第六章巖(礦)心采取

1、第六章 巖(礦)心采取,第一節(jié) 對巖(礦)心采取質量的基本要求第二節(jié) 影響巖(礦)心采取質量的因素第三節(jié) 采取巖(礦)心的一般方法第四節(jié) 雙層巖心管取心第五節(jié) 繩索取心,第一節(jié) 對巖(礦)心采取質量的基本要求,一、巖(礦)心在地質勘探中的意義采取巖(礦)心是巖心鉆探的主要目的，是檢驗鉆孔質量的一項重要指標。通過對巖(礦)心的觀察、鑒定、化驗和分析，可以了解礦體的埋藏深度、厚度、產狀、分布規(guī)律、礦物組成、礦石品位、化學成分、礦物

2、與巖石的結構構造，礦石的選冶性能和水文地質特性等。由此可見，巖(礦)心采取數(shù)量的多少，品質的好壞，直接影響判斷地質構造，評價礦產資源，提交礦產儲量和礦山開采設計的準確性和可靠性。因此，在鉆探施工中，不僅要求提高鉆進效率，而且要求重視采心質量，力求準確地從鉆孔中采取能夠全面代表相應孔段巖(礦)層的巖(礦)心，在數(shù)量上要有足夠的體積，在質量上能夠保持原生結構和含礦品位。即保證取上的巖(礦)心具有最大的代表性。,第一節(jié) 對巖(礦)心采取質量的

3、基本要求,二、地質勘探對巖(礦)心的基本要求巖心鉆探中。為了正確反映巖(礦)心的代表性，對巖(礦)心質量有如下基本要求：(一)采取率取出的巖(礦)心長度與對應孔段實際進尺長度的百分比稱為巖(礦)心采取率。根據(jù)普查，勘探程序不同，及鉆進礦層、巖層的不同，按要求各自有一定的巖(礦)心采取率，才能保證得到足夠數(shù)量的巖(礦)樣品，以滿足分析、鑒定和研究的要求。巖(礦)心采取率的一般要求：巖心采取率不低于65％；礦心采取率(按可采層計算

4、)分層不低于75％。由于礦床類型和各礦種的具體要求不同，其采取率的標準應根據(jù)情況由地質、鉆探、水文地質等部門共同商訂。,第一節(jié) 對巖(礦)心采取質量的基本要求,(二)完整度采取的巖(礦)心要保持天然的結構和構造，如礦物顆粒形狀、大小、膠結狀態(tài)、孔隙度、層理、片理、原始接觸界面等，以反映礦物，巖石的真實性，便于劃分礦石類型，觀察原生礦物結構與共生關系。因此，為便于實地進行觀察必須防止人為的破壞、擾動、顛倒。(三)純潔性要求取出的巖(

5、礦)心不受外來物質的侵蝕、污染和滲進，以免影響礦石的品位和品級，或影響礦物的物理性質。如煤心中混入粘土后，灰份增加；滑石中混入泥漿后，二氧化硅提高；孔壁掉塊，可能形成假心等。,第一節(jié) 對巖(礦)心采取質量的基本要求,(四)避免選擇性磨損鉆取的礦心應盡量避免內在物質成份發(fā)生變化。選擇性磨損往往使礦心人為貧化、富集或變質，從而歪曲原來的品位和品級。如：鉬、石墨、云母、石棉等礦石，由于質量輕、呈鱗片狀、纖維狀、薄片狀，很容易流失，造成人為貧

6、化；金、銅、黃鐵礦、鉛鋅、汞等礦石，因比重大，呈結晶狀、顆粒狀，易于殘留，造成人為富集；鉀鹽、巖鹽、芒硝等礦石，遇水溶解，易于淋蝕，造成品位下降；而煤心燒灼變質則會使其品級降低。,第一節(jié) 對巖(礦)心采取質量的基本要求,(五)取心部位準確要求取出巖(礦)心的位置準確，是為了得到巖(礦)層準確的埋藏深度、厚度和產狀，以準確地計算礦產儲量和確定地質構造。,第二節(jié) 影響巖(礦)心采取質量的因素,為了提高巖(礦)心采取率和巖(礦)心品質，就必

7、須全面地了解影響巖(礦)心采取質量的因素，根據(jù)巖(礦)層的具體特性，找出一定的規(guī)律，采取相應的措施。影響巖(礦)心采取數(shù)量與質量的因素很多，但歸納起來不外乎地質方面的(客觀的)因素和技術與組織方面的(主觀的)因素?，F(xiàn)分別敘述如下：,第二節(jié) 影響巖(礦)心采取質量的因素,一、地質因素鉆進完整、堅硬、致密、均勻、穩(wěn)定而又不怕沖洗液沖刷、不怕鉆具振動的巖(礦)層時，采取巖(礦)心比較容易，而且?guī)r(礦)心多呈柱狀，易于得到完整的、代表性高的

8、巖(礦)心。但是，鉆進節(jié)理發(fā)育、松散、破碎、經(jīng)過構造錯動、風化破壞、膠結性差或巖質酥脆的巖(礦)層時，巖(礦)心易被沖毀、攪碎、磨細、淋蝕和污染，巖(礦)心往往呈塊狀、粒狀，片狀、粉狀、甚至淋蝕和流失。這類巖(礦)層不易獲得有足夠代表性的巖(礦)心，甚至取不到巖(礦)心。,第二節(jié) 影響巖(礦)心采取質量的因素,地質條件是客觀因素，可以通過不斷研究它，認識它，掌握和利用它們的規(guī)律和特點，選用適應地質條件的取心方法和工具，改進操作技術，減

9、少或消除客觀因素的影響，不斷提高巖(礦)心的采取質量。,第二節(jié) 影響巖(礦)心采取質量的因素,二、工藝技術因素工藝技術因素是人為的因素，它對巖(礦)心采取質量起著決定性的作用。影響巖(礦)心采取率與品質的工藝技術因素有如下幾方面：(一)鉆進方法同一種巖(礦)層，采用的鉆進方法不同，其巖(礦)心采取質量也不相同。金剛石鉆進，效率高，巖(礦)心光滑完整，所以能獲得比任何其它鉆進方法都高的采取率，而且?guī)r(礦)心的代表性也好。就是在硬

