煤田地質(zhì)勘探中的繩索取心技術(shù)探討

常委

（黑龍江省煤田地質(zhì)二○四勘探隊(duì)，黑龍江 七臺(tái)河 154600）

繩索取心技術(shù)是用一種不提鉆取心的鉆進(jìn)裝置，在鉆進(jìn)過程中，當(dāng)內(nèi)巖心管裝滿巖心或巖心堵塞時(shí)，不需要把孔內(nèi)全部鉆桿柱提升至地表，而是借用專用的打撈工具和鋼絲繩把內(nèi)巖心管從鉆桿柱內(nèi)撈取上來，只有當(dāng)鉆頭被磨損需要檢查或更換時(shí)，才提升全部鉆桿柱。我國(guó)于1975年研制成功繩索取心鉆具，現(xiàn)已廣泛推廣使用，在煤田地質(zhì)勘查、勘探等領(lǐng)域已成體系。單動(dòng)雙管繩索取心鉆具由內(nèi)管總成和外管總成組成。

1 繩索取心器的基本結(jié)構(gòu)

1.1 取心器結(jié)構(gòu)

如圖1，取心器分外管和內(nèi)管兩部分。外管上部與鉆桿相連，下部與擴(kuò)孔器和鉆頭連接，是鉆具的鉆進(jìn)部分；內(nèi)管儲(chǔ)放巖（煤）心，可被打撈器撈取并提至地面。

1-筒式矛頭凸緣；2-導(dǎo)向管連接器；3-彈卡；4-彈簧；5-彈卡導(dǎo)管；6-調(diào)整螺母；7-1-懸吊環(huán)；7-2-座環(huán)；8-調(diào)整螺母；9-信號(hào)裝置；10-防震墊圈；11-外管；12-內(nèi)管；13-扶正環(huán)；14-擴(kuò)孔器；15-卡簧座；16-卡簧；17-鉆頭

1.2 打撈器結(jié)構(gòu)

如圖2，打撈器的升降由專用絞車和鋼絲繩帶動(dòng)。在大斜度鉆孔和水平孔下放打撈器時(shí)，它需通過泵送才能到達(dá)孔內(nèi)的預(yù)定位置。打撈器由打撈矛、脫鉤裝置、解卡裝置和保險(xiǎn)裝置等幾部分組成，用于干孔和水平孔時(shí)還要附加裝置。

1-打撈器；2、8-彈簧銷；3-撈鉤架；4-彈簧；5-鉚釘；6-脫卡管；7-重錘；9-安全銷；10、20-定位銷；11-接頭12-油杯；13-開口銷；14-螺母；15-墊圈；16-軸承；17-壓蓋18-連桿；19-套環(huán)；21-定位銷套

2 繩索取心技術(shù)的特點(diǎn)

其一，在巖心鉆探過程中，升降鉆具是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力的輔助工序。在不深的鉆孔中一般純鉆進(jìn)時(shí)間和升降鉆具各占30%～40%。鉆孔越深，升降鉆具所占的時(shí)間比例越大。所以，繩索取心鉆進(jìn)是巖心鉆探領(lǐng)域重大技術(shù)革命。因減少了升降鉆具的輔助時(shí)間，提高了時(shí)間利用率，使回次鉆速、技術(shù)鉆速能提高20%以上。

其二，巖、煤心采取率高。由于繩索取心在鉆進(jìn)中遇到巖心堵塞時(shí)機(jī)構(gòu)會(huì)報(bào)信，應(yīng)馬上起鉆提取巖心，減少巖心在巖心管內(nèi)的磨損時(shí)間，有助于提高巖、煤心采取率和質(zhì)量。

其三，鉆頭壽命長(zhǎng)。由于提鉆次數(shù)減少，對(duì)金剛石鉆頭損壞的機(jī)會(huì)也相應(yīng)減少，繩索取心鉆桿與孔壁間隙小，鉆頭運(yùn)行穩(wěn)定，可以相對(duì)延長(zhǎng)鉆頭壽命。

其四，在復(fù)雜地層中鉆進(jìn)適應(yīng)性強(qiáng)，有助于快速穿過復(fù)雜地層。

其五，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低。繩索取心鉆進(jìn)能使勞動(dòng)強(qiáng)度大幅度降低。

其六，鉆桿柱與孔壁間隙小，會(huì)增加鉆桿柱的磨損，使沖洗液循環(huán)阻力增大。

其七，此鉆進(jìn)要求鉆桿的材質(zhì)好，加工精度高。

3 繩索取心鉆進(jìn)技術(shù)的改進(jìn)與發(fā)展

3.1 完善與改進(jìn)鉆具結(jié)構(gòu)

其一，現(xiàn)有的煤田繩索取心鉆具的型式單一，必須擴(kuò)大規(guī)格品種，以適應(yīng)取煤的需要。例如，將內(nèi)管換成帶半合管或三層管的煤心容納管，以鉆取松軟煤層；打撈器增加鉸鏈機(jī)構(gòu)；提高到位報(bào)警機(jī)構(gòu)和巖、煤心堵塞報(bào)警機(jī)構(gòu)的靈敏性可靠性等。

其二，開發(fā)大口徑繩索取心系列，內(nèi)管改換成薄壁壓入式取樣管或在內(nèi)管下部連掛超前壓入取樣管，以適應(yīng)復(fù)雜巖層或松散的非膠結(jié)砂土層鉆進(jìn)的需要。

其三，擴(kuò)大繩索取心鉆具的使用范圍。研制適合礦井坑道鉆進(jìn)水平孔和仰孔的繩索取心鉆具等。

3.2 加強(qiáng)長(zhǎng)壽命鉆頭的研究

其一，發(fā)展人造金剛石鉆頭，降低鉆探成本。加快大顆粒、高強(qiáng)度人造金剛石的研制。

其二，幾年來，盡管研制了多種適應(yīng)煤田鉆探的繩索取心鉆頭，但品種仍不能滿足需要。要加強(qiáng)不同唇面形狀、胎體性能和薄壁鉆頭的研究，特別是要加強(qiáng)適應(yīng)軟硬互層地層高效長(zhǎng)壽鉆頭的研究。

其三，加強(qiáng)繩索取心孔底不提鉆換鉆頭技術(shù)的研究，以減少機(jī)械的磨損，減輕工人的體力勞動(dòng)。

3.3 提高鉆桿的強(qiáng)度和耐磨性

提高焊接質(zhì)量，延長(zhǎng)鉆桿的使用壽命。同時(shí)，嚴(yán)格把住鉆桿加工質(zhì)量關(guān)。研發(fā)能滿足深孔繩索取心鉆進(jìn)需要的加強(qiáng)鉆桿。

3.4 努力實(shí)現(xiàn)附屬設(shè)備液壓化

加強(qiáng)深孔液壓驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)（動(dòng)力頭鉆機(jī)）的試驗(yàn)研制和努力實(shí)現(xiàn)夾持器、擰卸管裝置及繩索取心絞車的液壓化。

3.5 繩索取心與空氣鉆進(jìn)和泡沫泥漿鉆進(jìn)相結(jié)合

空氣鉆進(jìn)和泡沫泥漿鉆進(jìn)在煤田松散巖層鉆進(jìn)中已取得較好的效果。在繩索取心鉆進(jìn)巖層時(shí)，要結(jié)合應(yīng)用，不斷改善沖洗液的質(zhì)量。

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