14)表面接觸產生摩擦，在摩擦力的作用下，C型活動卡環(9)上移直至受到內套筒(7)限制后停住，其狀態如圖10中的局部放大圖所示。
[0063](3)當取樣裝置鉆至預定的位置后，稍向左右擺動取樣裝置，可折斷充填體，使用該裝置將充填體樣(14)從充填體中取出，此時受重力作用充填體樣(14)與C型活動卡環
(9)向下移動，此時整體呈漏斗形結構的C型活動卡環(9)向下滑動到一定位置便停止滑動，但是此時充填體樣(14)可能將繼續下滑，在這個過程中，充填體樣(14)與C型活動卡環(9)由于接觸發生摩擦，充填體樣(14)將繼續帶動C型活動卡環(9)產生下向位移，C型活動卡環(9)在向下移動的過程中，C型卡環開口(9)逐步收縮，當其內徑小于充填體樣(14)的直徑時，充填體樣(14)下滑時受到來自C型活動卡環(9)的摩擦阻擋無法繼續下滑，局部卡死，如圖11所示。通過以上動作，完成充填體取樣裝置取樣的過程。
[0064]以下為本實用新型充填體現場取樣裝置一個示例的規格參數:
[0065](I)取樣裝置頂蓋(I)外徑94mm,長40mm,米用普通鋼材。
[0066](2)加力手柄(17)直徑20mm，長600mm，采用普通鋼材。
[0067](3)外套筒(6)外徑94mm，內徑88mm，上下兩端設置有內螺紋,采用普通鋼材。
[0068](4)內套筒(7)外徑84mm,內徑78mm,長260_ (充填體樣(14)長度200mm,可以加工為160mm長的標準試塊，滿足標準充填試塊的取樣要求)，材質為普通鋼管。
[0069](5)內套筒上套管(5)外徑86mm，內徑84mm，開口端車削內螺紋，采用普通鋼材。
[0070](6)內套筒下套管⑶外徑86mm,內徑最大處為84_、最小處為74mm,其內部為一個倒圓臺形，內徑由上至下逐漸變小，開口端車削內螺紋，采用普通鋼材。
[0071](7)金剛石鉆頭(10)內徑73mm,外徑100mm,長120mm,可采用國家標準產品。
[0072](8) C型活動卡環(9)為非閉合圓環，置于內套筒下套管(8)內；其外形呈漏斗形結構，外側面緊貼內套筒下套管(8)內側面，外徑由上至下逐漸減小，最大為84mm、最小為80mm，其內徑為74臟，采用普通鋼材。
[0073]利用本實用新型充填體現場取樣裝置的進行取樣的步驟如下:
[0074](I)將取樣裝置置于待取樣的充填體上，轉動加力手柄(17)，并對取樣裝置施加向充填體的壓力，在旋轉及壓力作用下，金剛石鉆頭(10)逐漸切削入充填體。
[0075](2)當取樣裝置鉆至預定的位置后，稍向左右擺動取樣裝置，可折斷充填體樣(14)，之后出取樣裝置，取樣裝置內的充填體樣(14)隨之從孔內拿出。[0076](3)拆卸下金剛石鉆頭(10)，稍微傾斜取樣裝置，內套筒(7)及其內部的充填體樣(14)會隨之取出，也可拆除內套筒上套管(5)、內套筒上套管(8)，將其內的充填體樣(14)取出。
[0077](4)取樣結束后，清洗取樣裝置，在取樣裝置各部位涂抹潤滑油后，將各部件安裝復位。
[0078]盡管已經示出和描述了本實用新型的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由所附權利要求及其等同限定。
【權利要求】
1.一種充填體井下現場取樣裝置，應用于充填體井下現場取樣，包括外部結構和內部結構兩部分， 其特征在于:外部結構包括外套筒(6)、頂蓋(I)、金剛石鉆頭(10);外套筒(6)上端與頂蓋(I)下端連接，外套筒(6)下端和金剛石鉆頭(10)連接； 內部結構包括內套筒(7)、內套筒上套管(5)、內套筒下套管(8)、止動裝置、C型活動卡環(9)，內套筒(7)上下兩端分別與內套筒上套管(5)和內套筒下套管(8)連接；止動裝置置于頂蓋(I)與內套筒(7)之間，所述止動裝置上部與頂蓋非固定接觸，下部通過內套筒上套管(5)與內套筒(7)間接相連，內套筒下套管(8)與金剛石鉆頭(10)非固定接觸，C型活動卡環(9)置于內套筒下套管(8)內。
2.根據權利要求1所述的一種充填體井下現場取樣裝置，其特征在于:所述外套筒(6)上端與頂蓋(I)下端的連接方式為可拆卸式連接，所述外套筒(6)下端和金剛石鉆頭(10)的連接方式也為可拆卸式連接。
3.根據權利要求1所述的一種充填體井下現場取樣裝置，其特征在于:所述止動裝置包括滾珠槽(2)、軸承或滾珠(3)以及支撐帽(4);所述滾珠槽(2)內裝載有所述軸承或滾珠(3)，滾珠槽(2)下端與支撐帽(4)固定連接。
4.根據權利要求3所述的一種充填體井下現場取樣裝置，其特征在于:所述止動裝置上部與頂蓋非固定接觸，下部通過內套筒上套管(5)與內套筒(7)間接相連具體為:滾珠槽(2)上端與頂蓋(I)非固定接觸，內套筒上套管(5)上下兩端分別與支撐帽(4)下端和內套筒(7)上端可拆卸式相連。
5.根據權利要求1所述的一種充填體井下現場取樣裝置，其特征在于:所述的頂蓋(I)上端為圓柱體，其上有一插入加力手柄的通孔(12)以及一方形孔(13)，所述通孔(12)方向為所述圓柱體徑向方向；所述方形孔(13)沿圓柱體軸向方向。
6.根據權利要求1所述的一種充填體井下現場取樣裝置，其特征在于:所述外套筒(6)為一管狀構造；所述的內套筒(7)由兩個半圓槽結構組成，所述內套筒(7)上、下兩端與內套筒上套管(5)、內套筒下套管(8)可拆卸式連接。
7.根據權利要求6所述的一種充填體井下現場取樣裝置，其特征在于:所述內套筒(7)上、下兩端與內套筒上套管(5)、內套筒下套管(8)通過螺紋連接機構可拆卸式連接。
8.根據權利要求1所述的一種充填體井下現場取樣裝置，其特征在于:所述的內套筒下套管(8)外部為一圓柱形，外徑保持不變；內套筒下套管(8)的內部為一個倒圓臺形，內徑由上至下逐漸變小。
9.根據權利要求1所述的一種充填體井下現場取樣裝置，其特征在于:C型活動卡環(9)為非閉合圓環，呈漏斗形結構，外側面緊貼內套筒下套管(8)內側面，外徑由上至下逐漸減小，內徑與金剛石鉆頭(10)內徑相等，可在內套筒下套管(8)內上下移動。
10.根據權利要求1所述的一種充填體井下現場取樣裝置，其特征在于:所述金剛石鉆頭(10)呈圓筒型，金剛石鉆頭(10)下端鉆頭面內鑲入金剛石(11)。
【文檔編號】G01N1/08GK203785917SQ201420169817
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月9日 優先權日:2014年4月9日
【發明者】韓思愉 申請人:韓思愉