10、、脆、碎地層中，采用金剛石雙管鉆進，也可獲得足夠的采取率和較好的完整度。,第二節(jié) 影響巖(礦)心采取質量的因素,硬質合金鉆進，克取巖石比較平穩(wěn)，孔壁間隙也較小，振動較輕，巖(礦)心直徑較粗，抗破碎能力較強，易成柱狀或大塊狀，易于卡取，采取率和代表性都比較好。但用硬質合金鉆進鎢礦和鈷礦，切削研磨材料在一定程度上會影響礦石的品位。鋼粒鉆進，鉆具振動劇烈，鉆頭克取巖石的環(huán)狀面積較大，巖(礦)心較細，容易折斷呈塊狀，若是巖性酥脆、軟硬不均或軟

11、硬變化頻繁，則容易產生選擇性磨損，且用來鉆進鐵礦時，其切削研磨材料在一定程度上也會影響礦石的品位。因此，鋼粒鉆進從巖(礦)心采取角度看不如其他鉆進方法好。,第二節(jié) 影響巖(礦)心采取質量的因素,由于鋼粒鉆進對巖(礦)心的破壞作用較大，硬質合金鉆進較輕，金剛石鉆進最小。因此，必須根據(jù)礦區(qū)的地層條件和巖(礦)層的物理機械性質來選用相應的鉆進方法，在條件允許的情況下應盡量選用金剛石鉆進。,第二節(jié) 影響巖(礦)心采取質量的因素,(二)鉆頭結構

12、鉆頭直徑對巖(礦)心采取質量有很大影響，鉆頭直徑愈大，則巖(礦)心直徑愈粗，抗破碎強度也愈大，易于保持完整度，也便于卡取。但是，鉆頭直徑愈大，孔底克取面積大，所需孔底壓力增加，鉆進時鉆具振動加劇，對巖(礦)心的破壞作用也大。同時，克取面積大，在設備條件受限的條件下鉆速必然降低，從而增加了巖(礦)心在孔底的破壞時間。因此，不能片面地用大口徑的辦法來提高巖(礦)心的采取質量。,第二節(jié) 影響巖(礦)心采取質量的因素,近年來，廣泛采用金剛石和硬

13、質合金小口徑鉆進的經(jīng)驗表明，鉆孔口徑59mm，采用雙管鉆進取出的巖(礦)心，與大口徑鉆進取出的巖(礦)心對比，礦石品位不但沒有降低，而且還稍有提高。但是，鋼粒鉆進必須采用大口徑，否則巖(礦)心采取質量不易保證。鋼粒鉆進終孔口徑規(guī)定不小于75mm，就是這個道理。,第二節(jié) 影響巖(礦)心采取質量的因素,鉆頭加工和鑲焊質量對巖(礦)心的采取質量也有很大影響。金剛石鉆頭和硬質合金鉆頭的結構要素與所鉆進的巖(礦)層性質相適應，可以加快鉆進速度，

14、縮短巖(礦)心在管內的破壞時間，有利于提高采取率和完整度。鉆頭加工質量愈好，鉆頭與巖心管同心度愈高，則鉆具回轉時愈平穩(wěn)，愈會減輕對巖(礦)心的破壞作用，鉆頭內上端錐度適當，既利于巖(礦)心進人巖心管。也利于放置各種式樣的巖心提斷器和投卡料后卡住巖(礦)心。鉆頭水口的大小不僅對清除孔底巖粉，提高鉆進效率和冷卻鉆頭有密切關系，而且對保護巖(礦)心，減少其破壞程度等也具有一定的作用，尤其是鋼粒鉆進破碎巖層時，鉆頭水口不宜過大，鉆頭體的長度也應

15、適當縮短，否則會影響巖(礦)心的采取。,第二節(jié) 影響巖(礦)心采取質量的因素,(三)取心工具結構巖(礦)層的類別不同，其物理機械性質也不同，所采用的取心工具結構也應靈活多樣，這樣才能最大限度地保證巖(礦)心的采取質量。根據(jù)巖(礦)層怕沖、淋蝕、振動、磨損、污染、脫落等不同特點，應選用具有隔水、避振、減磨、防污、卡心牢固等不同的取心工具。此外，金剛石鉆進，取心卡簧的規(guī)格要合乎要求，才能可靠地卡住和提取巖(礦)心，否則也對提高采取率不

16、利。,第二節(jié) 影響巖(礦)心采取質量的因素,(四)鉆進技術參數(shù)采用不同的鉆進技術參數(shù)。對提高巖(礦)心質量有極大的影響?？椎讐毫^大，鉆進過快或不均勻，對松散、粘性大的巖(礦)層，則易糊鉆、堵塞或燒鉆；對硬巖，則易使鉆頭變形，引起巖(礦)心破碎，同時，壓力過大還加劇了鉆具的彎曲和振動，從而使巖(礦)心受到強烈的機械破壞?？椎讐毫Σ蛔?，則進尺緩慢，增長了巖(礦)心受破壞作用的時間。轉速過高，鉆具受離心力作用大，其振動、擺動也大，對巖

17、(礦)心破壞作用加劇。轉速過低，則鉆速也低，巖(礦)心受破碎作用的時間延長。,第二節(jié) 影響巖(礦)心采取質量的因素,沖洗液量過大，流速增加，沖刷力也大，會加劇巖(礦)心被沖毀和磨耗的破壞作用。循環(huán)方式的不合理，也會造成巖(礦)心被沖刷破壞和重復磨損。沖洗液中的某些成分對有的礦種巖(礦)心有污染作用。采用清水和普通泥漿鉆進鹽類礦床時，礦心會受到淋濾與溶蝕。鋼粒鉆進，投砂量過多，鋼粒直徑過大，易擴大孔徑和磨細巖(礦)心，加大鉆具振動幅度

18、，加劇巖(礦)心的破壞。,第二節(jié) 影響巖(礦)心采取質量的因素,回次時間和回次長度對巖(礦)心的破壞都有影響。一般來說，回次時間越長，回次進尺越多，則巖(礦)心被破壞、磨損、分選和污染的機會也就越多，相應會降低巖(礦)心的采取率、完整度和純潔性，增加選擇性磨損，尤其是硬、脆、碎地層，影響更大?？傊?，不同的鉆進技術參數(shù)對巖(礦)心采取質量有很大的影響。因此，對鉆進技術參數(shù)選擇，既要考慮提高鉆進速度的要求也要考慮取心的需要。,第二節(jié) 影響

