煤田地質(zhì)鉆探中的普通取心技術(shù)

申振

（黑龍江省煤田地質(zhì)二○四勘探隊，黑龍江 七臺河154600）

取心技術(shù)在煤炭鉆探工程中占有十分重要的地位。不管地質(zhì)鉆孔、水文鉆孔、井筒檢查鉆孔，一般都要進(jìn)行取心鉆進(jìn)，從鉆孔中取出的巖、煤心是進(jìn)行煤田地質(zhì)研究的基礎(chǔ)資料。通過對這些地質(zhì)資料的研究，能了解煤層厚度、煤層結(jié)構(gòu)、埋藏深度、分布規(guī)律、埋藏規(guī)律、埋藏條件，尤其是通過煤心煤樣進(jìn)行工業(yè)分析和化學(xué)成分分析，確定煤質(zhì)、煤質(zhì)牌號、瓦斯含量等情況。

1 常用取心鉆具

1.1 單管取心鉆具

單層巖心管鉆具即單管鉆具，它是最簡單的取心鉆具。為提高巖心采取率，避免提鉆過程中巖心脫落，一般在單管鉆具中增加分水投球接頭盒活動分水帽（如圖1）。

圖1 單管取心活動分水投球鉆具

1.2 雙管取心鉆具

鉆具是提高巖礦心采取率和采樣質(zhì)量的重要工具，在復(fù)雜地層和金剛石鉆進(jìn)中應(yīng)用廣泛。為適應(yīng)各類不同特點的巖、煤層，雙管鉆具的結(jié)構(gòu)又分為單動雙管鉆具和雙動雙管鉆具。

其一，雙動雙管鉆具。雙動雙管是內(nèi)、外兩層巖心管同時回轉(zhuǎn)的鉆具（如圖2），主要由雙管接頭，內(nèi)、外巖心管，內(nèi)、外鉆頭和止逆閥組成。一般適用于松散、易坍塌和怕沖刷的巖、煤層。

圖2 雙動雙管鉆具

其二，單動雙管鉆具鉆進(jìn)過程中，外管轉(zhuǎn)動而內(nèi)管不轉(zhuǎn)動的雙管鉆具稱為單動雙管鉆具（如圖3）。它比雙動雙管鉆具優(yōu)越，鉆進(jìn)中不僅避免了沖洗液直接沖刷巖、煤心，而且避免了振動、擺動和摩擦力對巖、煤心的破壞作用。有些單動雙管還設(shè)有防振、防污、防脫及退心的裝置。所以，巖煤心的采取率、完整度、純潔性等都有較大提高，代表性強。

圖3 單動雙管鉆具

2 卡斷巖心的方法

在鉆進(jìn)回次結(jié)束前，尤其是在完整巖、煤層中要先把巖、煤心卡斷，再將巖、煤心管提至地表。

2.1 卡料卡取法

在用硬質(zhì)合金和鋼粒鉆進(jìn)中硬及中硬以上、完整的巖、煤層時，鉆進(jìn)回次終了時，應(yīng)從鉆桿內(nèi)向孔底投入卡料卡緊并扭斷巖、煤心。用卡料卡心時，要注意卡料的粒度、長度、粗細(xì)、硬度和投入量，卡料的粒度和粗細(xì)應(yīng)與巖、煤心和巖心管之間的間隙相適應(yīng)。

2.2 卡簧卡取法

卡簧即提斷器，裝于鉆頭體或雙管鉆具卡簧座的內(nèi)錐面上，回次終了時稍上提鉆具，能把巖、煤心卡住并拉斷。它主要適用于巖、煤心完整、直徑均勻的中硬以上地層，卡簧通常用40鉻鋼或65錳鋼加工，并經(jīng)淬火處理。要注意卡簧與卡簧座與巖、煤心之間隙的很好配合。常用的卡簧結(jié)構(gòu)有內(nèi)槽式卡簧、外槽式卡簧和切槽式卡簧三種形式。

卡簧卡取法多用于金剛石鉆進(jìn)。因金剛石鉆進(jìn)內(nèi)出刃小且于鉆進(jìn)中變化較小，所以，巖、煤心直徑均勻性好，在回次進(jìn)尺結(jié)束，只需要上下提動鉆具，卡簧即可把巖、煤心抱住，確保把巖、煤心取出。

2.3 干鉆卡取法

在回次終了停止送水，干鉆進(jìn)尺一小段（20～30cm），利用未排除的巖粉來擠塞住巖、煤心，再通過回轉(zhuǎn)把其扭斷提出。它主要適合于硬質(zhì)合金鉆進(jìn)用卡料和卡簧都卡不住的松散、軟質(zhì)和塑性巖煤層。

2.4 沉淀卡取法

在回次終了停止沖洗液循環(huán)，利用巖心管內(nèi)懸浮巖粉的沉淀，擠塞卡牢巖、煤心。這種方法適用于反循環(huán)鉆進(jìn)和在松軟、脆、碎的巖煤層，一般沉淀10～20min。

2.5 橇斷器卡取法

在鉆進(jìn)回次終了把鉆具提出孔，下入楔斷器，利用吊錘沖擊楔子把巖心楔斷，再下入夾具把巖、煤心提出。這種方法適用于大直徑和巖石比較堅硬、完整的巖、煤層鉆進(jìn)。

2.6 無水錄孔底反循環(huán)取心法

這是煤田鉆探中廣泛采用的取心方法。如使用投球式，在每次取心時，先把鋼球由鉆桿內(nèi)投入，到達(dá)無水泵接頭球閥座。取心時，鉆具在回轉(zhuǎn)的同時上下提動，在向上提動時，鋼球把鉆桿內(nèi)的沖洗液全部帶動上提，在孔底產(chǎn)生一定負(fù)壓，孔內(nèi)水位下降。鉆具上提后又迅速下降，下降過程中，孔內(nèi)沖洗液進(jìn)入巖心管頂開鋼球而進(jìn)入鉆桿內(nèi)，沖洗液在孔底形成局部反循環(huán)，達(dá)到循環(huán)冷卻鉆頭作用。在下放鉆具時，沖洗液自回水管返地面。

無水泵取心適用于沖積層、松散巖層、破碎帶或斷層帶以及煤層頂板等巖層，特別適合軟巖層。在上述巖層鉆進(jìn)時，先給水鉆進(jìn)一定深度，再投球取心。在鉆進(jìn)一定深度，準(zhǔn)備投球前，先開泵沖洗鉆孔，把孔底沖洗干凈，再關(guān)泵停車投球。

［1］ 周代慶.S75繩索取芯鉆具的結(jié)構(gòu)原理及使用［J］.黑龍江科技信息，2012，（05）：27-28.

［2］ 郝永生.單動雙管取芯技術(shù)在松散、破碎地層中的應(yīng)用［J］.鐵道工程學(xué)報，2010，（11）：62-63.

［3］ 徐小兵.國產(chǎn)NQ繩索取心鉆具的特點及應(yīng)用分析［J］.湖南有色金屬，2011，（08）：90-91.