煤田地質鉆探中的普通取心技術

申振

（黑龍江省煤田地質二○四勘探隊，黑龍江 七臺河154600）

取心技術在煤炭鉆探工程中占有十分重要的地位。不管地質鉆孔、水文鉆孔、井筒檢查鉆孔，一般都要進行取心鉆進，從鉆孔中取出的巖、煤心是進行煤田地質研究的基礎資料。通過對這些地質資料的研究，能了解煤層厚度、煤層結構、埋藏深度、分布規律、埋藏規律、埋藏條件，尤其是通過煤心煤樣進行工業分析和化學成分分析，確定煤質、煤質牌號、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量的重要工具，在復雜地層和金剛石鉆進中應用廣泛。為適應各類不同特點的巖、煤層，雙管鉆具的結構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、外兩層巖心管同時回轉的鉆具（如圖2），主要由雙管接頭，內、外巖心管，內、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，單動雙管鉆具鉆進過程中，外管轉動而內管不轉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越，鉆進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

在鉆進回次結束前，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

在用硬質合金和鋼粒鉆進中硬及中硬以上、完整的巖、煤層時，鉆進回次終了時，應從鉆桿內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、硬度和投入量，卡料的粒度和粗細應與巖、煤心和巖心管之間的間隙相適應。

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。常用的卡簧結構有內槽式卡簧、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。因金剛石鉆進內出刃小且于鉆進中變化較小，所以，巖、煤心直徑均勻性好，在回次進尺結束，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，再通過回轉把其扭斷提出。它主要適合于硬質合金鉆進用卡料和卡簧都卡不住的松散、軟質和塑性巖煤層。

2.4 沉淀卡取法

在回次終了停止沖洗液循環，利用巖心管內懸浮巖粉的沉淀，擠塞卡牢巖、煤心。這種方法適用于反循環鉆進和在松軟、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。

2.6 無水錄孔底反循環取心法

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，先把鋼球由鉆桿內投入，到達無水泵接頭球閥座。取心時，鉆具在回轉的同時上下提動，在向上提動時，鋼球把鉆桿內的沖洗液全部帶動上提，在孔底產生一定負壓，孔內水位下降。鉆具上提后又迅速下降，下降過程中，孔內沖洗液進入巖心管頂開鋼球而進入鉆桿內，沖洗液在孔底形成局部反循環，達到循環冷卻鉆頭作用。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。在上述巖層鉆進時，先給水鉆進一定深度，再投球取心。在鉆進一定深度，準備投球前，先開泵沖洗鉆孔，把孔底沖洗干凈，再關泵停車投球。

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

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

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