19、巖(礦)心采取質量的因素,(五)操作技術鉆進操作不當，或操作方法不正確，也會造成巖(礦)心破壞。降低取心質量。例如：(1)鉆進中提動鉆具次數(shù)過多，過高，促使巖(礦)心破壞。巖(礦)心脫出巖心管掉入孔底。會造成重復破碎，或者引起巖心堵塞，形成自磨，降低采取率和品質。(2)盲目追求進尺，延長回次時間，會增加對巖(礦)心的自磨和鉆具振動破壞的時間。(3)采心方法不當，或卡取不牢，或提鉆過猛。會造成孔內殘留巖心過多或中途脫落，再次套取時

20、受到重復破碎。干鉆掌握不當，使巖(礦)心受到嚴重擠壓。或燒灼變質。,第二節(jié) 影響巖(礦)心采取質量的因素,(4)下鉆過猛，直插孔底，將孔內巖粉、掉塊擠入巖心管造成假巖心。(5)退心時，過分敲打，巖心紊亂，造成巖(礦)心的人為破碎和上下順序顛倒，影響了巖(礦)心的完整度，歪曲了巖(礦)心層次。,第三節(jié) 采取巖(礦)心的一般方法,對于完整的或容易保證取心質量的巖(礦)層，一般采用普通單管鉆具鉆進，并根據(jù)巖(礦)心性質的不同，采用以下幾種方

21、法卡取巖(礦)心。,第三節(jié) 采取巖(礦)心的一般方法,一、卡料卡取法卡料卡取巖(礦)心是現(xiàn)場最常用的最簡單的一種方法，它適用于硬質合金和鋼粒鉆進中硬和硬的巖(礦)層。按照卡料的種類不同，可分為卡石卡取法和鉛絲卡取法。,第三節(jié) 采取巖(礦)心的一般方法,(一)卡石卡取法，卡石卡取巖(礦)心，通常用于硬質合金鉆進可鉆性4～7級的巖(礦)層。常用卡石材料是硬石塊、碎瓷塊、碎玻璃等，卡料硬度應與巖(礦)心相適應、硬度太大易擠碎巖(礦)心，硬

22、度太小會被巖(礦)心磨損而卡不住巖(礦)心。卡石大小應根據(jù)鉆頭與巖(礦)心之間的實際環(huán)狀間隙來選擇，一般是2～5mm且粒徑不等。投入量約為100cm3左右。在投卡石采心時，先將鉆具提離孔底70～100mm，再把卡石按小、中、大顆粒的順序從水接頭中投下，為了防止中途堵塞，必須一邊慢投，一邊用鐵錘不斷敲打孔口鉆桿?？ㄊ锻旰?，再開泵用小水量沖，待水流暢通后，再逐漸加大水量，靜等幾分鐘后，將鉆具放到孔底。如泵壓增高，并有蹩水現(xiàn)象，證明卡石已

23、到鉆頭部分。此時停泵開車數(shù)轉，即可扭斷巖(礦)心。,第三節(jié) 采取巖(礦)心的一般方法,每次采心后，應立即試驗采取效果。方法是：把鉆具提離孔底1～2m，再慢慢下降，如能順利落到孔底，證明巖(礦)心已全部采上；如放不到孔底，則證明下部為殘留巖(礦)心阻擋。殘留巖(礦)心太多，應立即重采。殘留巖(礦)心較少，則可留到下一回次采取。為了防止巖(礦)心中途脫落，提鉆時應做到輕剎車，輕回繩、輕插墊叉、輕卸管。嚴禁猛墩、猛提鉆具。,第三節(jié) 采取巖(

24、礦)心的一般方法,(二)鉛絲卡取法，此法適用于中硬和硬的巖(礦)層，尤其適用于鋼粒鉆進卡心。一般用8～12號鉛絲，根據(jù)鉆頭與巖(礦)心之間的間隙大小，可采用單股和多股擰成麻花形。為了順利通過鉆桿通孔，鉛絲的兩端應錘尖，其長度應為巖心管內徑兩倍左右。為了卡取可靠，單股和多股可同時使用。先投單股，后投多股。當鋼粒鉆進較破碎的巖(礦)層時，還可補些鋼粒或投以卡石與鉛絲混合卡取更為可靠?？贤兜降缀螅偎退瑫r開車進行鉆進，直到發(fā)現(xiàn)蹩水或鉆

25、進有阻力(即巖心堵塞)，證明已采上巖(礦)心，即可提鉆。,第三節(jié) 采取巖(礦)心的一般方法,二、卡簧卡取法金剛石鉆進和針狀合金鉆進時，由于鉆頭上的出刃很小，無法使用卡料，特別是使用雙管鉆具時，根本不能投入卡料，通常使用卡簧卡心。,第三節(jié) 采取巖(礦)心的一般方法,(一)卡簧卡心原理卡簧卡取法也叫提斷器卡取法，它由卡簧與卡簧座所組成，卡簧為開口環(huán)形，與卡簧座錐體配合，卡簧上移則張開，下移則縮閉。鉆進過程中，隨著巖(礦)心進人?？ɑ杀?/p>

26、帶到卡簧座上部內徑最大位置。鉆進終了稍一上提鉆具，由于卡簧內徑和巖心的摩擦阻力，卡簧相對下移而收縮，以致把巖心卡死而提斷。用這個方法卡取巖(礦)心既安全又方便可靠。它無需卡心工序，既節(jié)省了卡料，又縮短了卡心時間。,第三節(jié) 采取巖(礦)心的一般方法,(二)對卡簧及卡心操作的要求1、卡簧應具有足夠的強度和彈性。一般需用彈簧鋼65錳及調碳鋼40鉻加工，并具有硬度HRC45～50。如用40號鋼加工代替，經(jīng)熱處理，達到相應機械性能時，也可用于

27、生產，但使用壽命要短。2、卡簧的自由內徑與鉆頭內徑必須合理配合?？ɑ傻淖杂蓛葟綉茹@頭內徑小0.3mm左右?？ɑ勺杂蓛葟竭^大，則取不上或卡不牢巖心，造成中途脫落或殘留巖心過多?？ɑ勺杂蓛葟竭^小，易造成巖心堵塞。因此，每次下鉆前要注意檢查鉆頭與卡簧的配合尺寸。在不更換鉆頭時，其檢查方法是：將卡簧套在巖心上，卡簧對巖心既有一定的抱緊力，又能在巖心上被輕輕推動，即為合格；推動費力則為過小，停留不住則為過大。,第三節(jié) 采取巖(礦)心的一般方法

28、,3、為了減少殘留巖心，設計卡簧安放位置時，應盡量靠近鉆頭。4、在正常鉆進時，不能提動鉆具，否則會過早提斷巖心，造成巖心堵塞。5、機場應備2～3種尺寸的卡簧以供選用。每兩種的內徑以相差0.3mm為宜。,第三節(jié) 采取巖(礦)心的一般方法,(三)卡簧的種類目前常用而效果較好的大體有內槽式、外槽式及切槽式三種。 1、內槽式卡簧此種是比較常用的卡簧，但加工時要有專門胎具。多用于普通單管和雙層巖心管。2、外槽式卡簧亦用于單層和雙層巖

29、心管鉆進的一種卡簧，加工比前一種簡單些。3、切槽式卡簧此種是繩索取心鉆具配套的一種巖心卡簧，也可用于雙層巖心管。其優(yōu)點是：(1)能有效地卡取巖心，由于設計錐度合理，同時與巖心接觸面積較大，故卡取巖心牢固。(2)增長了卡簧壽命。由于增加了摩擦面積，同時采用合金鋼并進行熱處理，彈性好。(3)比較容易加工，由于內管，內外側無須加工槽子，其上下切口可用砂輪切割。,第三節(jié) 采取巖(礦)心的一般方法,三、干鉆卡取法硬質合金鉆進軟巖或有粘

30、性巖層時，用干鉆法采心能得到很好效果。干鉆法取心，即在回次終了前，停止送水，干鉆一小段，使巖心自行卡緊而扭斷。采用干鉆取心法，應注意干鉆的長度，過短擠塞不牢，取不上巖(礦)心；過長雖然擠塞牢靠，但易燒灼巖(礦)心，嚴重時發(fā)生燒鉆事故，因此，要根據(jù)巖(礦)層性質和干鉆難易程度掌握干鉆長度。一般為100～200mm。,第三節(jié) 采取巖(礦)心的一般方法,為了防止提鉆時鉆桿內水柱壓力壓掉巖(礦)心，并避免擰卸鉆桿時沖洗液四處噴射，最好使用投球

31、式異徑接頭。如圖 6?3所示。提鉆前向鉆桿內投入球閥，開泵后。在水柱壓力下鋼球迫使閥座1下降，當超過異徑接頭右側小卡2后，小卡在彈簧3的壓力下伸入球閥座空腔，將球閥座擋住，使其不能上升，則鉆桿柱中的沖洗液即從排水孔7流出。,第三節(jié) 采取巖(礦)心的一般方法,四、沉淀卡取法此法適用于反循環(huán)鉆進。在回次終了停止沖洗液循環(huán)，利用巖心管內懸浮巖屑粉的沉淀，擠塞卡牢巖(礦)心，它適合于松軟、脆碎的巖(礦)層中使用。采用沉淀取心法的關鍵在于沉淀

32、時間。沉淀時間要根據(jù)巖粉顆粒大小、多少、比重及沖洗液的粘度等而定，一般為10～20min。沉淀法常與干鉆法同時結合使用。,第四節(jié) 雙層巖心管取心,具有內外兩層巖心管的鉆具叫雙層巖心管鉆具。雙層巖心管鉆具是目前提高巖(礦)心采取率和采取品質的重要工具，在復雜地層和金剛石鉆進中應用較為普遍。雙層巖心管鉆具的種類繁多，但基本上可分為雙動雙管鉆具和單動雙管鉆具兩類。具有內外兩層巖心管的鉆具叫雙層巖心管鉆具。雙層巖心管鉆具是目前提高巖(礦

33、)心采取率和采取品質的重要工具，在復雜地層和金剛石鉆進中應用較為普遍。雙層巖心管鉆具的種類繁多，但基本上可分為雙動雙管鉆具和單動雙管鉆具兩類。目前使用較多的是單動雙管取心鉆具，下面重點介紹單動雙管取心鉆具。,第四節(jié) 雙層巖心管取心,一、單動雙管鉆具的特點單動雙管鉆具的特點是：鉆進中外管轉動，內管不轉動。這樣除了防沖刷外，又可以避免振動、擺動、摩擦等機械力對巖(礦)心的破壞作用。另外，有些單動雙管在結構上增設有防振、防污、防脫和退心方

34、便的裝置。因此，巖(礦)心的采取率、完整度、純潔性等都有較大提高，代表性也更好。,第四節(jié) 雙層巖心管取心,二、金剛石鉆進單動雙管取心鉆具1、鉆具結構金剛石鉆進單動雙管取心鉆具結構如圖 6?4所示，主要由上接頭，單動部分，調節(jié)心軸，內、外管，卡心裝置和鉆頭組成。其中單動部分常用下述三種形式：球單盤推力球軸承式（代號Q）；單盤推力球軸承式（代號D）；雙盤推力球軸承式（代號S）。,第四節(jié) 雙層巖心管取心,二、金剛石鉆進單動雙管取心鉆具1

35、、鉆具結構金剛石鉆進單動雙管取心鉆具結構如圖 6?4所示，主要由上接頭，單動部分，調節(jié)心軸，內、外管，卡心裝置和鉆頭組成。其中單動部分常用下述三種形式：球單盤推力球軸承式（代號Q）；單盤推力球軸承式（代號D）；雙盤推力球軸承式（代號S）。,第四節(jié) 雙層巖心管取心,在內管的下部依次插有內管短接和卡簧座，卡簧放在卡簧座中。鉆進時，隨著進尺的增加，巖心從鉆頭內口進入卡簧座，穿過卡簧，又經(jīng)內管短接進入內管。若要采心，只要往上提動鉆具，使鉆頭離

36、開孔底一定的高度，卡簧就會借助同巖心的摩擦力而相對下移，因卡簧外壁是錐形的，所以它又帶著卡簧座下移，使卡簧座頂?shù)姐@頭內沿上，同時，它本身也將巖心越卡越緊，隨著鉆具的回轉而將巖心扭斷。,第四節(jié) 雙層巖心管取心,內管短接同內管之間以及卡簧座同內管短接之間不用絲扣連接，而采用插入法相聯(lián)，這樣：①可以減輕由于內管的擺動以及在特殊情況下內管轉動對巖心的影響，因此可以更好地保護巖心；②使內管下部少受磨損，在采心時，內管亦不受軸向拉力的影響，有助于延

37、長內管的使用壽命；③好安裝，掏巖心也比較方便。,第四節(jié) 雙層巖心管取心,3、操作技術(1)雙管管料比單管薄，特別是內管壁厚只有1.5～2mm，強度要差一些，容易壓彎，在鉆進中不能采用大的鉆壓。(2)雙管卡簧在卡簧座內上下活動范圍很小(約12mm)，只要稍微提動鉆具就能提斷巖心，不須專門操作。(3)在特殊情況下，雙管鉆進如發(fā)生巖心堵塞，可降低壓力和減小泵量，適當增加轉速來處理，不得強力處理。若處理無效應及時提鉆查原因。(4)在鉆進

38、過程中，不要提動鉆具，以免提斷巖心，造成堵塞，影響進尺。(5)對舊的雙管鉆頭要注意檢查內徑。如果內徑比原來磨大1mm，就不能再用。如用磨大的內徑鉆頭鉆進，巖心進不到內管，容易損壞內管零件，又影響效率。,第四節(jié) 雙層巖心管取心,(6)在卸雙管鉆頭時，應用木錘把絲扣部分敲松再卸，因雙管鉆頭壁薄，如不敲松，容易卸偏鉆頭。，(7)在需要從內管把巖心敲出來時，應用橡膠錘和木錘，不要用鐵錘。(8)每次下鉆前，應檢查單動性能是否良好；內外管是否

39、直。(9)要定期檢查各部分絲扣松動情況；軸承的靈活程度；密封圈、螺帽鎖緊圈是否磨損及水孔是否堵塞，鋼球有無銹死等。(10)雙管如較長時間停用，應對各部零件及內外管清洗涂機油或黃油保護。在存放或運輸中，不要在雙管上壓放重物。,第五節(jié) 繩索取心,繩索取心鉆具是一種不提鉆取心的鉆進裝置，即在鉆進過程中，當內巖心管裝滿巖心或巖心堵塞時，不需要把孔內全部鉆桿柱提升到地表，而是借用專用的打撈工具和鋼絲繩把內巖心管從鉆桿柱內撈取上來，只有當鉆頭被

40、磨損需要檢查或更換時，才提升全部鉆桿柱。,第五節(jié) 繩索取心,(8)減小鉆孔彎曲度，提高鉆孔質量。(9)有利于鉆穿復雜地層。避免孔壁坍塌掉塊。(10)可以利用取心絞車鋼絲繩在鉆桿內下放測斜儀，進行測斜。總之，由于繩索取心的上述優(yōu)點，因此可保證巖(礦)心質量，大大降低鉆進成本。繩索取心也存在一些缺點和問題，例如:要求鉆桿的材質要好、加工精度要高，使鉆桿的成本昂貴；鉆桿柱與孔壁的間隙小，增加了鉆桿柱的磨損，也使沖洗液循環(huán)阻力增大；繩索

41、取心鉆頭壁較厚，鉆進堅硬巖石時，效果差些；另外，回轉粗徑的鉆桿柱阻力大，因此其動力消耗大，在深孔中影響開高轉速等等。,第五節(jié) 繩索取心,一、繩索取心鉆進的優(yōu)缺點和應用范圍1、繩索取心鉆進的優(yōu)缺點(1)減少起下鉆的輔助時間，增加純鉆時間，鉆孔愈深經(jīng)濟技術效果愈顯著。(2)巖心堵塞立即撈取巖心，提高巖心采取率。(3)減少巖心掃孔磨損、擰卸及與孔壁碰撞機會，延長鉆頭壽命。(4)減輕工人體力勞動。(5)延長鉆桿螺紋壽命，降低鉆桿消耗

42、。(6)減少沖洗液抽吸和孔壁壓力失去平衡機會，從而減少孔內事故。(7)減少起下鉆機械磨損和鋼繩消耗。,第五節(jié) 繩索取心,2、繩索取心鉆進的應用范圍繩索取心目前已成為金屬、非金屬、煤田及某些水文地質和工程地質鉆探取心的主要方法之一。其應用范圍可分述如下：(1)繩索取心鉆進的鉆孔深度可以自幾十米的淺孔直至千米以上的深孔；(2)繩索取心鉆進的鉆孔角度可以從0°～360°，即可鉆進任意方向的鉆孔；(3)用繩索取心

43、法可以鉆進各種地層，既可采用清水，亦可采用優(yōu)質泥漿作為沖洗液。對于回次進尺不長的巖礦層、取心困難的巖礦層、礦心易受污染或溶蝕的礦層、易坍塌掉塊地層，若采用繩索取心鉆進更為有利。,第五節(jié) 繩索取心,二、繩索取心鉆具(一)繩索取心鉆具的結構和工作原理現(xiàn)以S75繩索取心鉆具為例，其結構如圖 6?6所示。整套繩索取心心鉆具分為單動雙層巖心管和打撈器兩大部分。雙層巖心管部分由外管總成和內管總成組成。外管總成包括彈卡擋頭(1)、彈卡室(7

44、)、穩(wěn)定接頭(23)(上擴孔器)、外管、下擴孔器和鉆頭組成；內管總成由撈矛頭(2)、彈卡定位(8)(7)、懸掛(21)、到位報訊、巖心堵塞報警、單動，內管保護、調節(jié)、扶正、內管、巖心卡取等機構組成。,第五節(jié) 繩索取心,打撈器一般由打撈機構和安全脫卡機構組成。各機構的工作原理如下：(1)絞鏈式矛頭機構 由撈矛頭、定位卡塊、撈矛座等組成。由于撈矛頭可在其轉動平面內轉動180°，因此，在提撈內管總成到地表面后，打撈器與內管總成可在

45、0°～±90°內轉動、變換位置。這樣，在倒、取巖礦心時，內管總成不必放倒而可直接用打撈器吊著，使內管總成傾斜即可將巖(礦)心倒出。此外，在放倒內管時，本機構還可防止撈矛頭從打撈器的撈鉤中脫出，以免摔壞內管和弄彎內管(注：S75型鉆具無此機構)。,第五節(jié) 繩索取心,(2)彈卡定位機構由彈卡擋頭、彈卡板、張簧、彈卡室等零件組成。當內管總成在鉆桿柱內下降時，張簧(5)使彈卡板(6)向外張開一定角度，并沿鉆桿內壁向

46、下滑動。當內管總成到達外管總成中的彈卡室(7)部位，彈卡板在張簧的作用下繼續(xù)向外張開，使兩翼貼附在彈卡室的內璧上。由于彈卡室內徑較大，而其上端的彈卡擋頭內徑較小，所以在鉆進過程中可防止內管總成上串，達到定位作用。另外，彈卡沿鉆桿壁向下滑動時，張開一定角度。具有向內下放的傾斜面，如遇阻礙，鉆具重量和向下運動的慣性力使彈卡向內壓縮張簧，從而使鉆具順利通過。彈卡擋頭下端設有撥叉，帶動彈卡隨外鉆具一起轉動，防止彈卡磨損。,第五節(jié) 繩索取心,(3

47、)懸掛機構 由內管總成中的懸掛環(huán)(21)和外管總成中的座環(huán)(22)組成。懸掛環(huán)的外徑稍大于座環(huán)的內徑(一般相差0.5~1.0mm)。當內管總成下降到外管總成的彈卡室位置時，懸掛環(huán)(21)座落在座環(huán)上，使內管總成下端的卡簧座(51)與鉆頭(52)內臺階保持2～4 mm的間隙，以防止損壞卡簧座和鉆頭，并保證內管的單動性能和通水性能。(4)到位報信機構 由復位簧(12)、閥體(13)、定位簧(14)、彈簧(19)、調節(jié)螺堵(20)、閥堵(3

48、9)、調節(jié)圈等零件組成。,第五節(jié) 繩索取心,(5)巖心堵塞報警機構 由滑套(25)，軸(26)、蝶簧(21)等零件組成。鉆進過程中，當發(fā)生巖(礦)心堵塞或巖(礦)心裝滿內管時，巖心對內管產生的頂推力壓縮蝶簧，使滑套向上移動到懸掛接頭(38)的臺階處，將通水孔堵塞，從而造成泵壓升高，遂告誡操作者應停止鉆進、撈取巖心。根據(jù)鉆進地層軟硬程度的不同，可以改變蝶簧(27)的排列形式，并調節(jié)蝶簧的彈力，使其既不影響正常鉆進，又能在巖(礦)心堵塞時準

49、確報信。,第五節(jié) 繩索取心,(6)單動機構 由兩副推力軸承(29、31)(8203，8204)實現(xiàn)鉆具的單動，使內管在鉆進時不作旋轉。(7)內管保護機構 由滑動接頭、鍵、彈簧等件組成，又稱緩沖機構。采取巖心時，拔斷巖心的力使滑動接頭壓縮彈簧(32)向下移動，內管及卡簧座隨之下移至鉆頭內臺階上，從而拔斷巖心的力由鉆頭傳遞到外管，以保護內管不受損壞。,第五節(jié) 繩索取心,(8)調節(jié)機構 由調節(jié)螺母(44)、接頭(45)、調節(jié)心軸等組成。內

50、外管組裝在一起時，如果卡簧座與鉆頭內臺階之間的間隙不合適，則可以通過調節(jié)心軸和接頭的相互移動進行調節(jié)(調節(jié)范圍0～30mm)，滿足要求后，用調節(jié)螺母鎖緊,以防松動。(9)扶正機構 外管總成下部的扶正環(huán)(48)，用于內管的導向，使內、外管保持同軸，便于巖(礦)心進入卡簧座(51)和內管(47)。,第五節(jié) 繩索取心,(10)打撈機構 由打撈鉤(1)、打撈鉤架(3)、重錘(7)和鋼絲繩接頭組成。取心時，鋼絲繩懸吊打撈器放入鉆桿柱內，打撈鉤

51、靠重錘以1.5～2.0m/s的速度快速下降，由于撈鉤架為圓筒狀，故導向性好，當它達到內管總成上端時，能準確鉤住撈矛頭，把內管總成提升上來。(11)安全脫卡機構 采用一根長為1m、內徑比重錘稍大的套管進行安全脫卡。套管壁上(見圖 6?11)開有一斜口。當需要安全脫卡時，將此套管從斜口處套入鋼絲繩上，然后下放，套管靠自重下降；及至打撈器穿過鋼絲繩接頭和重錘，撞圖 6?11 安全脫卡套管擊和罩住打撈鉤尾部，迫使其尾部向內收縮，端部張開，從

52、而使打撈器與內管總成脫離。,第五節(jié) 繩索取心,(二)鉆具的組裝首先，應按照裝配圖分別組裝好內、外管總成和打撈器，并對鉆具的主要零部件進行認真檢查；然后，把內管總成裝入外管總成中，調整內、外管的長度配合，并用打撈器試撈內管總成。經(jīng)確認合乎技術要求后，方能下孔使用。組裝好內、外管總成后，再應組裝一套外管總成和兩套內管總成作為備用。,第五節(jié) 繩索取心,(三)鉆具的維護保養(yǎng)為了保證正常使用鉆具，必須經(jīng)常檢查鉆具，并作好平時經(jīng)常性的維修保養(yǎng)

53、工作：(1)檢查彈卡磨損情況和張簧是否變形。彈卡處于張開狀態(tài)時，兩翼最大間距應比彈卡擋頭內徑大1.5mm，否則應及時更換。為了保證彈卡動作靈活，應經(jīng)常用機油潤滑。(2)單動軸承應定期注入黃油，一般每提升一次即應擦凈和注入黃油；如單動不靈活，必須拆開檢查，軸承損壞要更換，進入巖粉顆粒或其它污物，應進行徹底清洗。(3)內管彎曲變形超過0.5mm/m時，必須進行矯直，局部產生凹坑而妨礙巖心進人的內管，則應更換新的。,第五節(jié) 繩索取心,(

54、4)若彈卡擋頭有撥叉，則每次提鉆應檢查撥叉的磨損情況。發(fā)現(xiàn)磨出圓角時要用鋼銼修平；檢查出變形或有斷裂現(xiàn)象時，則須更換。(5)懸掛環(huán)、座環(huán)及扶正環(huán)因磨損變形影響打撈時，須及時修理或更換。(6)到位報信機構的彈簧若產生疲勞永久變形，應及時更換。(7)巖心堵塞報警機構的蝶簧經(jīng)多次使用，由于疲勞損壞或減小了彈性，應增加蝶簧片數(shù)或更換變形蝶簧。(8)使用帶有水口的卡簧座時，其水口深度應保持在4mm。若發(fā)現(xiàn)磨損。應及時加深至4mm；卡簧座發(fā)

55、生變形要及時更換。(9)每次撈取巖心前，應檢查打撈鉤頭部和尾部彈簧的磨損情況。若已磨損和變形嚴重，要及時更換。,第五節(jié) 繩索取心,三、附屬設備及工具繩索取心鉆進由于所用的鉆桿無切口，故起下鉆時不能使用通常的墊叉和提引器，需要配用特制的夾持器和提引器，并且其鉆桿亦有不同之處。下面將逐個介紹。,第五節(jié) 繩索取心,(一)夾持器夾持器用于夾持外平的繩索取心鉆桿，代替墊叉的作用。夾持器分為：人力操作夾持器和液壓夾持器兩類。下面主要介紹木馬夾

56、持器。它由偏心座、卡瓦、曲柄、連桿、等組成。,第五節(jié) 繩索取心,(二)提引器提引器用于升降鉆桿，有兩種提引器：球卡提引器和手搓提引器。球卡提引器如圖6—13所示。它由卡球(4)、卡瓦(3)、卡套(5)、彈簧(7)、撥叉(12)、扳手(14)、提粱(8)等部件組成(如圖 6?13所示)。提升鉆桿時，借助彈簧力量向下推動卡套，使鋼球沿著具有錐度的卡瓦向下滾動，此時，鋼球向內突出卡住鉆桿，而鉆桿重量又帶動鋼球向下，從而把鉆桿牢牢夾緊并

57、提升上來。松開鉆桿時，用力搬動撥叉扳手，使卡套壓縮彈簧帶動鋼球向上運動，由于錐度作用，鋼球向外移動，從而把卡緊的鉆桿松開。,第五節(jié) 繩索取心,(三)鉆桿繩索取心鉆桿除具有普通鉆桿的功用外，還必須能在鉆桿柱內升降打撈器和內管總成以獲取巖(礦)心。所以，認真選用繩索取心鉆桿是繩索取心鉆進能否成功的關鍵因素。,第五節(jié) 繩索取心,2、繩索取心鉆桿的規(guī)格繩索取心鉆桿的規(guī)格應與繩索取心鉆具規(guī)格相配合。目前地質系統(tǒng)常用的鉆桿規(guī)格為：Φ43.5

58、×4.75、Φ53×4.5、Φ55.5×4.75、Φ71×5、Φ87×5(注：前面的數(shù)字為直徑，后面的數(shù)字為壁厚，單位均為mm)。3、鉆桿螺紋由于圓錐梯型螺紋具有強度高、密封性好、擰卸方便等優(yōu)點，所以目前我國繩索取心鉆桿均采用圓錐梯型螺紋連接。,第五節(jié) 繩索取心,4、鉆桿的合理使用(1)在檸卸過程中必須堅持使用絲扣油 絲扣油具有潤滑、減少螺紋磨損、提高螺紋密封性能等一系列優(yōu)點。

59、提、下鉆桿時，應使用毛刷把絲扣油均勻地涂抹在每根立根的公螺紋上，其用量要適當。(2)經(jīng)常檢查鉆桿彎曲度和磨損量，如彎曲量超過2mm/3m，則應矯正后再繼續(xù)使用。鉆桿和接頭單邊磨損允許量為1mm，均勻磨損允許量為1.5mm。對磨損、出現(xiàn)裂紋和螺紋不合格的(絲扣曠動和明顯變形)鉆桿和接頭，禁止使用。(3)擰卸鉆桿時，應使用多觸點自由鉗,第五節(jié) 繩索取心,(4)機場鉆桿立根臺應墊木板以保護螺紋，還應按立根長度設置合適的立根框架和中間支架，

60、以免立根在擺放時發(fā)生彎曲。(5)鉆桿搬運時，應擰上護絲。運輸中應輕拿輕放，絕不準扔摔。禁止在地面上拖拉鉆桿。(6)應將備用鉆桿的絲扣刷凈，涂上防銹油并套上護絲，放置于平地。下墊至少須有三處，以防止中間部分受力彎曲。鉆桿上面嚴禁堆壓重物。,第五節(jié) 繩索取心,(四)絞車絞車用于打撈繩索取心鉆具，取心時把絞車鋼絲繩帶著的打撈器放人鉆桿內。利用打撈器自重下降，當打撈器捕捉住內管總成矛頭后，開動絞車把裝滿巖心的內管提升上來。也可用于下放測試

61、儀表，進行孔內測試。,第五節(jié) 繩索取心,四、繩索取心鉆進規(guī)程和操作技術(一)鉆頭的選擇和合理使用繩索取心鉆頭的選擇原則基本上與普通雙管鉆頭相同。選擇時，要結合繩索取心鉆頭所具有的特點，特別注意以下幾點。1、鉆頭的排隊使用繩索取心鉆頭的特點是在孔底工作時間長，只有當鉆頭磨損到一定程度時才提鉆檢查更換，所以對繩索取心鉆頭排隊使用更為重要。若不注意鉆頭排隊使用，就容易造成跟換的新鉆頭下不到孔底，增加擴孔工作量。同理擴孔器也應排隊使用。

62、,第五節(jié) 繩索取心,2、新鉆頭下到孔底要初磨繩索取心鉆頭唇面壁厚而且具有多種唇面造型，為了使金剛石鉆頭唇面與孔底形狀相吻合，防止因鉆頭唇面與孔底形狀不一致而造成鉆頭的唇面受力不均，使表鑲鉆頭金剛石崩刃或剝落，孕鑲鉆頭產生非正常磨損或胎體掉塊；同時使孕鑲鉆頭磨出刃口。新鉆頭下孔后必須進行初磨，即采用輕壓力（正常鉆壓的1/3以內）、慢轉速（200～300r/min）、鉆進10分鐘左右，然后再采用正常技術參數(shù)繼續(xù)鉆進。,第五節(jié) 繩索取心,3

63、、確定合理的時效繩索取心鉆進要求鉆頭不僅時效高，更重要的是提高鉆頭使用壽命。如果鉆頭時效很高，而鉆頭壽命很短，不得不經(jīng)常提下鉆更換鉆頭，這樣將降低鉆進效率，增加成本，不能充分發(fā)揮繩索取心鉆進的優(yōu)越性。所以必須根據(jù)具體巖層性質和實踐經(jīng)驗，確定合理的時效。根據(jù)我國目前金剛石鉆進技術條件和金剛石鉆頭質量水平，時效一般不要超過3m/h為宜。在相同的條件下，繩索取心鉆頭和普通金剛石鉆頭相比，寧可時效控制稍低，而獲得較長的鉆頭使用壽命也是值得的。

64、,第五節(jié) 繩索取心,4、確定合理的提鉆間隔繩索取心鉆進的提鉆間隔，不僅影響鉆進效率，而且影響鉆頭壽命，提鉆間隔越大，純鉆時間愈多，鉆進效率愈高；但是盲目追求大的提鉆間隔，往往使金剛石鉆頭磨損嚴重，增加金剛石消耗，所以應確定合理的提鉆間隔，即合適的更換鉆頭時間。,第五節(jié) 繩索取心,5、防止燒鉆事故繩索取心鉆頭唇面壁厚，鉆進時產生的巖粉多，因此必須使沖洗液充分冷卻鉆頭，及時排除巖粉，否則將造成燒鉆事故。由于繩索取心鉆具內外管總成比普通雙

65、管結構復雜，而且有些零部件經(jīng)過了熱處理，所以繩索取心發(fā)生燒鉆事故不僅難以處理，而且處理燒鉆事故將對薄壁鉆桿造成嚴重損傷，因此，繩索取心鉆進必須杜絕燒鉆事故。,第五節(jié) 繩索取心,(二)繩索取心鉆進技術參數(shù)繩索取心鉆進規(guī)程與普通雙管鉆進規(guī)程有所不同。但確定規(guī)程的方法基本相同。首先，由于繩索取心鉆頭唇面比普通鉆頭要厚，因此鉆壓比普通雙管鉆頭要大（一般要大25%左右）。轉速同樣是提高繩索取心鉆速的主導因素，因此，只要其它條件允許，應高轉速鉆

66、進。當然，要防止不分巖層是否完整；鉆具和鉆孔是否彎曲，以及超徑等不利條件下盲目開高速。由于繩索取心鉆桿柱較粗，所以深孔因鉆機的功率所限開高轉速會受些影響。至于沖洗液量和泵壓，因鉆頭壁厚，鉆進時產生的巖粉多，所以選用沖洗液量稍比普通雙管鉆進時大。由于鉆桿與孔壁間隙小，泵壓比普通小口徑鉆進時高些。,第五節(jié) 繩索取心,(三)在易斜巖層中鉆進要注意防斜因繩索取心鉆進采用粗徑鉆桿，與鉆孔直徑的配合關系比較合理，如鉆Φ59mm的鉆孔采用Φ55.5

67、mm的鉆桿，鉆桿與孔壁之間的環(huán)狀間隙小，只有1.75mm，因此鉆桿不易彎曲，這一點十分有利于防斜。但值得注意的是：繩索取心鉆桿的壁較?。ㄒ话銥?.5mm)，軸壓又比普通雙管鉆進時大25%左右，故鉆桿的剛性差了，而傳遞的軸壓反而大，所以容易彎曲，特別是孔內有坍塌空腔，鉆桿更容易彎曲而導致孔斜。我國曾有地質隊產生過這種情況，即由于孔斜嚴重而被迫停止使用。國外也有類似的資料報導：,第五節(jié) 繩索取心,(四)泥漿鉆進1、泥漿特點在地層條件允許

68、的情況下，繩索取心鉆進應盡量采用清水加潤滑劑作為沖洗液，這不但便于內巖心管在鉆桿內的升降，而且使鉆桿旋轉的阻力變小，有利于開高速。但是在鉆進松軟破碎、易于坍塌掉塊的巖層中，則必須采用泥漿鉆進。由于繩索取心鉆進有一系列特點——例如鉆桿與孔壁之間的環(huán)狀間隙小、內管要在鉆桿柱內下投等，故對泥漿就有一些特殊要求，即：泥漿粘度低、比重小、沉砂快，流動性好又具有防塌能力。,第五節(jié) 繩索取心,2、泥皮分析當繩索取心鉆進中使用泥漿時，往往在靠近孔口

69、3～5根立根處，鉆桿內壁上形成一層很致密的泥皮，影響內管總成的上下。泥皮產生的原因有待進一步研究，一般認為：①由于泥漿中固相含量多，含砂量大；地表凈化工作差，因此較大的顆粒很容易在管壁結泥皮。②繩索取心鉆桿的半徑大，泥漿中的固相顆粒隨鉆桿一起旋轉，產生的離心力也大，容易甩至管壁。③另外，通過對鉆桿內泥漿的流態(tài)分析，按常用的泥漿流量和泥漿粘度計算雷諾數(shù)時，發(fā)現(xiàn)它小于2300，這就說明鉆桿內的泥漿流動呈層流狀態(tài)。而層流對管壁的沖刷能力